CN115723330A - 光源装置及光固化3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光源装置及光固化3D打印设备，光源装置包括反射件、安装座和两组光源组件。两组光源组件分别设置于安装座的第一斜面和第二斜面。通过将光源组件倾斜设置，使得法线方向上的光线投射至光源接收件的接收面，并且到达接收面的端部区域。非法线方向的光线的部分投射至接收面的非端部区域，另一部分通过反射件反射至接收面的非端部区域。光源组件在法线方向上的光强最大，非法线方向的光强会逐渐递减。非端部区域的光强通过两组光源组件来自非法线方向的光强进行叠加，从而达到端部区域的光强值，使得接收面各个区域的光强分布较为均匀。避免接收面中间区域的光强远远大于端部区域光强的情况发生，从而提高光照的均匀性。

Description

光源装置及光固化3D打印设备

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种光源装置及光固化3D打印设备。

背景技术

光固化快速成型是利用液态光敏树脂在紫外激光的照射下吸收光能，然后发生光聚合反应而成型零件。

现有的光固化成型设备中的光源装置多采用分布式区域曝光拼接技术，主要是由许多紫外灯珠整列均匀排布。而灯珠与灯珠之间的拼接区域存在光强不均匀的问题，使得打印模型在不同位置的固化效果和固化速度存在差异，从而影响整体的固化质量。

发明内容

基于此，有必要针对现有的光固化3D打印设备存在光强不均匀导致光固化质量不均匀的问题，提供一种解决上述问题的光源装置。

一种光源装置，包括：

反射件、安装座和两组光源组件；所述反射件具有反射腔；所述安装座具有第一斜面和第二斜面，所述第一斜面和所述第二斜面配合形成倒V形；两组所述光源组件分别设置于所述第一斜面和所述第二斜面，且两组所述光源组件发出的光线位于所述反射腔内；

所述光源组件发出的一部分光线经过所述反射件反射至光源接收件的接收面；所述光源组件发出的另一部分光线投射至所述接收面。

在其中一个实施例中，两组所述光源组件以竖直方向为轴呈轴对称分布。

在其中一个实施例中，自下而上，所述反射腔的腔体面积逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述安装座包括散热主体和多个连接于所述散热主体的散热片；

多个所述散热片沿水平方向间隔分布；所述第一斜面和所述第二斜面均设置于所述散热主体上。

在其中一个实施例中，所述光源装置包括散热风扇；

相邻的所述散热片之间的间隙与所述散热风扇的出风口连通。

在其中一个实施例中，所述散热主体构造有流体通道，所述流体通道用于供冷却介质流动。

一种光固化3D打印设备，包括升降机构、连接于所述升降机构的成型平台、显示屏及如上所述的光源装置；

所述光源装置位于所述成型平台的下方；所述显示屏位于所述成型平台和所述光源组件之间；

所述光源组件发出的一部分光线经过所述反射件反射至所述显示屏；所述光源组件发出的另一部分光线投射至所述显示屏。

在其中一个实施例中，所述升降机构包括驱动件、驱动杆和驱动块，所述驱动杆连接于所述驱动件，所述驱动块与所述驱动杆螺纹连接；所述成型平台连接于所述驱动块，且能够随所述驱动块同步运动；

所述驱动件用于驱动所述驱动杆转动，带动所述驱动块做升降运动。

在其中一个实施例中，所述升降机构包括检测件，所述检测件连接于所述驱动件的驱动转子，并随着所述驱动转子同步转动，以测量所述驱动转子的转动速度和转动位置。

在其中一个实施例中，所述光固化3D打印设备包括底座，所述底座上设置有操作屏。

在其中一个实施例中，所述成型平台包括悬臂和成型板，所述悬臂连接于所述升降机构且相对所述升降机构沿水平方向伸出；所述成型板连接于所述悬臂，所述升降机构用于驱动所述成型板做升降运动。

在其中一个实施例中，所述成型平台包括卡接板和连接于所述卡接板的连接板；所述卡接板和所述悬臂中的一者构造有卡槽，另一者卡接于所述卡槽的槽壁；所述成型板连接于所述连接板。

