CN210880919U - 一种投影式3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种投影式3D打印机，所述投影式3D打印机包括工作台、光路组件、打印平台以及驱动装置，其中，光路组件设于工作台，光路组件包括至少一DMD芯片，光路组件通过DMD芯片发出具有预设投影图形的激光光束；打印平台设于所述工作台，位于DMD芯片下方，打印平台用于铺设打印材料；驱动装置连接光路组件，以驱动光路组件平移；或者驱动装置连接打印平台，以驱动打印平台平移。本实用新型可通过设置光路组件或打印平台的移动，以使得DMD芯片发出的激光光束可在打印平台上移动，实现对所需要打印的区域进行分步打印，减小了单次打印时的激光投影面积，降低了DMD芯片工作时其表面上辐照的入射光功率，进而降低了DMD芯片上的热量累积。

Description

一种投影式3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，特别涉及一种投影式3D打印机。

背景技术

自1986美国科学家Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机之后，3D打印技术的发展给制造业带来了一个新的方向，随着近些年的发展，可采用3D打印技术的产品越来越多，3D打印涉足的制造领域也越来越广泛。其中，DLP(Digital Light Processing)数字光处理技术应用到3D打印之后，可以对液态光敏树脂进行3D成型的加工，DLP平面投影辐射可以使光敏树脂快速固化成型，打印速度快，但目前3D打印中使用的DLP投影技术只能针对光敏树脂进行冷加工处理，不能对材料进行加热，适用范围过窄，材料成本高昂。还有SLS(Selected Laser Sintering)激光选区烧结技术，3D打印的原料为粉末材料，对粉末材料进行点加热烧结，需要将粉末材料加热至熔融状态，待其凝固冷却后取出，SLS技术在3D打印中可以适用多种材料。

将DLP投影技术应用到SLS技术中，可以在3D打印中实现投影式激光加热，提高3D打印的效率和适用范围。其中，对于DLP投影技术而言，其核心是DMD芯片，DMD芯片具有很多个采用金属铝制成的微镜反射面，通过控制器控制每个微镜反射面的方向，从而精确投影出需要的图形，在连续投影的过程中，DMD芯片会吸收一部分的激光而发热，导致工作温度过高，影响3D打印的稳定性，在温度太高时甚至会失效。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种投影式3D打印机，旨在降低DMD芯片的发热量。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种投影式3D打印机，包括：

工作台；

光路组件，设于所述工作台，所述光路组件包括至少一DMD芯片，所述光路组件通过所述DMD芯片发出具有预设投影图形的激光光束；

打印平台，设于所述工作台，位于所述DMD芯片下方，所述打印平台用于铺设打印材料；以及，

驱动装置，连接所述光路组件，以驱动所述光路组件平移；或者所述驱动装置连接所述打印平台，以驱动所述打印平台平移。

可选地，所述驱动装置包括横向平移组件，所述横向平移组件与所述打印平台连接，用以驱动所述打印平台横向平移。

可选地，所述横向平移组件包括X轴平移组件和Y轴平移组件，所述X轴平移组件与所述打印平台连接，以带动所述打印平台移动，所述Y轴平移组件与所述X轴平移组件连接。

可选地，所述X轴平移组件和Y轴平移组件均为滚珠丝杠传动系统，所述滚珠丝杠传动系统包括滚珠丝杠、丝杠螺母、伺服电机、连接块以及直线导轨，所述伺服电机与所述滚珠丝杠驱动连接，以驱动所述滚珠丝杠转动，并带动所述丝杠螺母直线运动，所述连接块连接所述丝杠螺母、所述直线导轨以及移动件，以带动所述移动件在所述直线导轨上直线运动。

可选地，所述驱动装置包括横向旋转组件，所述横向旋转组件与所述打印平台连接，用以驱动所述打印平台横向旋转。

可选地，所述打印平台的下表面设有沿竖向延伸的旋转轴，所述横向旋转组件包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴与所述旋转轴连接。

可选地，所述光路组件包括：

激光器，用以提供激光光束；

光束调整装置，设于所述激光器的激光出射方向，用以将所述激光器提供的激光光束调整为平行传播的平顶光束；

投影装置，所述DMD芯片设于所述投影装置，所述投影装置设于所述光束调整装置的激光出射方向，用以对经过所述光束调整装置调整后的激光光束进行投影而形成预设投影图形；以及，

