CN209350892U - 激光投影系统和3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激光投影系统和3D打印机，其中，激光投影系统，包括：扩束镜组；准直镜组，设置在所述扩束镜组的光路方向的前端；投影组件，所述投影组件具有激光入射端和激光出射端，所述准直镜组设置在所述投影组件的光路方向的后端，且朝向所述激光入射端设置，以使激光经所述准直镜组射入所述激光入射端，所述投影组件包括设置在所述激光入射端和所述激光出射端之间的DMD芯片，所述DMD芯片用以将从所述激光入射端射入的激光投影；控制系统，用于控制所述DMD芯片的投影形状。本实用新型技术方案投影的影像能量分布均匀。

Description

激光投影系统和3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印领域，特别涉及一种激光投影系统和3D打印机。

背景技术

激光投影系统是一种将激光进行投影的系统，其在多个领域已经得以应用，例如3D打印领域。3D打印技术自1986美国科学家Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机之后的发展给制造业带来了一个新的方向，随着近些年的发展，市场对3D打印机的打印精度要求越来越高。

现有的激光投影系统投影出的影像的存在功率分布不均的缺点，而3D打印机的激光投影系统用于输出激光加热粉体材料，容易导致打印出的产品的精度无法满足要求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种激光投影系统，旨在使得激光投影系统投影的影像的能量分布更加均匀。

为实现上述目的，本实用新型提出的激光投影系统，包括：扩束镜组；准直镜组，设置在所述扩束镜组的光路方向的前端；投影组件，所述投影组件具有激光入射端和激光出射端，所述准直镜组设置在所述投影组件的光路方向的后端，且朝向所述激光入射端设置，以使激光经所述准直镜组射入所述激光入射端，所述投影组件包括设置在所述激光入射端和所述激光出射端之间的DMD芯片，所述DMD芯片用以将从所述激光入射端射入的激光投影；控制系统，用于控制所述DMD芯片的投影形状。

可选地，所述准直镜组包括：一级准直镜，设置在所述扩束镜组的光路方向的前端；以及，二级准直镜，设置在所述一级准直镜的光路方向的前端。

可选地，所述扩束镜组包括可调型扩束镜，所述可调型扩束镜包括镜筒、间隔设置在所述镜筒中的第一透镜和第二透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述镜筒轴向相同，且所述第一透镜和/或所述第二透镜在其轴向活动设置在所述镜筒内。

可选地，所述第一透镜和/或所述第二透镜的边缘设有边框，所述边框与所述镜筒通过螺纹活动连接。

可选地，所述扩束镜组和所述准直镜组同轴设置。

本实用新型还提出一种3D打印机，包括：上述激光投影系统；红外激光器，所述红外激光器设置在所述扩束镜组远离所述投影组件的一侧，且所述红外激光器朝向所述扩束镜组设置；以及，工作台，用于铺设粉体材料，所述工作台面向所述激光出射端设置，以使所述投影组件投影在所述工作台上。

可选地，所述红外激光器为二氧化碳红外激光器。

可选地，所述工作台包括预热装置，用以预热所述粉体材料。

可选地，所述预热装置为电加热装置。

可选地，所述3D打印机包括多个所述激光投影系统，且该多个激光投影系统的投影在所述工作台重合。

本实用新型技术方案通过采用所述扩束镜组对激光进行扩束，然后所述准直镜再用以对扩束后的激光进行准直，使得射入所述投影组件中DMD芯片上的激光的功率分布更加均匀，激光的光线的入射角度更加一致；能够防止DMD芯片上的部分微镜受照射功率过大而升温过高导致失效，同时还能提升所述投影组件输出的投影的精度，且使得投影的功率分布更加均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型3D打印机一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	红外激光器	200	扩束镜组
300	准直镜组	400	投影组件
				410	DMD芯片	420	激光入射端
430	激光出射端	500	工作台
				510	预热装置	600	控制系统

本实用新型目的的实现、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

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个技术方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。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，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种激光投影系统。

3D打印机中的DMD芯片410具有很多的微镜反射面(微镜反射面的数量和分辨率有关，例如，如需投影出4K分辨率的影像，则理论上至少需要4096×2160＝8847360个微镜反射面)，DMD的控制器可以单独控制每个微镜反射面的方向，精确投影出需要的图形。DMD芯片410对光的吸收较多，当照射在所述DMD芯片410上的微镜反射面激光功率较大时，具有该微镜反射面的微镜会因高温而失效；当照射到DMD芯片410上的激光束的功率分布不均匀时，容易导致某一部分的微镜因温度过高而损坏。

