CN206733606U - 一种激光3d打印设备 - Google Patents

Abstract

一种激光3D打印设备，包括：激光光源、振镜、透明罩、刮刀、料槽、工作台和控制系统；料槽用于盛装打印原液；工作台位于料槽内，其上表面用于形成和承载构造中的物体；工作台能够沿料槽的高度方向上下移动；透明罩盖在料槽顶部，并位于工作台上方，或者位于激光3D打印设备上方；刮刀位于料槽和透明罩内部，并位于工作台上方，刮刀能沿刮刀延伸方向的垂直方向水平移动；激光光源和振镜位于料槽上方，振镜将激光光源出射的激光照射到打印原液的液面，以形成构造中的物体；激光光源在控制系统的控制下出射激光或停止出射激光。本实用新型提出的打印设备尺寸大大简化，结构简单，造价低，克服了氧阻聚的问题，可以打印出尺寸大且不易变形的样品。

Description

一种激光3D打印设备

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印领域，具体涉及一种激光3D打印设备。

背景技术

3D打印(三维制造)是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印、层层累积的方式来构造三维物体的技术。特别地，采用可见光或紫外光照射光敏树脂逐层固化来构造三维物体，通常称之为立体光固化技术(SLA)。目前有两种技术来实现SLA：一种为新增加层在构造中的物体的上表面，称之为“自上而下”制造技术；另一种为新增加层在构造中的物体的下表面，称之为“自下而上”的制造技术。

对于“自上而下”技术，中国专利申请号201410795471.6公开了一种具有刮平功能的激光3D打印机及其光固化打印方法，其中公开了如下内容：在光固化3D打印过程开始时，照射源自上而下照射，新增加层在构造中的物体的上表面形成，每形成一层，构造中的物体下降一层并潜入打印原液的液面以下，即打印单元在照射单元每扫描固化一个层面后，所述的刮平单元就对所述层面上端进行一次刮平处理，然后所述的打印单元再整体下降一个层面高度，并进行下一层面的打印，直到打印完成。即，刮平单元对构造表面进行一次刮平动作和一次抹平动作，打印原液重新涂覆一层在构造中的物体的上表面，然后再进行新的光照射固化步骤。

对于“自下而上”技术，在光固化3D打印过程开始时，照射源自下而上照射，新增加层在构造中的物体的下表面形成，每形成一层，构造中的物体上升一定高度，使打印原液重新充满料槽底部，再使构造中的物体下降到指定位置，使构造表面与料槽之间保持一个打印层所需树脂厚度，并进行下一层面的打印，直到打印完成。

目前波长在355nm附近的打印机普遍采用“自上而下”的打印方式，缺点是355nm激光器造价高，体积大，结构复杂。对于波长在405nm附近的打印机，由于自由基引发，容易产生氧阻聚，所以这类打印机普遍采用“自下而上”的打印方式，但这种“自下而上”三维制造技术的缺点是构造物收缩率大，易变形，无法扩大打印面积。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种激光3D打印设备，可以打印精度高、尺寸大和不易变形的样品，并且设备造价低，结构简单。本实用新型提出的技术方案如下。

一种激光3D打印设备，包括：激光光源、振镜、透明罩、刮刀、料槽、工作台和控制系统；

料槽用于盛装打印原液；

工作台位于料槽内，其上表面用于形成和承载构造中的物体；工作台能够沿料槽的高度方向上下移动；

透明罩盖在料槽顶部，并位于工作台上方，或者位于所述激光3D打印设备上方，罩住所述激光3D打印设备；

刮刀位于料槽和透明罩内部，并位于工作台上方，刮刀能够沿刮刀延伸方向的垂直方向水平移动；

激光光源和振镜位于料槽上方，振镜将激光光源出射的激光照射到打印原液的液面，以形成构造中的物体；

激光光源与控制系统相连，在控制系统的控制下出射激光或停止出射激光。

进一步地，刮刀包括五个部分：第一水平部、第二水平部、第三水平部、第一连接部和第二连接部，第一水平部从料槽一侧伸入料槽内部，第一连接部从第一水平部伸入料槽内部的端部向下延伸到透明罩一侧边的下方，第二水平部从第一连接部远离第一水平部的端部从透明罩的该侧边的下方伸入透明罩的内部，第二连接部从第二水平部伸入透明罩内部的端部在透明罩内部向上延伸，第三水平部从第二连接部远离第二水平部的端部沿与工作台平行的方向在透明罩内部横向延伸，刮刀的五个部分形成凹形形状；透明罩的该侧边位于伸入刮刀的料槽的同侧。

