CN114932680A - 投影装置、光固化打印机和投影方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影装置、光固化打印机和投影方法，其中，投影装置包括从上到下依次布设的发光源、准直匀光阵列透镜、液晶显示屏以及设置有多个透镜的透镜组；发光源用于发射能够固化的光敏材料的光线；发光源发射的光线透过准直匀光阵列透镜，准直匀光阵列透镜用于将发光源所发射光线变为匀直的光线；液晶显示屏用于在接收控制信号后形成与打印所需截面图像形状相匹配的透光区，透光区用以供光线穿过；透过液晶显示屏的光线投射到透镜组，透镜组用于在接收液晶显示屏投射出的光线后，将透光区形成的截面图像等比例的投射出透镜组。本发明技术方案能提高光固化打印机打印中液晶显示屏的投影距离，同时保证图像不会产生畸变或只存在极小畸变。

Description

投影装置、光固化打印机和投影方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种投影装置、光固化打印机和投影方法。

背景技术

目前市面上面成型的光固化的LCD 3D打印技术是利用液态光敏树脂在UV光的照射下发生凝固的特点，采用紫外光源作为显示光源；然后根据切片软件将三维数据沿Z轴方向根据设置的层厚进行水平分层切割，获取每一层的横截面图像数据，并发送给LCD液晶屏显示设备进行图像显示，LCD液晶屏显示设备发出横截面图像形状的UV光照射到光敏树脂树脂的液面并按截面图像形状凝固成型，从而实现的逐层固化成型的3D打印的过程。LCD3D打印技术具有打印幅面大、幅面一致性好，成本低的特点、打印精度和细节分辨率甚至比DLP更好的特点，但由于LCD液晶屏采用的是显示技术，不能进行远距离投光，只能紧紧贴到料盘底部，进行底部投光显示成型，但这样的打印速度很慢，不仅需要缓慢剥离，且LCD液晶屏容易被压坏，严重缩短LCD液晶屏的使用寿命。另外，光敏树脂和紫外线反应时发热过大，有时因为热量过大，容易烧穿离型膜和液晶屏，严重缩短LCD液晶屏的使用寿命，FEP离型膜是易耗品，需要定期更换，因为固化一层需要Z轴电机抬升离型，再下降，不断拉扯和挤压离型膜。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种投影装置，旨在提高光固化打印机在打印中液晶显示屏的投影距离。为实现上述目的，本发明提出的投影装置，包括：

从上到下依次布设的发光源、准直匀光阵列透镜、液晶显示屏以及设置有多个透镜的透镜组；所述发光源用于发射能够固化的光敏材料的光线；

所述发光源发射的光线透过所述准直匀光阵列透镜，所述准直匀光阵列透镜用于将所述发光源所发射光线变为匀直的光线；所述液晶显示屏用于在接收控制信号后形成与打印所需截面图像形状相匹配的透光区，所述透光区用以供所述光线穿过；

透过所述液晶显示屏的所述光线投射到所述透镜组，所述透镜组用于在接收所述液晶显示屏投射出的所述光线后，将所述透光区形成的截面图像等比例的投射出所述透镜组。

可选地，所述透镜组为凸透镜、凹透镜以及凹凸透镜三者中任意二者的组合。

可选地，所述透镜组包括靠近所述液晶显示屏一侧的入射透镜组和朝向打印一侧的出射透镜组，其中，所述入射透镜组和所述出射透镜组中的透镜以二者之间的中心线对称设置。

可选地，所述透镜组包括从上到下依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜，所述第一透镜和所述第二透镜组成入射透镜组，所述第三透镜和所述第四透镜构成出射透镜组，所述第二透镜与所述第三透镜沿与中心轴相垂直的水平线呈对称设置，所述第一透镜与所述第四透镜也沿所述水平线呈对称设置，所述第一透镜与所述第四透镜为相同的凸透镜，所述第二透镜与所述第三透镜为相同的凹凸透镜。

可选地，所述透镜组包括从上到下依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜组成入射透镜组，所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜组成出射透镜组，所述第三透镜与所述第四透镜沿与中心轴相垂直的水平线呈对称设置，第二透镜与第五透镜沿与中心轴相垂直的水平线呈对称设置，第一透镜与第六透镜也沿水平线呈对称设置，第一透镜与第六透镜为相同的双面凸透镜，第二透镜与第五透镜为相同的单面凸透镜，第三透镜与第四透镜为相同的双面凹透镜。

