CN208255520U - 大幅面紫外3d打印扫描镜头以及紫外3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种大幅面紫外3D打印扫描镜头以及紫外3D打印机，至少包括镜筒以及通过压圈固设在所述镜筒内的两组光学透镜，该镜头以所述镜筒为基础，所述镜筒从物方到像方依次为由熔融石英制成的第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组为正透镜组，其焦距为205~215mm；所述第二透镜组为负透镜组，其焦距为‑220~‑215mm。本实用新型的有益效果主要体现在：结构简单，设计巧妙，采用两组光学透镜，通过不同的光焦度分配，实现大幅面扫描，提高工作效率，同时，扫描更加均匀，从而提高光固化成型的质量。

Description

大幅面紫外3D打印扫描镜头以及紫外3D打印机

技术领域

本实用新型涉及增材制造技术领域，具体而言，尤其涉及一种大幅面紫外3D打印扫描镜头以及紫外3D打印机。

背景技术

3D打印，又称快速成型、增材制造，是一种以3D数据模型文件为基础，运用光敏树脂、粉末状塑料或金属等材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。在将3D数据模型输出到3D打印之前，需要对3D模型进行分层，切成数百上千个薄层。然后将扫描这些薄层的数据文件输出到打印机，3D打印机逐层打印出来，直到整个形状叠加成型。

现已广泛应用于模具、汽车、家电、医疗、牙科、首饰、珠宝等领域的产品原型制造、性能测试和设计检验验证，极大地提高了新产品开发速度，降低了开发成本，增强了企业市场竞争力，显示出广阔的市场前景。

目前，市场上应用的3D打印机几乎采用激光器振镜扫描光路布局方式，该方式扫描时面积有限，导致效率低下，同时精细轮廓线或边缘扫描时精度较低，从而影响光固化成型件的质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种大幅面紫外3D打印扫描镜头以及紫外3D打印机。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种大幅面紫外3D打印扫描镜头，至少包括镜筒以及通过压圈固设在所述镜筒内的两组光学透镜，该镜头以所述镜筒为基础，所述镜筒从物方到像方依次为由熔融石英制成的第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组为正透镜组，其焦距为205～215mm；所述第二透镜组为负透镜组，其焦距为-220～-215mm。

优选的，所述第一透镜组至少包括第一负透镜，所述第一负透镜的直径为49～51mm，中心厚度为3.8～4.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-230～-225mm，像侧面为凹面，曲率为835～840mm。

优选的，所述第一透镜组还包括第一正透镜，所述第一正透镜的中心厚度为7.4～7.6mm，其物侧面为凸面，曲率为213～215mm，直径为51～53mm；其像侧面为凸面，曲率为-95～-92mm，直径为55～57mm。

优选的，所述第一正透镜与所述第一负透镜之间的距离为0.4～0.5mm。

优选的，所述第二透镜组至少包括第二正透镜，所述第二正透镜的中心厚度为11～12mm，其物侧面为凹面，曲率为-185～-182mm，直径为69～71mm；其物侧面为凸面，曲率为-57～-55mm，直径为71～73mm。

优选的，所述第二正透镜与所述第一正透镜之间的距离为23～24mm。

优选的，所述第二透镜组还包括第二负透镜，所述第二负透镜的中心厚度4.8～5.2mm，其物侧面为凹面，直径为73～75mm，曲率为-57～-54mm；其像侧面为凹面，直径为87～89mm，曲率为262～264mm。

优选的，第二负透镜与所述第二正透镜之间的距离为1.8～2.2mm。

优选的，还包括设置在所述镜筒内由熔融石英制成的保护片，所述保护片与所述第二负透镜的像侧面贴近，且两者之间的距离为4.8～5.2mm，所述保护片的直径为88～92mm，中心厚度1.8～2.0mm，且其物侧面和物侧面均为平面。

一种紫外3D打印机，包括如上述所述的大幅面紫外3D打印扫描镜头，以及激光器、取直镜、振镜，在所述激光器和被打印件之间依次设有取直镜、振镜、镜头，由所述激光器产生的光束，通过所述取直镜后行成平行的光束，继而通过所述振镜后将光束振动成特定形状的光束，将所述特定形状的光束穿过所述大幅面紫外3D打印扫描镜头后照射到被打印件上。

本实用新型的有益效果主要体现在：

1、结构简单，设计巧妙，采用两组光学透镜，通过不同的光焦度分配，实现大幅面扫描，提高工作效率，同时，扫描更加均匀，从而提高光固化成型的质量；

2、两组光学透镜均由熔融石英制成，可适应较高功率的激光环境，避免镜片被打坏；

3、第二负透镜的像侧面为大凹面，可迅速扩大边缘光线的发散角度，以达到大幅面均匀聚焦的目的。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：