进一步地，刮刀包括的五个部分为一体结构，或者为组合结构。

进一步地，第三水平部的下表面与第二水平部的上表面的水平距离小于第一水平部的下表面与第二水平部的上表面的水平距离。

进一步地，刮刀位于透明罩内部的所述第三水平部沿平行于工作台的上表面的截面尺寸等于或大于工作台上表面的尺寸。

进一步地，所述激光3D打印设备还包括聚焦镜，激光光源发出的激光束经聚焦镜进行聚焦后，出射到振镜。

进一步地，所述激光3D打印设备还包括电机运动系统，电机运动系统在控制系统的控制下带动工作台上下运动，从而调整工作台的高度。

进一步地，所述激光3D打印设备还包括用于测量料槽中打印原液的液面高度的测高装置，测高装置与控制系统连接，控制系统根据测高装置测得的液面高度控制电机运动系统，从而调整工作台的高度。

进一步地，所述激光光源为波长为405nm±10nm的激光光源。

进一步地，透明罩具有保护气体进口。

本实用新型的有益效果：本实用新型提出的激光3D打印设备与现有的自上而下的打印设备相比，打印设备尺寸大大简化，结构简单，造价低，克服了氧阻聚的问题；与现有的自下而上的打印设备相比，可以打印出尺寸大且不易变形的样品。

附图说明

图1是本实用新型提出的激光3D打印设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员都知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。

本实用新型提出的激光3D打印设备如图1所示，激光3D打印设备包括：激光光源1、振镜3、透明罩4、刮刀5、料槽7、工作台8、测高装置11、控制系统(未图示)和电机运动系统(未图示)。

料槽7用于盛装打印原液6，优选地，该打印原液为液体树脂。

工作台8位于料槽7内，其上表面用于形成和承载构造中的物体9。

透明罩4盖在料槽7顶部，并位于工作台8上方，或者位于所述激光3D打印设备上方，罩住所述激光3D打印设备。当料槽7中盛装打印原液6时，透明罩4与打印原液6的液面之间形成密封空间。透明罩4具有保护气体进口10，通过保护气体进口10，可以向所述密封空间充入氮气或者氩气等保护气体，防止因打印原液6的液面表面与空气接触，产生氧阻聚。为了便于激光穿过，所述透明罩可以采用有机玻璃材质，也可以采用其他对激光光源(例如波长为405nm的激光光源)高透的材质。透明罩4的内部尺寸大于工作台8的上表面尺寸，使得透过透明罩4的激光束能够照射到工作台8上表面的任意位置。

刮刀5位于料槽7和透明罩4内部，并位于工作台8上方。为描述方便，将刮刀5划分为五个部分：第一水平部51、第二水平部53和第三水平部55以及第一连接部52和第二连接部54，第一水平部51从料槽7一侧(图1中所示为右侧)伸入料槽7内部，第一连接部52从第一水平部51伸入料槽7内部的端部向下延伸到透明罩4一侧边(图1中所示为右侧边)的下方，第二水平部53从第一连接部52远离第一水平部51的端部从透明罩4的该侧边的下方伸入透明罩4的内部，第二连接部54从第二水平部53伸入透明罩4内部的端部在透明罩4内部向上延伸，第三水平部55从第二连接部54远离第二水平部53的端部沿与工作台平行的方向在透明罩4内部横向(图1中的水平方向)延伸，刮刀5的五个部分形成凹形形状。刮刀5的五个部分可以是一体结构，也可以是组合结构。透明罩4的该侧边位于伸入刮刀5的料槽7的同侧。第三水平部55的下表面与第二水平部53的上表面的水平距离小于第一水平部51的下表面与第二水平部53的上表面的水平距离。刮刀5位于透明罩4内部的第三水平部55沿平行于工作台8的上表面的截面尺寸等于或大于工作台8上表面的尺寸，以保证刮刀5的第三水平部55能够将位于工作台8上表面之上的打印原液6的液面全部刮平。刮刀5可以在料槽7和透明罩4中沿刮刀延伸方向的垂直方向(图1中沿垂直纸面的方向)水平移动。

激光光源1位于料槽7上方，激光光源1发出的激光束经聚焦镜2进行聚焦后，出射到振镜3。所述激光光源1可以选择波长为405nm±10nm的激光光源。激光光源1与控制系统相连，在控制系统的控制下出射激光或停止出射激光。