在本实用新型实施例中，如图1所示，该激光投影系统，包括：扩束镜组200；准直镜组300，设置在所述扩束镜组200的光路方向的前端；投影组件400，所述投影组件400具有激光入射端420和激光出射端430，所述准直镜组300设置在所述投影组件400的光路方向的后端，且朝向所述激光入射端420设置，以使激光经所述准直镜组300射入所述激光入射端420，所述投影组件400包括设置在所述激光入射端420和所述激光出射端430之间的DMD芯片410，所述DMD芯片410用以将从所述激光入射端420射入的激光投影；控制系统600，用于控制所述DMD芯片410的投影形状。激光经所述扩束镜组200扩束后射向所述准直镜组300，然后经所述准直镜组300准直后再照射到所述DMD芯片410上，所述控制系统600控制DMD芯片410将激光束转换成投影。

本实用新型技术方案通过采用扩束镜组200对激光进行扩束，然后采用准直镜组300对扩束后的激光进行准直，使得射向所述DMD芯片410的激光具有更加均匀的功率密度，且使得该激光中的光线的入射角度更加一致；激光的功率密度均匀使得照射到DMD芯片410上的单个微镜受照射激光功率更加一致，能够避免激光照射到DMD芯片410上部分微镜上的功率过大，使得该部分微镜温度过高而导致失效，具有保护DMD芯片410的作用；射向所述DMD芯片410的激光功率密度均匀，光线的入射角度一致，能够使得控制系统600控制DMD芯片410形成的投影功率分布均匀、精度高，从而使得打印的精度高。

进一步地，在本实施例中，所述准直镜组300包括：一级准直镜，设置在所述扩束镜组200的光路方向的前端；以及，二级准直镜，设置在所述一级准直镜的光路方向的前端。激光由所述一级准直镜射向所述二级准直镜，激光经所述一级准直镜准直后再由二级准直镜进行准直，使得该激光具有更均匀的功率密度以及激光的光线具有更加一致的入射角度，从而提升打印精度。本实施例所述准直镜组300不仅限于上述技术方案，在其他实施例中，也可以是，所述准直镜组仅设有一级准直镜；或者是，所述准直镜组包括：一级准直镜，设置在所述扩束镜组的光路方向的前端；二级准直镜，设置在所述一级准直镜的光路方向的前端；以及，三级准直镜，设置在所述二级准直镜的光路方向的前端，具有准直效果好的优点。

进一步地，在本实施例中，所述扩束镜组200包括可调型扩束镜，所述可调型扩束镜包括镜筒、间隔设置在所述镜筒中的第一透镜和第二透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述镜筒轴向相同，且所述第一透镜和/或所述第二透镜在其轴向活动设置在所述镜筒内，使得所述第一透镜和所述第二透镜之间的相对距离能够调节；所述第一透镜与所述第二透镜之间的距离变化能够改变激光的光线的发散角，从而增强该扩束镜组200的准直效果，有利于提升3D打印机的打印效果。本实施例所述可调型扩束镜不仅限于上述技术方案，在其他实施例中，也可以是，所述第一透镜、所述第二透镜和所述镜筒同轴设置，且所述第二透镜在所述镜筒的轴向上活动设置在所述镜筒内；或者是，所述第一透镜、所述第二透镜和所述镜筒同轴设置，且所述第一透镜和所述第二透镜在所述镜筒的轴向上活动设置在所述镜筒内，使得所述第一透镜和所述第二透镜之间的相对距离能够调节。

进一步地，在本实施例中，所述第二透镜的边缘设有边框，所述边框与所述镜筒通过螺纹活动连接，所述第二透镜转动使得所述第二透镜与所述第一透镜之间的距离发生变化，且所述第二透镜与所述第一透镜之间始终保持轴向相同；所述第二透镜沿螺纹转动发生位移，方便控制所述第二透镜位移的距离。本实施例所述扩束镜组200不仅限于上述技术方案，在其他实施例中，也可以是，所述第一透镜的边缘设有边框，所述边框与所述镜筒通过螺纹活动连接；或者是，所述第一透镜和所述第二透镜的边缘设有边框，所述边框与所述镜筒通过螺纹活动连接；还可以是，所述第二透镜的边缘设有边框，所述边框滑动套设在所述镜筒内。

进一步地，在本实施例中，如图1所示，所述扩束镜组200和所述准直镜组300同轴设置，有利于提升所述准直镜组300对经过所述扩束镜组200扩束后的激光与准直镜轴线的对准度，从而提升准直镜对该激光的准直效果。

本实用新型还提出一种3D打印机，如图1所示，该3D打印机包括红外激光器100、工作台500和激光投影系统，该激光投影系统的具体结构参照上述实施例，由于本3D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，所述红外激光器100设置在所述扩束镜组200远离所述投影组件400的一侧，且所述红外激光器100朝向所述扩束镜组200设置；以及，所述工作台500用于铺设粉体材料，所述工作台500面向所述激光出射端430设置，以使所述投影组件400投影在所述工作台500上。

本实施例中，所述红外激光器100发射激光，激光依次经过所述扩束镜组200和所述准直镜组300后射入所述投影组件400的DMD芯片410上，然后DMD芯片410将该激光投影到所述工作台500上，对铺设在所述工作台500上的粉体材料进行加热，实现3D打印。