图1：本实用新型中光程差的测试示意图；

图2：本实用新型中振镜扫描焦点变化示意图；

图3：本实用新型中场曲和畸变示意图；

图4：本实用新型示意图；

图5：图5中局部放大图；

图6：本实用新型中MTF曲线图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限于本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

如图4至图5所示，本实用新型揭示了一种大幅面紫外3D打印扫描镜头，至少包括镜筒1以及通过压圈固设在所述镜筒1内的两组光学透镜2，该镜头以所述镜筒1为基础，所述镜筒1从物方到像方依次为第一透镜组3和第二透镜组4，由压圈(图中未示出)压紧在所述镜筒1内，该设置可使所述镜头整体迷你化，便于携带，以适应更复杂工作环境。

本实用新型中，所述第一透镜组3和第二透镜组4均由熔融石英制成的，熔融石英是用天然高纯度二氧化硅经电炉在高于1760℃以上温度熔融，随后快速冷却而制得的，此过程将晶型二氧化硅转变为非晶型的玻璃熔体。熔融石英熔化温度约1713℃，导热系数低，热膨胀系数几乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有极高的热震稳定性。由于激光清洗所用的激光器功率一般偏高，采用融石英为材料可适应比较高功率的激光环境，根据融石英抗激光阈值高的特性，可避免镜片被激光打坏。进一步的，所述第一透镜组3为正透镜组，其焦距为205～215mm，优选的，其焦距为210.921mm，其作用是汇聚入射光，避免镜头长度过大，并且为后续的聚焦做提前准备。所述第二透镜组4为负透镜组，其焦距为-220～-215mm，优选的，其焦距为-218.37mm，其作用是利用负焦距，尤其是所述第二透镜组4的像侧面迅速扩大边缘光线的发散角度，以达到大幅面均匀聚焦的目的。

本实用新型中，所述第一透镜组3至少包括第一负透镜31，所述第一负透镜31的直径为49～51mm，中心厚度为3.8～4.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-230～-225mm，像侧面为凹面，曲率为835～840mm。本实施例中所述第一负透镜31的直径为50mm，中心厚度为4mm，其物侧面为凹面，曲率为-228.642mm，像侧面为凸面，曲率为838.829mm。所述第一透镜组3还包括与所述第一负透镜31相距0.485mm的第一正透镜32，所述第一正透镜32的中心厚度为7.4～7.6mm，其物侧面为凸面，曲率为213～215mm，直径为51～53mm；其像侧面为凸面，曲率为-95～-92mm，直径为55～57mm。本实施例中，所述第一正透镜32的中心厚度为7.534mm，其物侧面为凸面，曲率为214.297mm，直径为52mm；其像侧面为凸面，曲率为-93.150mm，直径为56mm。

所述第二透镜组4至少包括与所述第一正透镜32相距23.660mm的第二正透镜41，所述第二正透镜41的中心厚度为11～12mm，其物侧面为凹面，曲率为-185～-182mm，直径为69～71mm；其物侧面为凸面，曲率为-57～-55mm，直径为71～73mm。本实施例中，所述第二正透镜41的中心厚度为11.778mm，其物侧面为凹面，曲率为-183.957mm，直径为70mm；其物侧面为凸面，曲率为-56.998mm，直径为72mm。所述第二透镜组4还包括与所述第二正透镜41相距2mm的第二负透镜42，所述第二负透镜42的中心厚度4.8～5.2mm，其物侧面为凹面，直径为73～75mm，曲率为-57～-54mm；其像侧面为凹面，直径为87～89mm，曲率为262～264mm。本实施例中，所述第二负透镜42的中心厚度5mm，其物侧面为凹面，直径为74mm，曲率为-55.369mm；其像侧面为凹面，直径为88mm，曲率为263.014mm。

本实用新型中光学透镜的设计参数如下表一所示：

本实用新型中，所述镜筒1内还包括设置在所述镜筒1内由熔融石英制成的保护片5，所述保护片5与所述第二透镜组4的像侧面贴近，且两者之间的距离为5mm，所述保护片5的直径为90mm，中心厚度1.995mm，且其物侧面和物侧面均为平面，可保护球面免受材料溅射打坏，同时，成本也较低。

