CN209534164U - 三维成形设备 - Google Patents

Abstract

选择透镜单元的附接以通过一个设备实现大尺寸成形和小尺寸高分辨率成形。提供了包括附接机构和调整机构的三维成形设备。三维成形设备的附接机构将聚集来自光源的光束的透镜单元附接至预定位置。三维成形设备的调整机构根据所附接的透镜单元调整光源的位置。

Description

三维成形设备

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2017年12月7日提交的日本专利申请第 2017-235355号的优先权的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本实用新型涉及三维成形设备。

背景技术

在上述技术领域中，专利文献1公开了一种在辐照器中提供聚光透镜的技术。

[专利文献1]日本专利特许公开第8-230048号

实用新型内容

然而，在上述文献中描述的技术中，不可能选择透镜单元的附接，从而使得不可能通过一个设备实现大尺寸成形和小尺寸高分辨率成形。

本实用新型本实用新型使得能够提供解决上述问题的技术。

本实用新型本实用新型的一个示例方面提供了一种三维成形设备，包括：

附接机构，其将聚集来自光源的光束的透镜单元附接至预定位置；以及

调整机构，其根据所附接的透镜单元来调整光源的位置。

根据本实用新型，可以选择透镜单元的附接，从而使得可以通过一个设备实现大尺寸成形和小尺寸高分辨率成形。

附图说明

图1A是示出根据本实用新型的第一示例实施方式的三维成形设备的附接机构的布置的图；

图1B是示出根据本实用新型的第一示例实施方式的三维成形设备的整体布置的图；

图2A是示出根据本实用新型的第二示例实施方式的三维成形设备的整体布置的图；

图2B是示出根据本实用新型的第二示例实施方式的三维成形设备的附接机构的示例的局部放大图；

图2C是示出根据本实用新型的第二示例实施方式的三维成形设备的附接机构的另一示例的局部放大图；

图3是示出根据本实用新型的第三示例实施方式的三维成形设备的附接机构的示例的局部放大图；

图4A是示出根据本实用新型的第四示例实施方式的三维成形设备的附接机构的示例的局部放大图；

图4B是示出根据本实用新型的第四示例实施方式的三维成形设备的附接机构的另一示例的局部放大图；

图5A是示出根据本实用新型的第五示例实施方式的三维成形设备的附接机构的示例的局部放大图；

图5B是示出根据本实用新型的第五示例实施方式的三维成形设备的附接机构的示例的另一局部放大图；以及

图6是示出根据本实用新型的第五示例实施方式的三维成形设备的操作过程的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本实用新型的示例实施方式。应当注意，除非另外具体说明，否则在这些示例实施方式中阐述的部件的相对布置、数值表达式和数值不限制本实用新型的范围。

[第一示例实施方式]

将参照图1A和图1B描述根据本实用新型的第一示例实施方式的三维成形设备100。三维成形设备100是通过利用光束照射三维成形对象的材料来成形三维成形对象的设备。

如图1A和图1B所示，三维成形设备100包括附接机构101、调整机构102和成形单元110。附接机构101将聚集来自光源121的光束122的透镜单元111附接至预定位置。调整机构102根据所附接的透镜单元111 来调整光源121的位置。在成形单元110中，利用来自光源121的光束122 照射三维成形对象的材料。然后，在成形单元110中成形三维成形对象。

根据该示例实施方式，可以通过一个设备实现大尺寸成形和小尺寸高分辨率成形。

[第二示例实施方式]

将参照图2A至图2C描述根据本实用新型的第二示例实施方式的三维成形设备。图2A是示出根据该示例实施方式的三维成形设备的整体布置的图。图2B是示出根据该示例实施方式的三维成形设备的附接机构的示例的局部放大图。