上述光源装置，包括反射件、安装座和两组光源组件。反射件具有反射腔。安装座具有第一斜面和第二斜面，第一斜面和第二斜面配合形成倒V形。两组光源组件分别设置于第一斜面和第二斜面，且发出的光线位于反射腔内，光线的部分经过反射件反射至光源接收件，另一部分会直接投射至光源接收件。以光源装置应用于光固化3D打印设备、以光源接收件为显示屏为例进行说明。通过将光源组件倾斜设置，使得法线方向上的光线会直接投射至显示屏，并且到达显示屏的端部区域。非法线方向的光线的部分直接投射至显示屏的非端部区域，另一部分通过反射件反射至显示屏的非端部区域。其中，光源组件在法线方向上的光强最大，非法线方向的光强会逐渐递减。也就是说，第一斜面上的光源组件的覆盖范围从显示屏的左端到非端部区域。第二斜面上的光源组件的覆盖范围从显示屏的右端到非端部区域。非端部区域的光强通过两组光源组件来自非法线方向的光强进行叠加，从而达到端部区域的光强值，使得显示屏各个区域的光强分布较为均匀。相较于光源组件的法线方向垂直于显示屏的设置，通过设置光源组件相对显示屏倾斜，且两组光源组件呈角度设置，能够避免显示屏的中间区域的光强远远大于端部区域光强的情况发生。使得整个曝光区域的光强均匀没有突变边界，从而提高光固化质量。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的光固化3D打印设备的结构示意图；

图2为图1所示的光固化3D打印设备隐藏壳体的示意图；

图3为图2所示的光固化3D打印设备的后视图；

图4为图3所示的光固化3D打印设备中的光源装置在第一视角的示意图；

图5为图4所示的光固化3D打印设备中的光源装置在第二视角的示意图；

图6为图1所示的光固化3D打印设备的剖视图；

图7为图6所示的光固化3D打印设备的局部示意图。

附图标号：10-光固化3D打印设备；100-成型平台；110-悬臂；120-成型板；130-卡接板；140-连接板；150-连接件；200-升降机构；210-驱动件；220-驱动杆；230-驱动块；240-导轨；250-支撑型材；260-联轴器；300-光源装置；310-反射件；311-反射腔；320-安装座；321-第一斜面；322-第二斜面；323-散热主体；324-散热片；330-光源组件；331-灯珠；340-散热风扇；400-底座；410-底板；420-顶板；430-壳体；440-支撑杆；450-橡胶垫；510-料槽；520-显示屏；530-透镜；610-操作屏；620-接口；630-主控板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图6和图7所示，本发明一实施例提供了的光源装置300包括反射件310、安装座320和两组光源组件330。反射件310具有反射腔；安装座320具有第一斜面321和第二斜面322，第一斜面321和第二斜面322配合形成倒V形。两组光源组件330分别设置于第一斜面321和第二斜面322，且两组光源组件330发出的光线位于反射腔311内。光源组件330发出的一部分光线经过反射件310反射至光源接收件的接收面，光源组件330发出的另一部分光线投射至该接收面。

如图1、图3、图6和图7所示，以光源装置300应用于光固化3D打印设备、以光源接收件为显示屏为例进行说明。通过将两组光源组件330分别设置于第一斜面321和第二斜面322，也就是说，两组光源组件330的法线方向与显示屏520呈夹角且不与显示屏520垂直(法线方向即为垂直于对应斜面的方向)，图7用带箭头的实线示意出了法线方向的光线的路径。法线方向上的光线会直接投射至显示屏520，并且到达显示屏520的端部区域，端部区域也即接近边缘的区域，例如图中的左端和右端。非法线方向上的光线的部分直接投射至显示屏520的非端部区域(即左端和右端之间的区域)，另一部分通过反射件反射至显示屏520的非端部区域，图7用带箭头的虚线简单示意出了非法线方向的光线的路径。

