CN112008974A - 一种用于光固化3d打印机的光学镜头组 - Google Patents

一种用于光固化3d打印机的光学镜头组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于光固化3D打印机的光学镜头组，包括第一镜片和第二镜片，第一镜片前方为光源，第二镜片位于第一镜片后方，第二镜片后方为照明面；第一镜片为双凸非球面透镜，第二镜片为平凸球面透镜，第二镜片的凸面朝向第一镜片，第二镜片靠近照明面的一侧为平面，第一镜片靠近光源的凸面为第一凸面，第一镜片靠近第二镜片的凸面为第二凸面，第一凸面与第二凸面的非球面曲面不同。本发明采用2片透镜组合的形式，光线利用率高，失真小，周边光通量高，出光角度小于10°，均匀性可以达到95％以上，能较大限度地提高打印机的光通量输出，大大提高了打印精度，成本非常低。

Description

一种用于光固化3D打印机的光学镜头组
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及的是一种用于光固化3D打印机的光学镜头组。
背景技术
光固化3D打印机采用高精度的增材制造工艺，光束发生组件根据三维模型的横切面照射光固化树脂，是光固化树脂固化成型后逐层叠加，最终构成三维模型实体。这种光固化3D打印机通常实用led灯板，而常见的led灯发光角度大约60度左右，由于发光角度过大，容易造成投影屏上光照强度不一致和投影尺寸过大，光源有效利用率降低，严重影响打印效果。为了提高光源利用率和投影屏上光强的均匀性，过去有通过在led灯板上方设置反光碗来缩短光路，增加平行光线的比例，但是成本较高，效果也不理想。
光路系统作为光固化3D打印机的重要组成部分，起着关键性的作用，影响打印的精度，光束发生组件包括光源和透镜，由此产生的光束穿过液晶屏的透光区域照射在液态光敏树脂上而使液态光敏树脂固化，从液晶屏穿过的该光束如果发生折射、反射等引起光束变形的光学作用，每层固化的光敏树脂的形状与对应切片的形状就会有差异，即所打印出的目标打印零件与三维模型也有差异(不考虑材料形状引起的变形时)，打印精度降低。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、低成本、光学匀光效果好、光线利用率高以及失真小的用于光固化3D打印机的光学镜头组。
本发明的技术方案如下：一种用于光固化3D打印机的光学镜头组，包括第一镜片和第二镜片，所述第一镜片前方为光源，所述第二镜片位于第一镜片后方，所述第二镜片后方为照明面，所述第一镜片、第二镜片、光源以及照明面共轴排列。
所述第一镜片为双凸非球面透镜，所述第二镜片为平凸球面透镜，所述第二镜片的凸面朝向第一镜片，所述第二镜片靠近照明面的一侧为平面，所述第一镜片靠近光源的凸面为第一凸面，所述第一镜片靠近第二镜片的凸面为第二凸面，所述第一凸面与第二凸面的非球面曲面不同。
采用上述各个技术方案，所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组中，所述第一镜片的右侧中心与第二镜片的左侧中心间距为89.5～90.5mm。
采用上述各个技术方案，所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组中，所述第一镜片的左侧中心与光源中心间距为9.7～10.3mm。
采用上述各个技术方案，所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组中，所述第二镜片的右侧中心与照明面中心间距为32mm。
采用上述各个技术方案，所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组中，所述第一镜片的中心厚度为9.9～10.1mm。
采用上述各个技术方案，所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组中，所述第一镜片的直径为30～50mm。
采用上述各个技术方案，所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组中，所述第一镜片的非球面曲面方程式为：
Figure BDA0002685733660000021
采用上述各个技术方案，所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组中，所述第二镜片的球面半径为163.588mm，所述第二镜片的中心厚度为27.9～28.1mm。
采用上述各个技术方案，所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组中，第二镜片的直径为120～200mm。