三维成形设备200包括光学引擎201、柱202、工作台203、材料储存装置204、平台205和附接机构206。

光学引擎201利用光束照射三维成形对象的材料。三维成形对象的材料例如是光固化树脂。

光学引擎201是高输出高分辨率引擎。注意，从光学引擎201发射的光束具有405nm的波长，但是其可以具有200nm至400nm的波长。本实用新型不限于此。

尽管未示出光学引擎201的详细布置，但是光学引擎201包括光源、反射镜、光电探测器和二维MEMS(微机电系统)镜。光源包括半导体 LD(激光二极管)和准直透镜。半导体LD是使紫外激光束等振荡的激光束振荡元件。注意，激光束振荡元件不限于半导体LD，并且可以是LED (发光二极管)。二维MEMS镜是基于外部输入控制信号来驱动的驱动镜，并且是振动以通过在水平方向(X方向)和竖直方向(Y方向)上改变角度来反射激光束的装置。光学引擎201具有720p或1080p的分辨率，并且具有约30mm的宽度、约15mm的深度、约7mm的高度和约3cc的体积。布置在光学引擎201中的半导体LD的数目可以是一个或更多个，并且根据应用目的来布置必要数目的半导体LD。从光学引擎201发射的光束的光斑尺寸是75μm，但是可以根据应用目的适当地改变。

工作台203附接至柱202。光电传感器231经由传感器支承件(传感器支架)232附接至工作台203。光电传感器231的位置使用传感器调整台233来调整。

材料储存装置204被放置在工作台203上。三维成形对象的材料被装载在材料储存装置204中并且在其中存储。材料储存装置204的底表面通过包括能够透射光束的构件而形成。能够透射光束的构件由例如玻璃构件表示，但是本实用新型不限于此。整个材料储存装置204可以由能够透射光束的构件形成。注意，材料储存装置204可以通过螺钉等固定到工作台 203上的预定位置，或者可以简单地放置在工作台203上。将材料储存装置204放置在工作台203上的方法不限于这些。

平台205通过平台安装螺钉253附接至平台支承构件251。另外，平台205经由平台支承构件251附接至柱202。可以通过松开平台安装螺钉 253而将平台205从平台支承构件251拆卸。可以通过拧紧平台安装螺钉 253而将平台205固定到平台支承构件251。

平台205用于成形三维成形对象。平台205通过平台进给机构、步进电机等上升和下降。即当对三维成形对象成形时，平台205被对准并且降低到其接触材料储存装置204的底表面的位置。然后，当从平台205和材料储存装置204的底表面彼此接触的状态升高和拉起平台205时，利用光束照射材料，从而成形三维成形对象。注意，平台205使用例如光电传感器231对准。平台205的位置可以使用例如接触支架(未示出)和光电传感器231来检测。平台205的位置可以根据接触支架穿过光电传感器231 的位置来检测。

平台205通过平台进给机构、步进电机等上升和下降。平台进给机构例如是高刚性滚珠丝杠进给机构。步进电机例如是高扭矩步进电机。注意，升高和降低平台205的结构不限于使用平台进给机构和步进电机的结构。平台进给机构不限于滚珠丝杠进给机构。

平台进给机构是高刚性高速精密进给机构。平台的刚性、进给速度和进给间距分别为例如3kgw、50mm/sec和2.5μm。平台205重量较轻。

附接机构206是用于将透镜单元207附接至预定位置的机构，透镜单元207聚集来自用作光源的光学引擎201的光束。附接机构206可以从三维成形设备200拆卸。如图2B的左图和右图中所示，附接机构206通过被装配在用于附接和保持光学引擎201的光源保持器211而附接至三维成形设备200。即透镜保持器261通过螺钉262而拧入光源保持器211中。这将透镜保持器261附接至三维成形设备200。

附接机构206包括透镜保持器261和螺钉262。透镜单元207预先附接至透镜保持器261。然后，附接有透镜单元207的透镜保持器261使用螺钉262附接至光源保持器211，从而使得可以将透镜单元207附接至三维成形设备200。在透镜保持器261中，形成有螺钉孔，在螺钉孔中切割出用于拧入螺钉262的螺纹。

注意，已经说明了包括一种类型的透镜的透镜单元207附接至一个透镜保持器261的示例。然而，可以将包括多种类型的透镜的透镜单元207 附接至一个透镜保持器261。可替选地，可以使用多个透镜保持器261，每个透镜保持器261与包括一种类型的透镜的透镜单元207附接。

如果透镜单元207附接至三维成形设备200，则来自光学引擎201的光束的焦点位置改变。因此，根据光束的焦点位置来调整光学引擎201的位置。光学引擎201的位置使用设置在光源保持器211中的设置机构(未示出)等来调整。设置机构例如是用于手动调整光学引擎201的位置的机构。