可选地，所述透镜组的焦距可调。

可选地，所述发光源为阵列排布的UV LED光源或阵列排布的LD光源。

本发明还提出一种光固化打印机，包括：机架、如上所述的投影装置、储料槽、成型平台以及升降机构；

所述投影装置、所述升降机构以及所述储料槽设于所述机架，所述储料槽设于所述投影装置下方，所述储料槽用于放置液态的光固化材料；所述成型平台与所述升降机构固定连接，所述成型平台位于所述储料槽的上方，所述升降机构用于驱动所述成型平台伸入或移出所述储料槽。

可选地，所述升降机构包括：

安装于所述机架上并垂直于所述成型平台的丝杆；

滑动装配于所述丝杆上并与所述成型平台固定连接的滑块；及

安装于所述机架上并与所述丝杆一端装配的电机，所述电机驱动所述丝杆转动并通过所述滑块带动所述成型平台。

本发明还提出一种光固化打印的投影方法，包括以下步骤，提供从上到下依次布设的发光源、准直匀光阵列透镜、液晶显示屏，使光源发射的光线透过准直匀光阵列透镜后分散为均匀的平行光射入液晶显示屏；

提供透镜组，将透镜组置于液晶显示屏下方，使透过液晶显示屏的光线成像图案经过透镜组能将所述光线成像图案一比一的投射到光固化打印机的成型平台，使位于储料槽内的成型平台表面的光敏材料的液面上发生凝固，并粘结到成型平台。

本发明技术方案通过采用从上到下依次布设的发光源、准直匀光阵列透镜、液晶显示屏以及设置有多个透镜的透镜组，发光源发射的光线依次透过准直匀光阵列透镜、液晶显示屏、透镜组，最终透镜组在接收液晶显示屏投射出的光线后，将液晶显示屏的透光区形成的截面图像等比例的投射出。如此使得能采用上投影方式，避免了压坏液晶显示屏，也能极大地提高液晶显示屏的投影距离，并且经过透镜组的投影图像与液晶显示屏的截面图像大小相同，图像精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明光固化打印机一实施例的结构示意图；

图2为本发明光固化打印机另一实施例的结构示意图；

图3为本发明一种光固化打印的投影方法的的流程示意图；

图4为本发明光固化打印机又一实施例的结构示意图；

图5本发明光固化打印机再一实施例的结构示意图；

图6为本发明光固化打印机中光线从液晶屏透过透镜组到成型平台示意简图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	发光源	45	第三透镜
11	光线	46	第四透镜
				20	准直匀光阵列透镜	47	第五透镜
30	液晶显示屏	48	第六透镜
				40	透镜组	50	成型平台
41	入射透镜组	60	储料槽
				42	出射透镜组	70	光敏树脂
43	第一透镜	80	成型件
				44	第二透镜

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

目前市面上面成型的光固化3D打印技术是利用液态光敏树脂在UV光的照射下发生凝固的特点，采用高分辨率的DLP和LCD液晶屏显示技术，采用紫外光源作为显示光源；然后根据切片软件将三维数据沿Z轴方向根据设置的层厚进行水平分层切割，获取每一层的横截面图像数据，并发送给DLP和LCD液晶屏显示设备进行图像显示，DLP和LCD液晶屏显示设备发出横截面图像形状的UV光照射到光敏树脂树脂的液面并按截面图像形状凝固成型，从而实现的逐层固化成型的3D打印的过程。

发明人发现：目前面成型的光固化设备主要是采用DLP的上投影或下投影技术，这种技术制作的设备打印精度较高，稳定性好，但存在价格昂贵、打印幅面小的问题；而且由于DLP中的DMD芯片较小，显示的图像需要进过多个镜片后放大数倍后透射出来，产生一定的畸变，幅面的一致性变差，每台设备都需要进行严格而复杂的标定处理来消除偏差而达到高精度打印，而且对整机的环境要求较高等问题；

还有一种面成型的光固化技术是采用LCD液晶屏显示技术，该技术具有打印幅面大、幅面一致性好，成本低的特点、打印精度和细节分辨率甚至比DLP更好的特点，但由于LCD液晶屏采用的是显示技术，不能进行远距离投光，只能紧紧贴到料盘底部，进行底部投光显示成型，但这样的打印速度很慢，不仅需要缓慢剥离，且LCD液晶屏容易被压坏，严重缩短LCD液晶屏的使用寿命。为了解决上述问题就必须提高LCD液晶屏显示图像的投影距离。