其中，光源组件330在法线方向上的光强最大，非法线方向的光强会逐渐递减。也就是说，第一斜面321上的光源组件330的覆盖范围从显示屏520的左端到非端部区域，并且光强依次递减。第二斜面322上的光源组件330的覆盖范围从显示屏520的右端到非端部区域，光强依次递减，即从非端部区域到右端，光强依次递增。非端部区域的光强通过两组光源组件330来自非法线方向的光强进行叠加，从而达到端部区域的光强值，使得显示屏520各个区域的光强分布较为均匀。相较于光源组件330的法线方向垂直于显示屏520的设置，通过设置光源组件330相对显示屏520倾斜，且两组光源组件330呈角度设置，能够避免显示屏520的中间区域的光强远远大于端部区域光强的情况发生。使得整个曝光区域的光强均匀没有突变边界，从而提高光照的均匀性即光固化质量。另外，由于光源组件330发出的光线都位于反射腔311内，也就是说，该反射件310能够降低光线外漏而意外照射到非固化区域影响打印效果的风险，从而保证固化的稳定性。

如图6和图7所示，在一实施例中，两组光源组件330以竖直方向(图示中的Z方向)为轴呈轴对称分布。基于前述分析可知，显示屏520的端部区域的光强来源于光源组件330的法线方向，非端部区域来源于非法线方向。通过将两组光源组件330对称分布，使得两组光源组件330在非端部区域的光强的重叠范围更为一致，从而保证非端部区域的光强的叠加更为均匀，固化效果更为可靠。

如图2、图3和图6所示，在其中一个实施例中，自下而上，反射腔311的腔体面积逐渐增大。由于光线是发散的，因此离光源组件330越远，光斑面积越大，通过设置反射腔311的腔体面积逐渐增大，从而适配不同位置的光斑大小，降低对光线造成遮挡的可能。如图6所示，反射件310沿竖直方向的截面为梯形。其中，反射件310可以为反射杯。

进一步地，为了提高光线的反射率，降低光线反射时的损耗，反射件310的反射面上设置有镀膜层，镀膜层可以为银薄膜，但并不以此为限，也可以是铝薄膜，其只要能满足将光源组件330提供的光线反射入光源接收件例如显示屏即可。

参阅图4和图5，在一实施例中，光源组件330包括电路板和连接于电路板上的灯珠331，电路板通过紧固件例如螺丝等固定在安装座320上。每组灯珠331按照一行五列的方式分布在电路板上。其中，灯珠331采用小角度多芯阵列封装，保证单颗灯珠331成型面积照度均匀，同时，多颗灯珠331阵列保证成型面积光源强度。灯珠331具体为紫外光灯珠331。

此外，正是由于一组光源组件330包括多个灯珠331，且两组光源组件330呈倒V形分布，因此即使其中一个灯珠331发生损坏，导致该灯珠331对应的区域的光强略有减弱，但其他位置的灯珠331发出的光线仍会投射至该区域上，且多个灯珠331的光强在此区域叠加，因此对光照效果例如对打印模型的固化效果不会产生太大的影响，即对整机的打印进度的影响较小，因此能够保证打印的可靠性和打印效率。

参阅图3至图5，在其中一个实施例中，安装座320包括散热主体323和多个连接于散热主体323的散热片324；多个散热片324沿水平方向间隔分布；第一斜面321和第二斜面322均设置于散热主体323上。也就是说相邻的散热片324之间具有散热间隙。如此，灯珠331产生的热量能够传递到散热片324，通过散热片324之间的间隙传递到空气中，实现对灯珠331的散热，降低灯珠331烧毁的风险，提升灯珠331的使用寿命。

参阅图3至图5，在其中一个实施例中，光源装置300包括散热风扇340；相邻的散热片324之间的间隙与散热风扇340的出风口连通。散热风扇340形成的气流能够及时将传递至散热片324的热量带走，从而提高灯珠331的散热能力，保证灯珠331的使用寿命。

在其中一个实施例中，散热主体构造有流体通道，流体通道用于供冷却介质流动。冷却介质与散热主体发生热交换，使得散热主体降温，从而对散热主体上的灯珠进行降温冷却。通过风冷和水冷结合的方式降低灯珠热量，提升灯珠的散热能力和使用寿命。

如图1、图3、图6和图7所示，进一步地，本发明一实施例还提供一种光固化3D打印设备10，包括升降机构200、连接于升降机构200的成型平台100、显示屏520和上述的光源装置300。升降机构200用于驱动成型平台100做升降运动。光源装置300位于成型平台100的下方；显示屏520位于成型平台100和光源组件之间。光源组件330发出的一部分光线经过反射件310反射至显示屏520，光源组件330发出的另一部分光线投射至显示屏520。

