CN208324234U - 一种面阵光源装置、面阵反光罩和光固化3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种面阵反光罩，面阵光源装置和光固化3D打印机，所述面阵反光罩包括多个呈阵列排列的反光罩和设置在四周边角的固定座；所述反光罩底面为圆形平面，中间设有通孔，侧面为抛物线型曲面。本实用新型通过在灯芯上方设置凸透镜和抛物线型曲面的反光罩，可补偿四周边缘区域光强不足的缺陷。同时，相邻的灯芯之间，四周边缘区域的光照面积会相互叠加，也能补偿四周边缘区域光强不足的缺陷，得到较高的光强均匀度和垂直度；同时，由于采用的是面阵灯芯、面阵透镜和面阵反光罩，故可根据实际情况相应增加或减少灯芯、透镜与反光罩的使用数量，以满足任意打印尺寸的需求，实现大尺寸的3D打印。

Description

一种面阵光源装置、面阵反光罩和光固化3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种面阵光源装置、反光罩和光固化3D打印机。

背景技术

目前，在3D打印技术中应用最为广泛的是光固化快速成型技术，其利用液体的光敏树脂受一定强度一定时间光照后固化成型的特性，对树脂逐层固化累积叠加后打印出实体。

3D打印机能够根据设计图纸打印出立体模型，可以实现工业生产，深受各行各业喜爱。其中，3D打印机能够打印出完整的模型并保证精度，打印过程中模型的打印层面各部分所受光照强度保持均匀一致极为重要。

现有的3D打印机，光源大部分使用的是点光源，光线朝各个方向发射，3D打印机打印工作平面上的光照强度并非均匀分布，往往四周边缘部分所受光的强度低于中间部分所受光的强度，这使得在打印过程中，打印模型的周边不能受到足够强度的光照，达不到预期的固化效果，由此可能产生一系列翘边、脱落等缺陷。

目前，现有的光固化3D打印机，光源与打印屏幕之间都存在一定距离，而光在空气中传播时，光的能量会随着传播距离的增加呈非线性降低，所以光源与打印平面之间的距离越长，光的能量利用率就越低，打印固化所需的时间就越长，增加打印的成本。

因此，为了解决现有的3D打印机的光源装置不够理想的问题，有必要设计出一种可提高打印机工作平面所受光强均匀度和能量利用率的装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种面阵反光罩，面阵光源装置和光固化3D打印机，其可有效提高光强均匀度。

为解决本实用新型的技术问题，本实用新型公开一种面阵反光罩，包括多个呈阵列排列的反光罩和设置在四周边角的固定座；所述反光罩底面为圆形平面，中间设有通孔，侧面为抛物线型曲面。

其中，所述抛物线型曲面与水平面的角度为50°－80°。

其中，所述反光罩顶部前后左右四向为抛物线型凹槽。

其中，所述反光罩的内壁需经光学电镀抛光至8k镜面。

其中，所述反光罩的采用压铸铝材制成。

为解决本实用新型的技术问题，本实用新型还公开一种面阵光源装置，包括发光单元、透镜单元和反光单元；所述发光单元包括电路基板、固定在电路基板上的灯芯保护层和固定在灯芯保护层上的灯芯；所述透镜单元包括固定在所述灯芯保护层上的透镜固定层，以及固定在透镜固定层上，并位于所述灯芯正上方的透镜；所述反光单元为上述的面阵反光罩，其固定在所述透镜固定层上，并正中罩住所述透镜；所述灯芯和透镜均为多个且呈等间距阵列分布。

其中，所述透镜为90°-120°散光透镜。

其中，所述透镜为平底凸透镜。

为解决本实用新型的技术问题，本实用新型还公开一种光固化3D打印机，包括基座，电路控制装置、散热装置、光源装置、运动装置、打印平台和显示装置，所述光源装置为上述的面阵光源装置，其固定在所述散热装置上，并位于所述显示装置正下方。