本发明提出一种投影装置。

在本发明实施例中，如图1、图2所示，该投影装置包括从上到下依次布设的发光源10、准直匀光阵列透镜20、液晶显示屏30以及设置有多个透镜的透镜组40；发光源10用于发射能够固化的光敏材料的光线11；发光源10发射的光线11透过准直匀光阵列透镜20，准直匀光阵列透镜20用于将发光源10所发射光线11变为匀直的光线11；液晶显示屏30用于在接收控制信号后形成与打印所需截面图像形状相匹配的透光区，透光区用以供光线11穿过；透过液晶显示屏30的光线11投射到透镜组40，透镜组40用于在接收液晶显示屏30投射出的光线11后，将透光区形成的截面图像等比例的投射出透镜组40。

在本实施例中，发光源10可采用UV阵列光源以提高光线11的能量和照射范围。UV阵列光源能发射固化液态的光固化材料UV光线11，即紫外线(Ultraviolet，UV)是电磁波谱中频率为750PHz～30EHz，对应真空中波长为400nm～10nm辐射的总称，UV光线11的波长为355-460nm。该UV阵列光源可为多个单个UV LED光源阵列排布而成，如3*3、4*4、3*4排布等等，如此发光源10提供的光源能量高，性能稳定，并且UV LED具有寿命长、无热辐射、寿命不受开闭次数影响、照射均匀的优点。

在一实施例中，发光源10还可采用单个UV光源，如单个UV光源可结合导光板或反光镜设置，以提高光线11的能量和照射范围。

在一实施例中，发光源10还可采用阵列的LD光源，以提高光线11的能量和照射范围。以单个LED和LD为例，单一的LED输出光功率一般为5～15mW，现在虽然有40～50mW的LED产品，但是依然无法和半导体激光管(LD)相比，现在单芯的半导体激光管的发光功率可达10W，一个激光管的亮度等于几百个LED的亮度总和。故相对很小的激光产品可以达到很大的照射距离，大大的改善照射效果，提高清晰度。

光源的发射的光线11存着散射问题，即指光线11一部分偏离原来传播方向的现象，为了使得发射光源能均匀的投射，避免使UV阵列光源射出的光线11会存在交叉，导致最后投射在液晶显示屏30上的光功率均匀度不高，从而影响打印整体精度。在本实施例中通过在发光源10下方设置准直匀光阵列透镜20，且准直匀光阵列透镜20的平整面与发光源10相对设置，使发光源10发射的光线11在透过准直匀光阵列透镜20的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于准直匀光阵列透镜20，即将原本因为散射或发射角度不同而产生交叉光线11的投射方向统一转换成垂直向下，准直匀光阵列透镜20可包括多个子透镜构成，每一子透镜对应UV LED光源阵列一LED设置，每一子透镜可以设在一镜框内，多个子透镜的镜框构成准直匀光阵列透镜20，且每一镜框能包裹单个的LED，使得单个LED发射的光源能经由每一子透镜以均匀准直方式的投射出，从而保证光线11后续能以均匀方式进入液晶显示屏30，更好的将液晶显示屏30的透光区的截面图像进行投影，从而提高打印精度。