本实用新型针对该镜头做了如下测试，如图1所示所述镜头在0、0.4、0.7以及1.0的试场范围内，光程差均控制在0.5λ范围内。如图2所示，焦点大小均匀，在完全模拟实际10光斑振镜的使用条件下，910mmx910mm的超大幅面中，焦点最大与最小处仅仅像差11％，完全可以满足紫外光固化的精度要求。如图3所示，场曲反应镜头焦平面平场性能，畸变反应实际加工边缘会否造成桶形或者枕形的弯曲，该镜头的场曲控制在0.5mm以内，畸变控制在0.4％以内。如图6所示，本实用新型中光程差的测试示意图，焦点均都靠近衍射极限，均在艾里斑范围内。

下面简单阐述一下本实用新型的工作过程，打开355nm波段激光器，产生激光光束，激光光束照射在取直镜(图中未示出)上，取直镜将激光光束取直成平行的光束，取直后的光束照射在振镜(图中未示出)上，振镜通过振动转动将光束振动成一定形状的光束，如所述光束整体偏转30°、45°等；经振动后形成一定形状的光束照射在所述镜头上，依次贯穿所述第一负透镜31、第一正透镜32、第二正透镜41以及第二负透镜42以及保护片5，光束穿过所述大幅面紫外3D打印扫描镜头后照射到被打印件上。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.大幅面紫外3D打印扫描镜头，其特征在于：至少包括镜筒（1）以及通过压圈固设在所述镜筒（1）内的两组光学透镜（2），该镜头以所述镜筒（1）为基础，所述镜筒（1）从物方到像方依次为由熔融石英制成的第一透镜组（3）和第二透镜组（4），所述第一透镜组（3）为正透镜组，其焦距为205~215mm；所述第二透镜组（4）为负透镜组，其焦距为-220~-215mm。

2.根据权利要求1所述的大幅面紫外3D打印扫描镜头，其特征在于：所述第一透镜组（3）至少包括第一负透镜（31），所述第一负透镜（31）的直径为49~51mm，中心厚度为3.8~4.2mm，其物侧面为凹面，曲率为-230~-225mm，像侧面为凹面，曲率为835~840mm。

3.根据权利要求2所述的大幅面紫外3D打印扫描镜头，其特征在于：所述第一透镜组（3）还包括第一正透镜（32），所述第一正透镜（32）的中心厚度为7.4~7.6mm，其物侧面为凸面，曲率为213~215mm，直径为51~53mm；其像侧面为凸面，曲率为-95~-92mm，直径为55~57mm。

4.根据权利要求3所述的大幅面紫外3D打印扫描镜头，其特征在于：所述第一正透镜（32）与所述第一负透镜（31）之间的距离为0.4~0.5mm。

5.根据权利要求4所述的大幅面紫外3D打印扫描镜头，其特征在于：所述第二透镜组（4）至少包括第二正透镜（41），所述第二正透镜（41）的中心厚度为11~12mm，其物侧面为凹面，曲率为-185~-182mm，直径为69~71mm；其像侧面为凸面，曲率为-57~-55mm，直径为71~73mm。

6.根据权利要求5所述的大幅面紫外3D打印扫描镜头，其特征在于：所述第二正透镜（41）与所述第一正透镜（32）之间的距离为23~24mm。

7.根据权利要求6所述的大幅面紫外3D打印扫描镜头，其特征在于：所述第二透镜组（4）还包括第二负透镜（42），所述第二负透镜（42）的中心厚度4.8~5.2mm，其物侧面为凹面，直径为73~75mm，曲率为-57~-54mm；其像侧面为凹面，直径为87~89mm，曲率为262~264mm。

8.根据权利要求7所述的大幅面紫外3D打印扫描镜头，其特征在于：第二负透镜（42）与所述第二正透镜（41）之间的距离为1.8~2.2mm。

9.根据权利要求8所述的大幅面紫外3D打印扫描镜头，其特征在于：还包括设置在所述镜筒（1）内由熔融石英制成的保护片（5），所述保护片（5）与所述第二负透镜（42）的像侧面贴近，且两者之间的距离为4.8~5.2mm，所述保护片（5）的直径为88~92mm，中心厚度1.8~2.0mm，且其物侧面和物侧面均为平面。

10.紫外3D打印机，其特征在于:包括如权利要求1~9任一所述的大幅面紫外3D打印扫描镜头，以及激光器、取直镜、振镜，在所述激光器和被打印件之间依次设有取直镜、振镜、镜头，由所述激光器产生的光束，通过所述取直镜后行成平行的光束，继而通过所述振镜后将光束振动成预设形状的光束，将所述预设形状的光束穿过所述大幅面紫外3D打印扫描镜头后照射到被打印件上。