其中，所述面阵光源装置距离所述显示装置的受光面10mm-15mm。

其中，所述散热装置包括与所述面阵光源装置连接的散热垫块和固定在散热垫块下方的散热风扇。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型通过在灯芯上方设置凸透镜和抛物线型曲面的反光罩，可补偿四周边缘区域光强不足的缺陷。同时，相邻的灯芯之间，四周边缘区域的光照面积会相互叠加，也能补偿四周边缘区域光强不足的缺陷，得到较高的光强均匀度和垂直度；还可将打印平面与光源装置之间的距离缩短到10～15mm，进一步降低能量的损耗；同时，由于采用的是面阵灯芯、面阵透镜和面阵反光罩，故可根据实际情况相应增加或减少灯芯、透镜与反光罩的使用数量，以满足任意打印尺寸的需求，实现大尺寸的3D打印。

附图说明

图1是本实用新型实施例的面阵光源装置剖视图；

图2是本实用新型实施例1的单个光源装置剖视图；

图3是本实用新型实施例2的单个光源装置剖视图；

图4是本实用新型实施例1的单个反光罩结构图；

图5是本实用新型实施例2的单个反光罩结构图；

图6是本实用新型实施例的光强分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的光固化3D打印机，包括基座，电路控制装置、运动装置、打印平台(以上在图中均未示出)、显示装置10、散热装置20，以及固定在所述散热装置20上，并位于所述显示装置10正下方的面阵光源装置。

显示装置10包括显示屏11和固定板12，显示屏11嵌入固定板12中，其底面透过通孔可接受面阵光源装置发射的光线。

散热装置20包括散热垫块21和固定在散热垫块下方的散热风扇22，面阵光源装置固定在散热垫块21上。当然，本领域技术人员也可以用水冷模组等其他散热设备替代，都不影响本实用新型的实施。

面阵光源装置包括从上而下依次设置的反光单元30、透镜单元40和发光单元50。

具体的，再如图2所示，发光单元50固定在散热垫块21上，包括电路基板53、固定在电路基板53上的灯芯保护层52和固定在灯芯保护层52上的灯芯51。在本实施例中，灯芯51为LED灯芯片，具有多个且呈等间距阵列分布。

透镜单元40包括固定在所述灯芯保护层52上的透镜固定层42，以及固定在透镜固定层42上，并位于所述灯芯51正上方的透镜41。在本实施例中，透镜41为平底120°散光凸透镜，同样具有多个且呈等间距阵列分布，与灯芯51一一对应。透镜41用于反射灯芯51发出的光线，可收窄光线角度。另外，透镜41可以是90°-120°的散光凸透镜。

反光单元30为面阵反光罩30，其固定在所述透镜固定层42上，并正中罩住每个透镜41，对透镜41反射的光线进行再反射，可进一步收窄光线角度。

具体的，面阵反光罩30包括多个呈阵列排列的反光罩31和设置在四周边角的固定座32。如图4所示，其中，反光罩31底面为圆形平底311，连接透镜固定层42。圆形平底311中间设有通孔312，透镜41置于通孔312中间。反光罩31侧面为抛物线型曲面313，具体可设置为与水平面呈50°-80°夹角的抛物线型曲面。如图2、图4所示，在一实施例中，反光罩31的侧面313为与水平面呈59°夹角的抛物线型曲面。再如图3、图5所示，在另一实施例中，反光罩31的侧面315为与水平面呈72°夹角的抛物线型曲面。通过这两个实施例的抛物线型曲面，可更为有效地反射光线，将灯芯51发出的部分边缘光强较弱的光线反射成近乎垂直的光线，大大提高了中间区域的光照强度。

在本实施例中，反光罩31顶部前后左右四向均为抛物线型凹槽314，可使相邻灯芯51发出的部分边缘光强较弱的光线相互叠加，从而可提高边缘区域的光照强度。

反光罩31的内壁需经光学电镀抛光至8k镜面，外壁为压铸铝材。目前，市面上常见的镜面不锈钢分为6K、8K、10K三种。8K为精磨，其对405nm波长的光反射效率在90％以上，可达到较好的反射效果。