在本实施例中，液晶显示屏30，可采用LCD(liquid-crystal display)，在其他实施例中，液晶显示屏30也能为其他能进行选择性透光作用的显示屏。LCD在光固化打印机中起着重要作用，是3D打印的核心配件之一，LCD是一种利用了液晶的光调制特性结合偏振器原理，用于平板，手机或其他电子调制的光学设备，液晶本身不会直接发光，而是使用背光或反射镜来产生彩色或单色图像，对于不同尺寸的LCD，信号接口也有所不同，包括MIPI，RGB，EDP和LVDS。在当前的光固化3D打印机市场中，大多数屏幕使用MIPI接口协议(小尺寸)和eDP接口协议(大尺寸)。与普通LCD不同，用于光固化3D打印机的LCD因为使用UV LED作为光源往往不需要背光。LCD光固化3D打印技术采用数字面曝光方式成型。使光源透过准直匀光阵列透镜20，使光源分布均匀，利用液晶屏LCD成像原理，在微型计算机及显示屏驱动电路的驱动下，由计算机程序提供图像信号，在液晶屏幕上出现选择性的透明区域，照射单层厚图像完成光固化反应，逐层固化最终得到打印实体。但由于LCD液晶屏采用的是显示技术，不能进行远距离投光从而限定了LCD液晶屏只能与光敏材料足够近的距离才能保证打印精度以及确保能固化光敏材料；这样的方式也限定了LCD液晶屏只能紧紧贴到料盘底部，进行底部投光显示成型，即需要采用上拉式的3D打印，即成型平台50每形成一层成型图形便需要成型平台50拉拔调整进行下一层打印，在这个中，因为离型力的出现，情况会复杂的多，离型力指成型平台50以及成型件80从储料槽60中分离时所需要的力。如此最需要考量的元素变成了如何减少拉拔力/离型力。影响拉拔力/离型力的因素有很多：树脂黏度、离型速度、新成型层面面积、新成型层面与离型膜高度距离。并且在这个中，还存在有未清理/脱落的固化碎粒，在成型平台50下降中挤压LCD液晶屏，或LCD液晶屏上的离型膜破损导致光敏材料到LCD液晶屏上固化，因此LCD液晶屏容易损坏且打印速度很慢。

根据上述介绍，在液晶显示屏30的下方通过加入透镜组40来调节投影距离或焦距，即可理解为使得液晶显示屏30的投影实现更远距离的显示，因此，在这样的方式下，现有的因为液晶显示屏30的限制只能采用下投影、上拉式打印成型的模式便能得以改变。转而能应用上投影、下沉式打印成型的方式，对整个行业带来技术上的改变，关于上投影、下投影的普遍地认知：桌面型(小型)都是光源在下，通过窗口和离型膜，成型往上拉出来；工业大型的都是光源在上，成型下沉到液面以下，液面不需要离型膜。在下沉式3D打印中，没有拉拔力/离型力，因此一般来说，模型可以摆放成任意角度。传统因为模型成型需要一定高度，限于LCD液晶屏需要贴近设置，因此是没有办法在保证打印精度和打印成型效果情况下改变投影方式的，而透镜组40的设置使得桌面型(小型)的LCD 3D打印机也能采用上投影、下沉式方式，以提高打印成型效果。

具体地，经过液晶显示屏30的透光区的光线11会进入透镜组40内，经由透镜组40对光线11的再聚合提高光线11能量、再均直投影出透镜组40，并且在这一中液晶显示屏30的透光区的区域能等比例大小被透镜组40所投影出，透镜组40能极大地避免因为单个透镜畸变带来的投影误差。如此，在避免了液晶显示屏30被压坏的同时，也能保证投影的图像精度，保留了LCD高精度，高分辨率的优势。为了便于理解，以三角图形为例简略介绍，透镜组40设置的LCD 3D打印模式对比传统LCD 3D打印模式带来的改变，假如传统LCD显示屏的最清楚的投影距离大约在5cm左右(LCD显示屏需要贴近料槽底部)，即如拿取一张白纸，在距离LCD显示屏5cm左右位置时，白纸上的三角形图形显示效果最清晰、光亮程度也最深，逐步整加白纸与LCD显示屏的距离(大于5cm)时，白纸上的三角形图形显示效果会随着距离整加而由最清晰、光亮程度也最深变为不清楚、光亮程度浅最后到接收不到图形。透镜组40的作用能将投影的显示距离变长，即原来只能在5cm，即50mm，才能将三角形图形的显示效果最清晰、光亮程度也最深，变为在更远距离也能等同大小地显示效果最清晰、光亮程度也最深，如200mm，甚至在工业级中，在2000mm也能显示效果最清晰、光亮程度也最深。可以理解地，采用透镜组40之后的投影距离，需要对透镜组40进行大小变化进行得到，即透镜组40中的透镜，如凸透镜、凹透镜、凹凸透镜的组合需要一定的空间，即透镜组40整体具有一定高度，不同高度的透镜组实现不同范围的投影显示，并且透镜组设置，可以减弱因为单个透镜畸变带来的投影误差。

本发明技术方案通过采用从上到下依次布设的发光源10、准直匀光阵列透镜20、液晶显示屏30以及设置有多个透镜的透镜组40，发光源10发射的光线11依次透过准直匀光阵列透镜20、液晶显示屏30、透镜组40，最终透镜组40在接收液晶显示屏30投射出的光线11后，将液晶显示屏30的透光区形成的截面图像等比例的投射出。如此使得能采用上投影方式，避免了压坏液晶显示屏30，也能极大地提高液晶显示屏30的投影距离，并且经过透镜组40的投影图像与液晶显示屏30的截面图像大小相同，图像精度高。