例如，如果附接了透镜单元207，则光学引擎201的位置向上移动，更靠近工作台203。即由于通过附接透镜单元207缩短了光束的焦距，因此使光学引擎201的位置更靠近工作台203，以缩短光学引擎201与平台 205之间的距离。

如果未附接透镜单元207，例如，当通过拆卸附接的透镜保持器261 来使用三维成形设备200时，来自光学引擎201的光束的焦距增加，并且因此，需要降低光学引擎201的位置。即，光学引擎201在远离工作台 203的方向上移动，以增加光学引擎201和平台205之间的距离。注意，光学引擎201的位置调整不限于所描述的设置方法。根据所附接的透镜单元207来调整位置。附接至透镜保持器261的透镜单元207是具有正焦距即正屈光力的聚光透镜。

图2C是示出根据该示例实施方式的三维成形设备的附接机构的另一示例的局部放大图。如图2C的左图所示，两个轴264设置在光源保持器211中。注意，设置在光源保持器211中的轴264的数目不限于两个，并且可以是一个或三个或者更多。

轴264插入其中的两个孔与轴264相一致地形成在透镜保持器263 中。在透镜保持器263中形成的孔的数目对应于轴264的数目。如图2C 的右图所示，透镜保持器263从上方插入两个轴264中，从而将透镜保持器263附接至光源保持器211。光学引擎201的位置根据是否附接透镜单元207进行调整。

在使用透镜单元207时的成形尺寸是例如52mm×37mm的尺寸。如果使用透镜单元207，则三维成形设备200可以执行小尺寸高分辨率成形。在不使用透镜单元207时的成形尺寸是例如142mm×80mm的尺寸。如果不使用透镜单元207，则三维成形设备200可以执行大尺寸成形。注意，在小尺寸成形的情况下的尺寸和在大尺寸成形的情况下的尺寸不限于上述示例。可以根据所使用的透镜单元207适当地改变成形尺寸。

根据该示例实施方式，由于来自光学引擎201的光束的焦距可以根据是否附接透镜单元207而改变，因此大尺寸三维成形对象的成形和小尺寸高分辨率三维成形对象的成形可以通过一个三维成形设备200来执行。此外，可以容易地附接/拆卸透镜单元。

[第三示例实施方式]

将参照图3描述根据本实用新型的第三示例实施方式的三维成形设备。图 3是示出根据该示例实施方式的三维成形设备的附接布置的示例的图。根据该示例实施方式的三维成形设备与上述第二示例实施方式的不同之处在于，透镜单元可从透镜保持器拆卸。其余的部件和操作与第二示例实施方式中的组件和操作相同。因此，相同的附图标记表示相同的组件和操作，并且将省略其详细描述。

三维成形设备300包括附接机构306。透镜单元307附接在孔362中，孔362形成在透镜保持器361中，用于附接透镜单元307。透镜单元307 插入(附接和容纳)到孔362中，如图3的左图所示。在这种情况下，在孔362中，设置了其上放置透镜单元307的突出部分(未示出)，即在其上放置透镜单元307的内部突出的部分。该突出部分可以设置在孔362的整个周边上，或者部分地设置在孔362的周边上。

如图3的右图所示，透镜单元307放置在孔362中，从而使得可以将透镜单元307附接至三维成形设备300。在这种情况下，透镜保持器361 预先附接至光源保持器211等。

螺纹可以形成在透镜单元307和孔362中，并且透镜单元307可以拧入透镜保持器361中。如果以这种方式拧入透镜单元307，则透镜单元307 可以可靠地固定到透镜保持器361。压环可以从透镜单元307上方拧入。

根据该示例实施方式，由于透镜单元被放置在透镜保持器中或拧入透镜保持器中，因此可以容易地附接/拆卸透镜单元，并且将透镜单元可靠地固定到透镜保持器。

[第四示例实施方式]

将参照图4A和图4B描述根据本实用新型的第四示例实施方式的三维成形设备。图4A是示出根据该示例实施方式的三维成形设备的附接机构的示例的局部放大图。根据该示例实施方式的三维成形设备与上述第二示例实施方式和第三示例实施方式的不同之处在于，提供移动机构作为附接机构。其余的组件和操作与第二示例实施方式中的组件和操作相同。因此，相同的附图标记表示相同的组件和操作，并且将省略其详细描述。