通过将两组光源组件330倾斜设置，由于光源组件330在法线方向上的光强最大，非法线方向的光强会逐渐递减。也就是说，第一斜面321上的光源组件330的覆盖范围从显示屏520的左端到非端部区域，并且光强依次递减。第二斜面322上的光源组件330的覆盖范围从显示屏520的右端到非端部区域，光强依次递减，即从非端部区域到右端，光强依次递增。非端部区域的光强通过两组光源组件330来自非法线方向的光强进行叠加，从而达到端部区域的光强值，使得显示屏520各个区域的光强分布较为均匀。整个曝光区域的光强均匀没有突变边界，从而提高光照的均匀性即光固化质量。由于光源组件330发出的光线都位于反射腔311内，也就是说，该反射件310能够降低光线外漏而意外照射到非固化区域影响打印效果的风险，从而保证固化的稳定性。

如图6和图7所示，显示屏520的下方还可以设置透镜530，从而对投入显示屏520的光线进行准直，使得光线为平行光。光源组件330发出的光经过反射件310反射至透镜530上，透镜530用于对反射而来的光进行准直处理，光线依次穿过显示屏520和成型平台100。准直后的光线将显示屏520上显示的图像投影到料槽510，用于固化光敏树脂。透镜530可以为菲涅尔透镜530。

如图2和图3所示，在其中一个实施例中，升降机构200包括驱动件210、驱动杆220和驱动块230，驱动杆220连接于驱动件210，驱动块230与驱动杆220螺纹连接；成型平台100连接于驱动块230，且能够随驱动块230同步运动。驱动件210用于驱动驱动杆220转动，带动驱动块230做升降运动，驱动块230带动成型平台100移动，从而实现不同层级的固化。

其中，驱动件210可以为伺服电机，伺服电机的驱动转子与驱动杆220通过联轴器260连接，实现二者的同步转动。伺服电机的控制精度较高。其次，矩频特性好。伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速约2000RPM左右，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出，从而使伺服电机在高速打印过程中能保证高转矩正常工作。另外，过载能力强，具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。

在其中一个实施例中，升降机构包括检测件，检测件连接于驱动件的驱动转子，并随着驱动转子同步转动，以测量驱动转子的转动速度和转动位置。

通过检测件测量驱动转子的转动速度和转动角度，结合控制器补偿误差，从而提升升降机构的运动精度。检测件具体可以为编码器，伺服电机每旋转一个角度，编码器都会发出对应数量的脉冲，控制器根据接收到的脉冲数控制伺服电机的转动，从而形成闭环反馈。解决了步进电机在高速运转和运动负载较大的情况下丢步或者过冲导致打印质量差的问题。

如图1和图2所示，光固化3D打印设备10还包括支撑型材250，驱动件210设置于支撑型材250上，支撑型材250采用铝合金开模制成，以节约加工成本。其中，支撑形成上还设置有导轨240，导轨240上滑动连接有滑块，驱动块230连接于滑块，与滑块同步沿着导轨240移动。通过导轨240对成型平台100的移动进行导向和限位，提升成型平台100的移动精度。进一步地，导轨240的数量为两组，且位于驱动杆220的两侧，以提升升降机构200运行时的稳定性。

如图1、图2和图6所示，在其中一个实施例中，成型平台100包括悬臂110和成型板120，悬臂110连接于升降机构200且相对升降机构200沿水平方向伸出；成型板120连接于悬臂110，升降机构200用于驱动成型板120做升降运动。通过设置相对升降机构200伸出的悬臂110，使得用于固化模型的成型板120与升降机构200之间具有一定的间隙，降低成型平台100移动过程中与升降机构200发生干涉的可能。悬臂110采用铝合金开模制成。

如图1、图2和图6所示，在其中一个实施例中，成型平台100包括卡接板130和连接于卡接板130的连接板140；卡接板130和悬臂110中的一者构造有卡槽，另一者卡接于卡槽的槽壁；成型板120连接于连接板140。具体地，卡接板130构造有卡槽，悬臂110设置于卡槽内，且二者通过连接件150连接，连接件150可以为螺丝。当然，也可以是悬臂设置卡槽，卡接板位于卡槽内。卡接板130和连接板140通过紧固件例如螺栓等连接。连接板140上设置有两个长条孔，如此，通过紧固件和长条孔的松紧配合，即紧固件能够沿着长条孔移动，移动到位后锁紧，从而实现成型板120相对于卡接板130的位置调节。