进一步地，为了使得透镜组40的投影图像与液晶显示屏30的透光区的截面图像大小相同，所述透镜组40为凸透镜、凹透镜以及凹凸透镜三者中任意二者或三者的组合。在一实施例中，透镜组40由3-7块凸透镜或凹透镜或凹凸透镜中的任意两种或三种组成，凹凸透镜是中央部分较厚的透镜。凸透镜分为双凸、平凸和凹凸(或正弯月形)等形式。薄凸透镜有会聚作用故又称聚光透镜，较厚的凸透镜则有望远、发散或会聚等作用，这与透镜的厚度有关。可参考地，透镜的原理大致可为：将平行光线11(如阳光)平行于轴(凸透镜两个球面的球心的连线称为此透镜的主光轴)射入凸透镜，光在透镜的两面经过两次折射后，集中在轴上的一点，此点叫做凸透镜的焦点(记号为F)，凸透镜在镜的两侧各有一焦点，如为薄透镜时，此两焦点至透镜中心的距离大致相等。凸透镜之焦距是指焦点到透镜中心的距离，通常以f表示。凸透镜球面半径越小，焦距越短。凸透镜可用于放大镜、老花眼及远视的人戴的眼镜、显微镜、望远镜的透镜等。凸透镜能成正立放大虚像、倒立放大实像、倒立等大实像、倒立缩小实像；凹透镜能成正立缩小虚像。

进一步地，为了等比例的投影透光区的截面图像，所述透镜组40包括靠近所述液晶显示屏30一侧的入射透镜组41和朝向打印一侧的出射透镜组42，其中，所述入射透镜组41和所述出射透镜组42中的透镜以二者之间的中心线对称设置。为了便于理解，以凸透镜和凹透镜组合形成的透镜组40为例，该透镜组40包括靠近所述液晶显示屏30一侧的入射透镜组41和朝向打印一侧的出射透镜组42，即入射透镜组41可为凸透镜、凹透镜以及凹凸透镜的组合，出射透镜组42也为凸透镜、凹透镜以及凹凸透镜的组合，且在沿水平线对称。在该思想的指导下，本领域技术人员不难想到，将透镜组40设置为非对称式以将透光区的图像等比例的进行投影。如，当采用非对称设置方式时，入射透镜组41可为两个透镜的组合设置、出射透镜组42为单个透镜的设置。或是入射透镜组41与出射透镜组42都为单个不相同的透镜(可参照图1)，两个透镜构成了透镜组40，即可理解，将对称设置的入射透镜组41或出射透镜组42择一设置，构成非对称式的透镜组40。

进一步地，为了透镜组40的成像效果好以及控制加工成本。在本实施例中，如图2所示，所述透镜组40包括从上到下依次间隔设置的第一透镜43、第二透镜44、第三透镜45、第四透镜46，所述第一透镜43和所述第二透镜44组成入射透镜组41，所述第三透镜45和所述第四透镜46构成出射透镜组42，所述第二透镜44与所述第三透镜45沿与中心轴相垂直的水平线呈对称设置，所述第一透镜43与所述第四透镜46也沿所述水平线呈对称设置，所述第一透镜43与所述第四透镜46为相同的凸透镜，所述第二透镜44与所述第三透镜45为相同的凹凸透镜。为了便于理解，第一透镜43、第二透镜44、第三透镜45、第四透镜46以镜头1、镜头2、镜头3、镜头4进行命名，镜头1、镜头2、镜头3、镜头4采用对称设置，镜头1、镜头4采用相同透镜，镜头2、镜头3采用相同透镜，镜头1和镜头4的横截面不同于镜头2和镜头3的横截面以确保光线11进入，镜头1和、镜头4具有第一表面和第二表面，镜头1、镜头4的第一表面相对设置，镜头2、镜头3设置在镜头1与镜头4之间，镜头2、镜头3具有第三表面和第四表面，镜头2、镜头3的第三表面相对设置，即透过透镜组40的光线11，经镜头1的第二表面进入，由镜头4的第二表面透出，液晶屏可视为透光的开关，计算机将所需打印的截面传输到液晶屏，液晶屏的晶体部分按一定方式进行排布形成通路(透光区)以供光线11透过，未形成光路部分(非透光区)对光线11形成阻挡，最终由镜头4透出的光线11构成的截面与透光区射出的光线11的截面呈等比例大小，换个理解方式，可参照图6，将透镜组40视为对称中心，透光区沿透镜组40进行对称显示，以此保证最终成像清晰，从而保证固化光敏材料后的成型件80的精度。