振镜3位于料槽7上方，控制入射的激光束在X-Y平面的偏转。

电机运动系统在控制系统的控制下带动工作台8上下运动，从而调整工作台8的高度。

测高装置11与控制系统连接，测高装置11用于测量料槽7中打印原液6的液面高度，控制系统根据测高装置11测得的液面高度控制电机运动系统，从而调整工作台8的高度。

所述打印设备采取“自上而下”的打印方式，打印样品精度高，不易变形，有利于扩大打印面积，提供更大尺寸的打印样品。

所述激光3D打印设备的工作过程为：

首先，在料槽7中设置好工作台8和刮刀5后，在料槽7中倒入打印原液6，使工作台8位于打印原液6的液面以下，将透明罩4罩在打印原液6的液面和刮刀5上方，通过保护气体进口10向透明罩4内部充入保护气体，排出空气，使得透明罩4与打印原液6的液面之间形成的密封空间中充满保护气体；刮刀5刮平打印原液6的液面，测高装置11测量打印原液6的液面高度，根据测得的液面高度调整工作台8的高度，使得工作台8上表面距离打印原液6的液面的高度保持一个打印层所需打印原液的厚度；控制系统控制激光光源1出射激光，出射的光经聚焦镜2聚焦后，通过振镜3自上而下透过透明罩4照射到打印原液6的液面，在工作台8的上表面固化打印原液6，形成构造中的物体9的一个打印层，打印结束后，控制系统控制激光光源1停止出射激光；

然后，逐层打印构造中的物体9的各打印层，直到构造中的物体9的所有打印层均打印完毕。每个打印层的打印过程如下：

刮刀5刮平打印原液6的液面，工作台8及形成于其上的构造中的物体9位于打印原液6的液面以下，测高装置11测量打印原液6的液面高度，根据测得的液面高度再次调整工作台8的高度，使得工作台8上形成的构造中的物体9的上表面距离打印原液6的液面的高度保持一个打印层所需打印原液的厚度；控制系统控制激光光源1出射激光，出射的光经聚焦镜2聚焦后，通过振镜3自上而下透过透明罩4照射到打印原液6的液面，在工作台8的上表面固化打印原液6，形成构造中的物体9的一个打印层，打印结束后，控制系统控制激光光源1停止出射激光。

本实用新型提出的激光3D打印设备可以采用405nm固体激光光源，相较于355nm半导体激光光源造价低，体积小，结构简单，克服了氧阻聚的问题。同时，采用自上而下的打印方式，打印样品精度高，不易变形，有利于扩大打印面积，提供更大尺寸的打印样品。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光3D打印设备，其特征在于，包括：激光光源、振镜、透明罩、刮刀、料槽、工作台和控制系统；

料槽用于盛装打印原液；

工作台位于料槽内，其上表面用于形成和承载构造中的物体；工作台能够沿料槽的高度方向上下移动；

透明罩盖在料槽顶部，并位于工作台上方，或者位于所述激光3D打印设备上方，罩住所述激光3D打印设备；

刮刀位于料槽和透明罩内部，并位于工作台上方，刮刀能够沿刮刀延伸方向的垂直方向水平移动；

激光光源和振镜位于料槽上方，振镜将激光光源出射的激光照射到打印原液的液面，以形成构造中的物体；

激光光源与控制系统相连，在控制系统的控制下出射激光或停止出射激光。

2.根据权利要求1所述的激光3D打印设备，其特征在于，刮刀包括五个部分：第一水平部、第二水平部、第三水平部、第一连接部和第二连接部，第一水平部从料槽一侧伸入料槽内部，第一连接部从第一水平部伸入料槽内部的端部向下延伸到透明罩一侧边的下方，第二水平部从第一连接部远离第一水平部的端部从透明罩的该侧边的下方伸入透明罩的内部，第二连接部从第二水平部伸入透明罩内部的端部在透明罩内部向上延伸，第三水平部从第二连接部远离第二水平部的端部沿与工作台平行的方向在透明罩内部横向延伸，刮刀的五个部分形成凹形形状；透明罩的该侧边位于伸入刮刀的料槽的同侧。

3.根据权利要求2所述的激光3D打印设备，其特征在于，刮刀包括的五个部分为一体结构，或者为组合结构。

4.根据权利要求2所述的激光3D打印设备，其特征在于，第三水平部的下表面与第二水平部的上表面的水平距离小于第一水平部的下表面与第二水平部的上表面的水平距离。

5.根据权利要求2所述的激光3D打印设备，其特征在于，刮刀位于透明罩内部的所述第三水平部沿平行于工作台的上表面的截面尺寸等于或大于工作台上表面的尺寸。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光3D打印设备，其特征在于，所述激光3D打印设备还包括聚焦镜，激光光源发出的激光束经聚焦镜进行聚焦后，出射到振镜。

7.根据权利要求6所述的激光3D打印设备，其特征在于，所述激光3D打印设备还包括电机运动系统，电机运动系统在控制系统的控制下带动工作台上下运动，从而调整工作台的高度。

8.根据权利要求7所述的激光3D打印设备，其特征在于，所述激光3D打印设备还包括用于测量料槽中打印原液的液面高度的测高装置，测高装置与控制系统连接，控制系统根据测高装置测得的液面高度控制电机运动系统，从而调整工作台的高度。

9.根据权利要求8所述的激光3D打印设备，其特征在于，所述激光光源为波长为405nm±10nm的激光光源。

10.根据权利要求9所述的激光3D打印设备，其特征在于，透明罩具有保护气体进口。