参阅图1和图2，在其中一个实施例中，光固化3D打印设备10包括底座400，底座400上设置有操作屏610。通过设置操作屏610，便于用户操作光固化3D打印设备10。操作屏610上还设置有接口620，例如USB接口，接口620和操作屏610均电性连接于主控板630上，操作屏610通过紧固件例如螺丝等固定在底座400上。

其中，底座400包括顶板420、底板410和连接于顶板420和底板410之间的壳体430。顶板420和底板410之间还连接有支撑杆440，提升底座400的支撑强度。进一步地，支撑杆440的数量为两个，两个支撑杆440和操作屏610沿底座400的周向间隔分布，三者所在的位置近似为三角形分布，提升支撑稳定性。壳体430采用铝板阳极氧化工艺处理，具有良好的外观面，提升其美观效果。另外，底座的底部设置有三个橡胶垫450，其中两个橡胶垫450的布置位置与两个支撑杆的布置位置对应，另外一个橡胶垫的布置位置与操作屏的布置位置对应，从而进一步形成三角形分布，提升支撑稳定性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

反射件，所述反射件具有反射腔；

安装座，所述安装座具有第一斜面和第二斜面，所述第一斜面和所述第二斜面配合形成倒V形；

两组光源组件；两组所述光源组件分别设置于所述第一斜面和所述第二斜面，且两组所述光源组件发出的光线位于所述反射腔内；

所述光源组件发出的一部分光线经过所述反射件反射至光源接收件的接收面；所述光源组件发出的另一部分光线投射至所述接收面。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，两组所述光源组件以竖直方向为轴呈轴对称分布。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于自下而上，所述反射腔的腔体面积逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述安装座包括散热主体和多个连接于所述散热主体的散热片；

多个所述散热片沿水平方向间隔分布；所述第一斜面和所述第二斜面均设置于所述散热主体上。

5.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置包括散热风扇；

相邻的所述散热片之间的间隙与所述散热风扇的出风口连通。

6.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述散热主体构造有流体通道，所述流体通道用于供冷却介质流动。

7.一种光固化3D打印设备，其特征在于，包括升降机构、连接于所述升降机构的成型平台、显示屏及权利要求1-6任一项所述的光源装置；

所述光源装置位于所述成型平台的下方；所述显示屏位于所述成型平台和所述光源组件之间；

所述光源组件发出的一部分光线经过所述反射件反射至所述显示屏；所述光源组件发出的另一部分光线投射至所述显示屏。

8.根据权利要求7所述的光固化3D打印设备，其特征在于，所述升降机构包括驱动件、驱动杆和驱动块，所述驱动杆连接于所述驱动件，所述驱动块与所述驱动杆螺纹连接；所述成型平台连接于所述驱动块，且能够随所述驱动块同步运动；

所述驱动件用于驱动所述驱动杆转动，带动所述驱动块做升降运动。

9.根据权利要求8所述的光固化3D打印设备，其特征在于，所述升降机构包括检测件，所述检测件连接于所述驱动件的驱动转子，并随着所述驱动转子同步转动，以测量所述驱动转子的转动速度和转动位置。

10.根据权利要求7所述的光固化3D打印设备，其特征在于，所述光固化3D打印设备包括底座，所述底座上设置有操作屏。

11.根据权利要求7所述的光固化3D打印设备，其特征在于，所述成型平台包括悬臂和成型板，所述悬臂连接于所述升降机构且相对所述升降机构沿水平方向伸出；所述成型板连接于所述悬臂，所述升降机构用于驱动所述成型板做升降运动。

12.根据权利要求11所述的光固化3D打印设备，其特征在于，所述成型平台包括卡接板和连接于所述卡接板的连接板；所述卡接板和所述悬臂中的一者构造有卡槽，另一者卡接于所述卡槽的槽壁；所述成型板连接于所述连接板。

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