在另一实施例中，如图4所示。为了加强透镜组40的成像效果。所述透镜组40包括从上到下依次间隔设置的第一透镜43、第二透镜44、第三透镜45、第四透镜46、第五透镜47、第六透镜48，所述第一透镜43、第二透镜44、第三透镜45组成入射透镜组41，所述第四透镜46、所述第五透镜47、所述第六透镜48组成出射透镜组42，所述第三透镜45与所述第四透镜46沿与中心轴相垂直的水平线呈对称设置，第二透镜44与第五透镜47沿与中心轴相垂直的水平线呈对称设置，第一透镜43与第六透镜48也沿水平线呈对称设置，第一透镜43与第六透镜48为相同的双面凸透镜，第二透镜44与第五透镜47为相同的单面凸透镜，第三透镜45与第四透镜46为相同的双面凹透镜。透镜组40中镜头(透镜)的材质可为高透光材料，在本实施例中，透镜材料为玻璃，在其他实施例中，透镜材料可以为亚克力等具有高透光的材料。透镜的形状可以是圆形和方形等，对此不做限定。

在又一实施例中，如图5所示，第一透镜43与第六透镜48为相同的单面凸透镜，第二透镜44与第五透镜47为相同的单面凸透镜，第三透镜45与第四透镜46为相同的单面凹透镜。

在本实施例中，根据透镜组40的焦距可调，所述透镜组40与所述液晶显示屏30之间具有第一预设距离，以图2的透镜组为例，所述第一预设距离范围在1mm～600mm。可以理解地，第一预设距离为液晶显示屏30到第一透镜43(镜头1)的距离，该距离的大小跟透镜组40的设置组合有关，以保证不同距离投影出的光线均匀，透镜组40可以接受绝大部分LCD投出的光，并且配合第四透镜46(镜头4)到成型件80的第二预设距离(具体见下文介绍)，实现远距离投光，投影出的幅面精度高，投影的成像能达到1:1。预设范围最小值的设置可理解在透镜组40的优化足够情况下，透镜组40的一面能贴近液晶显示屏30设置，在液晶显示屏30投影强度足够情况下，液晶显示屏30到第一透镜43(镜头1)的距离距离大约600mm，以保证能等比例的反应液晶显示屏30的透光区的截面图像。液晶显示屏30到第一透镜43(镜头1)的距离最小为1mm、最大为600mm，一方面1mm高度能保证透镜足够的接近液晶显示屏30，透镜组40可以接受绝大部分液晶显示屏30投出的光，另一方面小于1mm或大于600mm对于透镜组40的要求过高，成本需要整加。在本实施例中，所述第二预设距离在171mm，可以理解地，透镜组40为了接收和投射的图像的大小和精度需要一定距离设置，因此，液晶显示屏30到第一透镜43(镜头1)的距离设置在171mm能保证透镜组40实现远距离投光，保证投影出的幅面精度高，实现等比例打印，并且也能满足大部分的打印需要，光固化打印机的整体也能较为小巧。当然，根据透镜组的设置不同所述第一预设距离、第二预设距离会根据设计需要进行变化。如应用在工业上最大范围可达2000mm左右或更大，当然如透镜组内透镜的变化也会影响所述第一预设距离、第二预设距离，如间距调节、镜片厚薄的变化等等。

进一步地，为了方便调整投影后图像的清晰度，所述透镜组的焦距可调。

具体地，透镜组40具有固定焦距或手动调节焦距或自动调节焦距的功能，焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜中心到光聚集之焦点的距离。可参考上文介绍。一种方式焦距调节方式中，可通过手调节透镜之间的距离，如相机镜头转动方式，进而调整其焦距。在另一种焦距调节方式中，可调节透镜组与液晶显示屏之间的距离，从而实现远近距离的打印，如在1mm～600mm范围内的打印。在又一种焦距调节方式中，可通过丝杆的带动进行调节。