本实施例所述的3D打印机在打印目标产品时，所述工作台500上铺设的第一层粉体材料被激光投影加热成型后，再于所述第一层粉体材料的上方铺设第二层粉体材料，然后再以激光投影加热第二层粉体材料，使得所述第二层粉体材料成型，并与所述第一层粉体材料粘结，重复此操作，直至投影完整个目标产品，然后去除多余的粉体材料得到目标产品。

进一步地，在本实施例中，所述红外激光器100为二氧化碳红外激光器100，二氧化碳红外激光器100的激光波长为10.6μm，DMD芯片410的铝制微镜反射面在理论上对10.6μm的电磁辐射反射率可以达到100％，可以使DMD芯片410聚集的热量更少。具体地，本实施例所述的二氧化碳红外激光器100为二氧化碳脉冲式激光器，采用脉冲的方式进行加热是因为工作台500上待熔融或烧结材料为粉末状，其本身的导热较差，脉冲式激光仍然可以使待熔融或烧结材料温度上升至熔融或烧结温度。本实施例所述红外激光器不仅限于二氧化碳红外激光器，在其他实施例中，也可以是，所述红外激光器为红外固体激光器。

进一步地，在本实施例中，如图1所示，所述工作台500包括预热装置510，用以预热所述粉体材料。所述3D打印机的投影组件400在投影之前，所述工作台500先通过所述预热装置510对粉体材料进行预热，使得所述粉体材料的温度上升到熔点以下，使得所述投影组件400的激光投影对所述粉体材料传递更少的能量就能实现所述粉体材料的熔融和粘结，能够有效减少投影组件400工作的时长，从而避免DMD芯片410长时间使用引起的温度过高，能够有效保护所述DMD芯片410。

进一步地，在本实施例中，所述预热装置510为电加热装置。所述电加热装置具有安装方便和便于开启的优点，而且所述电加热装置便于控制预热温度。本实施例所述预热装置510不仅限于电加热装置，在其他实施例中，也可以是，所述预热装置为换热器，通过换热器中的媒介给所述粉体材料加热。

本实施例所述3D打印机不仅限于所述3D打印机仅包括一个所述投影组件的技术方案，在其他实施例中，也可以是，所述3D打印机包括多个所述激光投影系统，且该多个激光投影系统的投影在所述工作台重合；该多个投影组件共同对所述粉体材料进行加热，使得单个所述投影组件所需输出的功率降低，减小了所述DMD芯片所述输出的投影的功率，达到降低所述DMD芯片工作温度的效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型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实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光投影系统，其特征在于，包括：

扩束镜组；

准直镜组，设置在所述扩束镜组的光路方向的前端；

投影组件，所述投影组件具有激光入射端和激光出射端，所述准直镜组设置在所述投影组件的光路方向的后端，且朝向所述激光入射端设置，以使激光经所述准直镜组射入所述激光入射端，所述投影组件包括设置在所述激光入射端和所述激光出射端之间的DMD芯片，所述DMD芯片用以将从所述激光入射端射入的激光投影；

控制系统，用于控制所述DMD芯片的投影形状。

2.如权利要求1所述的激光投影系统，其特征在于，所述准直镜组包括：

一级准直镜，设置在所述扩束镜组的光路方向的前端；以及，

二级准直镜，设置在所述一级准直镜的光路方向的前端。

3.如权利要求1所述的激光投影系统，其特征在于，所述扩束镜组包括可调型扩束镜，所述可调型扩束镜包括镜筒、间隔设置在所述镜筒中的第一透镜和第二透镜，所述第一透镜、所述第二透镜和所述镜筒轴向相同，且所述第一透镜和/或所述第二透镜在其轴向活动设置在所述镜筒内。

4.如权利要求3所述的激光投影系统，其特征在于，所述第一透镜和/或所述第二透镜的边缘设有边框，所述边框与所述镜筒通过螺纹活动连接。

5.如权利要求1至4任一项所述的激光投影系统，其特征在于，所述扩束镜组和所述准直镜组同轴设置。

6.一种3D打印机，其特征在于，包括：

权利要求1至5任一项所述的激光投影系统；

红外激光器，所述红外激光器设置在所述扩束镜组远离所述投影组件的一侧，且所述红外激光器朝向所述扩束镜组设置；以及，

工作台，用于铺设粉体材料，所述工作台面向所述激光出射端设置，以使所述投影组件投影在所述工作台上。

7.如权利要求6所述的3D打印机，其特征在于，所述红外激光器为二氧化碳红外激光器。

8.如权利要求6所述的3D打印机，其特征在于，所述工作台包括预热装置，用以预热所述粉体材料。

9.如权利要求8所述的3D打印机，其特征在于，所述预热装置为电加热装置。

10.如权利要求6至9任一项所述的3D打印机，其特征在于，所述3D打印机包括多个所述激光投影系统，且该多个激光投影系统的投影在所述工作台重合。