安装时，使用螺钉将设置在面阵反光罩30四周边角的固定座32，固定在透镜固定层42上，并且反光罩31与透镜41一一对应。

如图6所示，为相邻的四组光源的光照强度分布图，密度越高表示光照越强。每组光源的光强分布区域均包括中间区域A和边缘区域B，均为通过透镜41和反光罩31反射的光线，边缘区域B光线走过的路径更长，中间区域A光线走过的路径更短，所以中间区域A的光照强度更高。

通过透镜41反射的部分边缘光线，再通过反光罩31的抛物线型内壁反射后变成近乎垂直的光线，从而加强了中间区域A的光照强度。通过透镜41反射的另一部分边缘光线，通过反光罩31顶部的抛物线型凹槽与相邻的透镜41反射的边缘光线相互叠加，形成叠加区域C，也加强了边缘区域B的光照强度，边缘区域B中未叠加的区域D，处于反光罩31的四个边角位置，此处本身光照较强，无需补偿。

由此可见，通过透镜41和反光罩31的反射，使得区域A、B、C、D均具有较高的光强，同时光强分布也较为均匀。因此，合理地安排各个光源之间的间距以及反光罩的纠正面积，可保证受光面距离面阵光源一定距离范围内，受光面上所受光照强度均匀分布。

具体的，在本实施例中，可将面阵光源装置和显示装置的受光面之间的距离h缩短为10mm-15mm，这样一来，可进一步降低能量的损耗。另外，由于采用的是面阵光源、面阵透镜以及面阵反光罩，故可根据实际情况增加或减少光源、透镜和反光罩的数量，以满足任意打印尺寸的需求，实现大尺寸的3D打印。

以上举较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内，本实用新型所主张的权利范围应以实用新型申请范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种面阵反光罩，其特征在于：包括多个呈阵列排列的反光罩和设置在四周边角的固定座；所述反光罩底面为圆形平面，中间设有通孔，侧面为抛物线型曲面；所述抛物线型曲面与水平面的角度为50°－80°。

2.如权利要求1所述的面阵反光罩，其特征在于：所述反光罩顶部前后左右四向为抛物线型凹槽。

3.如权利要求1所述的面阵反光罩，其特征在于：所述反光罩的内壁需经光学电镀抛光至8K镜面。

4.如权利要求1所述的面阵反光罩，其特征在于：所述反光罩采用压铸铝材制成。

5.一种面阵光源装置，其特征在于：包括发光单元、透镜单元和反光单元；所述发光单元包括电路基板、固定在电路基板上的灯芯保护层和固定在灯芯保护层上的灯芯；所述透镜单元包括固定在所述灯芯保护层上的透镜固定层，以及固定在透镜固定层上，并位于所述灯芯正上方的透镜；所述反光单元为权利要求1-4任意一项所述的面阵反光罩，其固定在所述透镜固定层上，并正中罩住所述透镜；所述灯芯和透镜均为多个且呈等间距阵列分布。

6.如权利要求5所述的面阵光源装置，其特征在于：所述透镜为90°-120°散光透镜。

7.如权利要求5所述的面阵光源装置，其特征在于：所述透镜为平底凸透镜。

8.一种光固化3D打印机，包括基座，电路控制装置、散热装置、光源装置、运动装置、打印平台和显示装置，其特征在于：所述光源装置为权利要求5-7任一项所述的面阵光源装置，其固定在所述散热装置上，并位于所述显示装置正下方。

9.如权利要求8所述的光固化3D打印机，其特征在于：所述面阵光源装置距离所述显示装置的受光面10mm-15mm。

10.如权利要求8所述的光固化3D打印机，其特征在于：所述散热装置包括与所述面阵光源装置连接的散热垫块和固定在散热垫块下方的散热风扇。