三维成形设备400包括移动机构406作为将透镜单元407附接至预定位置的附接机构。移动机构406包括使附接机构绕预定轴旋转的旋转机构。移动机构406包括透镜保持器461，并且透镜保持器461与透镜单元 407附接。透镜保持器461根据电机408的移动绕旋转轴481旋转。这允许透镜单元407在附接位置和非附接位置之间移动。

由于透镜保持器461绕旋转轴481旋转，因此透镜单元407移动到透镜单元407的附接位置，即移动到来自光学引擎201的光束的路径上，如图4A的左图所示。如图4A的右图所示，透镜单元407移动到透镜单元 407的非附接位置，即偏离来自光学引擎201的光束的路径的位置(没有光束被阻挡的位置)，如图4A的右图所示。利用移动机构406，透镜单元 407可以自动地附接或释放(拆卸)。注意，已经说明了通过电机408移动透镜保持器461的示例。然而，透镜保持器461可以被手动地旋转和移动，而不是使用电机408。

图4B是示出根据该示例实施方式的三维成形设备的附接机构的另一示例的局部放大图。三维成形设备400包括移动机构406，该移动机构406 包括滑动机构。滑动机构包括透镜保持器462。透镜单元407附接至透镜保持器462，并且通过滑动机构滑动。齿轮482附接至电机408的旋转轴，使得齿轮482与设置在透镜保持器462中的槽(齿条)483啮合。因此，透镜保持器462根据齿轮482的移动而滑动。注意，槽483形成在透镜保持器462的一个内侧面上。

如果电机408旋转，则透镜保持器462向右滑动(在水平方向上移动)，并且因此透镜单元407也向右移动，如图4B的左图和右图所示。然后，透镜单元407移动到作为偏离来自光学引擎201的光束的路径的位置(没有光束被阻挡的位置)的非附接位置。

如果电机408反向旋转，则透镜保持器462向左滑动，并且因此透镜单元407也向左移动。然后，透镜单元407移动到来自光学引擎201的光束的路径上的位置(附接位置)。利用该移动机构406，透镜单元407可以自动地附接或释放(拆卸)。注意，已经说明了通过电机408移动透镜保持器462的示例。然而，透镜保持器462可以被手动地滑动而不是使用电机408。

根据该示例实施方式，可以自动移动透镜单元。因此，可以容易、快速和可靠地附接/拆卸透镜单元。

[第五示例实施方式]

将参照图5A至图6描述根据本实用新型的第五示例实施方式的三维成形设备。图5A是示出根据该示例实施方式的三维成形设备的附接机构的示例的局部放大图。图5B是示出根据本实用新型的第五示例实施方式的三维成形设备的附接机构的示例的另一局部放大图。根据该示例实施方式的三维成形设备与上述第二示例实施方式至第四示例实施方式的不同之处在于，提供了控制器。其余组件和操作与第二示例实施方式至第四示例实施方式中的组件和操作相同。因此，相同的附图标记表示相同的组件和操作，并且将省略其详细描述。

三维成形设备500包括光学引擎201、移动机构406、透镜单元407、电机408、线性致动器509和控制器510。

移动机构406在附接位置和非附接位置之间移动透镜单元407。电机 408驱动移动机构406以在附接位置和非附接位置之间移动。这使得透镜单元407在附接位置和非附接位置之间移动，从而自动地附接/拆卸透镜单元407。注意，用于移动透镜单元407的移动机构406通过参照图4B 描述的滑动机构来移动透镜单元407。

控制器510控制透镜单元407的移动(附接/拆卸)和光学引擎201 的位置调整以使其彼此同步。即如图5A所示，如果没有使用(附接)透镜单元407，则控制器510控制透镜单元407到非附接位置的移动和光学引擎201的位置调整(向下移动)，以使其彼此同步。如图5B所示，如果使用(附接)透镜单元407，则控制器510控制透镜单元407到附接位置的移动和光学引擎201的位置调整(向上移动)，以使其彼此同步。

因此，例如，如果三维成形设备500的用户选择使用或不使用透镜单元407，则控制器510自动设置光学引擎201的位置。例如，如果三维成形设备500的用户选择了光学引擎201的位置，则控制器510自动设置透镜单元407的附接位置或非附接位置。