采用上述各个技术方案，本发明采用2片透镜组合的形式，光线利用率高，失真小，周边光通量高，出光角度小于10°，均匀性可以达到95％以上，能较大限度地提高打印机的光通量输出，大大提高了打印精度，成本非常低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
如图1，本实施例提供了一种用于光固化3D打印机的光学镜头组，包括第一镜片2和第二镜片3，所述第一镜片2前方为光源1，所述第二镜片3位于第一镜片2后方，所述第二镜片3后方为照明面4，所述第一镜片2、第二镜片3、光源1以及照明面4共轴排列。光源1和照明面4为3D打印机中的固定部件，本实施例在于改变光源1和照明面4之间的光学镜头组。
所述第一镜片2为双凸非球面透镜，所述第二镜片3为平凸球面透镜，所述第二镜片3的凸面朝向第一镜片2，所述第二镜片3靠近照明面4的一侧为平面，所述第一镜片2靠近光源1的凸面为第一凸面，所述第一镜片2靠近第二镜片3的凸面为第二凸面，所述第一凸面与第二凸面的非球面曲面不同。
优选的，光学镜头组之间的间距以及光学镜头组与光源1和照明面4之间的距离都需要特定设置，以保证透光效果最佳，如第一镜片2的右侧中心与第二镜片3的左侧中心间距为89.5～90.5mm，第一镜片的左侧中心与光源1中心间距为9.7～10.3mm，第二镜片3的右侧中心与照明面4中心间距为32mm。
优选的，为了保证光源1透过第一镜片2的透光效果好，第一镜片2的中心厚度为9.9～10.1mm，第一镜片2的直径为30～50mm，第一镜片2的两个曲面不相同，第一镜片2的非球面曲面方程式为：
Figure BDA0002685733660000031
第一镜片2两非球面曲面方程式中对应的数值如表1，其中，S1为第一镜片2靠近光源1的一面，S2为第一镜片2远离光源1的一面。
表1
R K A1 A2 A3 A4
S1 52.413 0 0 -3.565E-006 -1.089E-008 0
S2 -90.23 0 0 0 0 0
优选的，为了保证光源1透过第二镜片3的透光效果好，第二镜片的球面半径为163.588mm，所述第二镜片的中心厚度为27.9～28.1mm，第二镜片3的直径为120～200mm。
采用上述各个技术方案，本发明采用2片透镜组合的形式，光线利用率高，失真小，周边光通量高，出光角度小于10°，均匀性可以达到95％以上，能较大限度地提高打印机的光通量输出，大大提高了打印精度，成本非常低。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于光固化3D打印机的光学镜头组，其特征在于，包括第一镜片和第二镜片，所述第一镜片前方为光源，所述第二镜片位于第一镜片后方，所述第二镜片后方为照明面，所述第一镜片、第二镜片、光源以及照明面共轴排列；
所述第一镜片为双凸非球面透镜，所述第二镜片为平凸球面透镜，所述第二镜片的凸面朝向第一镜片，所述第二镜片靠近照明面的一侧为平面，所述第一镜片靠近光源的凸面为第一凸面，所述第一镜片靠近第二镜片的凸面为第二凸面，所述第一凸面与第二凸面的非球面曲面不同。
2.根据权利要求1所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组，其特征在于，所述第一镜片的右侧中心与第二镜片的左侧中心间距为89.5～90.5mm。
3.根据权利要求2所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组，其特征在于，所述第一镜片的左侧中心与光源中心间距为9.7～10.3mm。
4.根据权利要求3所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组，其特征在于，所述第二镜片的右侧中心与照明面中心间距为32mm。
5.根据权利要求1所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组，其特征在于，所述第一镜片的中心厚度为9.9～10.1mm。
6.根据权利要求5所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组，其特征在于，所述第一镜片的直径为30～50mm。
7.根据权利要求6所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组，其特征在于，所述第一镜片的非球面曲面方程式为：
Figure FDA0002685733650000011
8.根据权利要求1所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组，其特征在于，所述第二镜片的球面半径为163.588mm，所述第二镜片的中心厚度为27.9～28.1mm。
9.根据权利要求8所述的用于光固化3D打印机的光学镜头组，其特征在于，第二镜片的直径为120～200mm。
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