为了投影装置的整体紧凑，所述第一预设距离为171mm。从上到下依次布设的发光源10、准直匀光阵列透镜20、液晶显示屏30以及设置有多个透镜的透镜组40，固定在投影装置内。不难理解，第一预设距离可随焦距的调整进行变化。

本发明还提出一种光固化打印机，该光固化打印机包括机架、储料槽60、成型平台50、升降机构以及投影装置，该投影装置的具体结构参照上述实施例，由于本光固化打印机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，投影装置、升降机构以及储料槽60设于机架，储料槽60设于投影装置下方，储料槽60用于放置液态的光固化材料；成型平台50与升降机构固定连接，成型平台50位于储料槽60的上方，升降机构用于驱动成型平台50伸入或移出储料槽60。

光固化打印机工作原理是利用液晶屏LCD成像原理，在计算机及显示屏电路的驱动下，由计算机程序提供图像信号，在液晶屏幕上出现选择性的透明区域，紫外光透过透明区域，照射树脂槽内的光敏树脂70耗材进行曝光固化，每一层固化时间结束，平台托板将固化部分提起，让树脂液体补充回流，平台再次下降，模型与离型膜之间的薄层再次被紫外线曝光。由此逐层固化上升打印成精美的立体模型。所以通过这种原理成像的LCD 3D打印机，我们也叫“LCD 3DPrinter。它还会在树脂罐上闪烁完整的层，但是紫外线会通过LCD发出，LCD的屏幕充当遮罩，仅显示当前图层所需的像素。LCD 3D打印机使用一系列UV LCD作为光源。LCD面板发出的光经过透镜组40以平行方式直接照射到构建区域上。

在本实施例中，投影方式与其他LCD 3D打印机不同，即采用上文介绍的上投影、下沉式，可参考地，打印的时候，首先成型平台50会下降到储料槽60最底部或升降机构控制让成型平台50下沉到液面下5/8/10cm等不同高度，不需要让成型平台50直接沉到储料槽60的底部，发光源10的光强可自行调整强弱，在打印不同材料的时候，可以自由设定不同的光强和功率。打印模型过程，同一款模型，可以设定在不同部位，采用不同的打印层厚，没有离型膜、永久性料缸、不需要更换离型膜以及料盘，后期保养成本极低。

进一步地，如图6所示。根据打印成型件80的最小需求。所述投影装置按第二预设距离设于所述成型平台50上方，所述第二预设距离为所述透镜组40的下表面到所述成型平台50的上表面的距离，所述第二预设距离范围在1mm～600mm。在成型件80打印完成后，成型平台50会抬起带着成型件80脱离储料槽60，可以理解地，成型件80需要有一定空间，即预留给成型件80的空间最小为1mm、最大为600mm，另一方面小于1mm或大于600mm对于透镜组40的要求过高，成本需要整加。在本实施例中，所述第二预设距离在171mm，能保证大部分的打印需求，可以理解地，透镜组40需要占据液晶显示屏30到成型平台50打印面之间一定的空间，透镜组40为了接收和投射的图像的大小和精度需要一定距离设置，因此，将透镜组40距离成型平台50的距离设置在171mm能实现远距离投光，保证投影出的幅面精度高，实现等比例打印，并且也能满足大部分的打印需要，光固化打印机的整体也能较为小巧。特别地，在本实施例中，液晶显示屏30到第一透镜43的距离为171mm，第四透镜46到成型件80的距离的设置为171mm，保证了透镜组40可以接受绝大部分液晶显示屏30投出的光，并且经透镜组40投影出的幅面精度高、并且光线均匀，投影成像能达到1:1。

进一步地，所述升降机构(图中未示出)包括安装于所述机架上并垂直于所述成型平台50的丝杆(图中未示出)；滑动装配于所述丝杆上并与所述成型平台50固定连接的滑块(图中未示出)；及安装于所述机架上并与所述丝杆一端装配的电机(图中未示出)，所述电机驱动所述丝杆转动并通过所述滑块带动所述成型平台50。具体地，投影装置用于实现将液态的光固化材料固化成固态的产品，储料槽60设置在投影装置的下方，用于装液态的光固化材料。机架靠近储料槽60设置，机架的一端深入储料槽60内部并连接有供成型件80层放置的成型平台50。升降机构设置在成型平台50与机架之间，用于当投影装置在成型平台50上每完成一次产品层的打印时，驱动成型平台50下降一个层厚。在本实施例中，升降机构11为市场上常规打印机采用的升降机构，具体机构可参照现有的打印机，在本方案的附图中不具体显示。