表1是示出根据该示例实施方式的三维成形设备中设置的同步表的示例的表。同步表601与透镜单元存在/不存在611相关联地存储透镜保持器位置612、透镜类型613和光学引擎位置614。透镜单元存在/不存在 611指示是否使用透镜单元407。透镜保持器位置612指示根据透镜单元 407的使用与否来确定的透镜保持器462的位置。透镜类型613指示关于透镜单元407中包括的透镜的信息，以及关于透镜的性能等的信息。光学引擎位置614指示光学引擎201的位置，该位置是根据透镜单元407的存在/不存在以及用作透镜单元407的透镜的类型来确定的。同步表601存储在例如三维成形设备500的存储器(未示出)中。控制器510参照同步表601控制透镜单元407的移动和光学引擎201的位置调整以使其彼此同步。

表1

同步表(601)

图6是示出根据该示例实施方式的三维成形设备的操作过程的流程图。该流程图由控制器510的CPU(中央处理单元)执行。在步骤S701 中，三维成形设备500确定是否使用透镜单元407。如果确定使用透镜单元407(步骤S701中为“是”)，则三维成形设备500前进到步骤S703。在步骤S703中，三维成形设备500准备将透镜单元407移动到附接位置。如果确定不使用透镜单元407(步骤S701中为“否”)，则三维成形设备 500前进到步骤S705。在步骤S705中，三维成形设备500准备将透镜单元407移动到非附接位置。

在步骤S707中，三维成形设备500根据透镜单元407的位置来准备光学引擎201的位置调整。即确定特定位置作为光学引擎201的位置。在步骤S709中，三维成形设备500控制透镜单元407的移动和光学引擎201 的位置调整以使彼此同步。即，透镜单元407的移动和光学引擎201的位置调整被控制，以使其彼此同步。

根据该示例实施方式，由于透镜单元到附接位置和非附接位置的移动和光学引擎的位置调整被控制成彼此同步，因此可以容易、快速和正确地执行设备的设置。另外，可以根据所使用的透镜单元自动设置焦距。

[其他示例实施方式]

虽然已经参考本实用新型的示例实施方式具体示出和描述了本实用新型，但是本实用新型不限于这些示例实施方式。本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上对本实用新型进行各种改变。

本实用新型可应用于包括多个装置或单个设备的系统。即使在用于实现示例实施方式的功能的信息处理程序直接地或从远程站点被提供给系统或设备的情况下，本实用新型也是可适用的。因此，本实用新型还包括安装在计算机中以通过计算机来实现本实用新型的功能的程序、存储程序的介质、以及使得用户下载程序的WWW(万维网)服务器。特别地，本实用新型至少包括存储程序的非暂态计算机可读介质，该程序使计算机执行上述示例实施方式中包括的处理步骤。

Claims (11)

1.一种三维成形设备，其特征在于，所述三维成形设备包括：

附接机构，所述附接机构将聚集来自光源的光束的透镜单元附接至预定位置；以及

调整机构，所述调整机构根据所附接的透镜单元来调整所述光源的位置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述附接机构包括：

透镜保持器，所述透镜保持器与所述透镜单元附接，以及

装配单元，所述装配单元将所述透镜保持器装配在保持所述光源的光源保持器中。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述透镜单元被拧入所述透镜保持器中。

4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述透镜单元使用压环附接至所述透镜保持器。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述附接机构包括移动机构，所述移动机构能够在所述透镜单元的附接位置和所述透镜单元的非附接位置之间移动所述透镜单元。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述移动机构包括滑动机构，所述滑动机构使所述透镜单元在所述附接位置和所述非附接位置之间滑动。

7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述移动机构包括旋转机构，所述旋转机构使所述附接机构绕预定轴旋转，并且所述移动机构在所述附接位置和所述非附接位置之间移动所述透镜单元。

8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第一驱动器，所述第一驱动器驱动所述移动机构，以在所述附接位置和所述非附接位置之间移动。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述调整机构包括设置机构，所述设置机构设置当附接所述透镜单元时获得的所述光源的第一位置和当未附接所述透镜单元时获得的所述光源的第二位置中的一个。

10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第二驱动器，所述第二驱动器驱动所述调整机构，以在当附接所述透镜单元时获得的所述光源的第一位置与当未附接所述透镜单元时获得的所述光源的第二位置之间调整所述光源的位置。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备还包括控制器，所述控制器控制所述第一驱动器和所述第二驱动器，以使所述第一驱动器和所述第二驱动器彼此同步。