本发明还提出一种光固化打印的投影方法，如图3所示，包括以下步骤提供从上到下依次布设的发光源、准直匀光阵列透镜、液晶显示屏，使光源发射的光线透过准直匀光阵列透镜后分散为均匀的平行光射入液晶显示屏；

提供透镜组，将透镜组置于液晶显示屏下方，使透过液晶显示屏的光线成像图案经过透镜组能将所述光线成像图案一比一的投射到光固化打印机的成型平台，使位于储料槽内的成型平台表面的光敏材料的液面上发生凝固，并粘结到成型平台。

需要说明的是，对于前述的各实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可能采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于总构思下的其中一种实施例，涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种投影装置，其特征在于，包括：

从上到下依次布设的发光源、准直匀光阵列透镜、液晶显示屏以及设置有多个透镜的透镜组；所述发光源用于发射能够固化光敏材料的光线；

所述发光源发射的光线透过所述准直匀光阵列透镜，所述准直匀光阵列透镜用于将所述发光源所发射光线变为匀直的光线；所述液晶显示屏用于在接收控制信号后形成与打印所需截面图像形状相匹配的透光区，所述透光区用以供所述光线穿过；

透过所述液晶显示屏的所述光线投射到所述透镜组，所述透镜组用于在接收所述液晶显示屏投射出的所述光线后，将所述透光区形成的截面图像等比例的投射出所述透镜组。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述透镜组中的透镜为凸透镜、凹透镜以及凹凸透镜三者中任意二者或三者的组合。

3.如权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述透镜组包括靠近所述液晶显示屏一侧的入射透镜组和朝向打印一侧的出射透镜组，其中，所述入射透镜组和所述出射透镜组中的透镜以二者之间的中心线对称设置。

4.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，所述透镜组包括从上到下依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜，所述第一透镜和所述第二透镜组成入射透镜组，所述第三透镜和所述第四透镜构成出射透镜组，所述第二透镜与所述第三透镜沿与中心轴相垂直的水平线呈对称设置，所述第一透镜与所述第四透镜也沿所述水平线呈对称设置，所述第一透镜与所述第四透镜为相同的凸透镜，所述第二透镜与所述第三透镜为相同的凹凸透镜。

5.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，所述透镜组包括从上到下依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜组成入射透镜组，所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜组成出射透镜组，所述第三透镜与所述第四透镜沿与中心轴相垂直的水平线呈对称设置，第二透镜与第五透镜沿与中心轴相垂直的水平线呈对称设置，第一透镜与第六透镜也沿水平线呈对称设置，第一透镜与第六透镜为相同的双面凸透镜，第二透镜与第五透镜为相同的单面凸透镜，第三透镜与第四透镜为相同的双面凹透镜。

6.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述透镜组的焦距可调。

7.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述发光源为阵列排布的UV LED光源或阵列排布的LD光源。

8.一种光固化打印机，其特征在于，包括：

机架、如权利要求1至7中任一项所述的投影装置、储料槽、成型平台以及升降机构；

所述投影装置、所述升降机构以及所述储料槽设于所述机架，所述储料槽设于所述投影装置下方，所述储料槽用于放置液态的光固化材料；所述成型平台与所述升降机构固定连接，所述成型平台位于所述储料槽的上方，所述升降机构用于驱动所述成型平台伸入或移出所述储料槽。

9.如权利要求8所述的光固化打印机，其特征在于，所述升降机构包括：

安装于所述机架上并垂直于所述成型平台的丝杆；

滑动装配于所述丝杆上并与所述成型平台固定连接的滑块；及

安装于所述机架上并与所述丝杆一端装配的电机，所述电机驱动所述丝杆转动并通过所述滑块带动所述成型平台。

10.一种光固化打印的投影方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供从上到下依次布设的发光源、准直匀光阵列透镜、液晶显示屏，使光源发射的光线透过准直匀光阵列透镜后分散为均匀的平行光射入液晶显示屏；

提供透镜组，将透镜组置于液晶显示屏下方，使透过液晶显示屏的光线成像图案经过透镜组能将所述光线成像图案一比一的投射到光固化打印机的成型平台，使位于储料槽内的成型平台表面的光敏材料的液面上发生凝固，并粘结到成型平台。

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