控制装置，用以控制所述DMD芯片的投影图形和位置。

可选地，所述光束调整装置包括沿所述激光光束传播路径依次设置的准直器和光阑；或者，

所述光束调整装置为一光束整形器。

本实用新型提供的技术方案中，通过设置所述光路组件或所述打印平台的可移动，以使得DMD芯片发出的激光光束可在打印平台上移动，从而实现对所需打印区域的分步打印，如此，减小了单次打印时的激光投影面积，进而有利于降低DMD芯片工作时其表面上辐照的入射光功率，降低了DMD芯片上的热量累积，进而达到降低DMD芯片的发热量的效果。

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为本实用新型提供的投影式3D打印机的一实施例中光路组件和打印平台的结构示意图；

图2为本实用新型提供的投影式3D打印机的一实施例中横向移动组件的结构示意图；

图3为图2中滚珠丝杠传动系统的结构示意图；

图4为本实用新型提供的投影式3D打印机的另一实施例中光路组件和打印平台的结构示意图。

附图标号说明：

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，包括三个并列的方案，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。

将DLP投影技术应用到SLS技术中，可以在3D打印中实现投影式激光加热，提高3D打印的效率和适用范围。其中，对于DLP投影技术而言，其核心是DMD芯片，DMD芯片具有很多个采用金属铝制成的微镜反射面，通过控制器控制每个微镜反射面的方向，从而精确投影出需要的图形，在连续投影的过程中，DMD芯片会吸收一部分的激光而发热，导致工作温度过高，影响3D打印的稳定性，在温度太高时甚至会失效。

鉴于此，本实用新型提出的一种投影式3D打印机，图1至图3为本实用新型提供的投影式3D打印机的一实施例。请参阅图1，在本实施例中，所述投影式3D打印机包括工作台(未图示)、光路组件10、打印平台20以及驱动装置，其中，所述光路组件10设于所述工作台，所述光路组件10包括至少一DMD芯片131，所述光路组件10通过所述DMD芯片131发出具有预设投影图形的激光光束；所述打印平台20设于所述工作台，位于所述DMD芯片131下方，所述打印平台20用于铺设打印材料；所述驱动装置连接所述光路组件10，以驱动所述光路组件10平移；或者所述驱动装置连接所述打印平台20，以驱动所述打印平台20平移。

本实用新型提供的技术方案中，通过设置所述光路组件10或所述打印平台20可移动，以使得DMD芯片131发出的激光光束可在打印平台20上移动，从而实现对所需打印区域的分步打印，如此，减小了单次打印时的激光投影面积，进而有利于降低DMD芯片131工作时其表面上辐照的入射光功率，降低了DMD芯片131上的热量累积，进而达到降低DMD芯片131的发热量的效果。具体地，在进行3D打印时，可以先将预设投影图形划分为多个打印片区，然后通过所述光路组件10或所述打印平台20的移动，使得DMD芯片131所发出的激光光束在多个打印片区之间按照预设的路径有序移动，从而逐步完成多个打印片区的打印工作，实现对预设投影图形的分步打印。

所述光路组件10和所述打印平台20两者之间，任意一个设置为可被所述驱动装置驱动平移即可，本实施例中以所述驱动装置驱动所述打印平台20平移为例进行说明，所述驱动装置包括横向平移组件，所述横向平移组件与所述打印平台20连接，用以驱动所述打印平台20横向平移，从而通过所述打印平台20的横向移动将下一待打印的打印片区移动至所述DMD芯片131的投影区域。

进一步地，所述打印平台20的横向平移可以是沿X轴或Y轴移动，也可以是同时可沿X轴和Y轴移动，为了使所述打印平台20在横向移动时，能够快速、准确的将下一待打印的打印片区移动至所述DMD芯片131的投影区域，优选为所述打印平台20可同时沿X轴和Y轴移动。具体地，请参阅图2，所述横向平移组件包括X轴平移组件31和Y轴平移组件33，所述X轴平移组件31与所述打印平台20连接，以带动所述打印平台20移动，所述Y轴平移组件32与所述X轴平移组件31连接。

通过所述X轴平移组件31和所述Y轴平移组件32驱动所述打印平台20沿X轴和Y轴横向移动的实施方式有多种，例如可以通过齿轮传动或滚珠丝杠传动等，在本实施例中以选用滚珠丝杠传动为例进行说明。具体地，请参阅图2和图3，所述X轴平移组件31和Y轴平移组件32均为滚珠丝杠传动系统33，所述滚珠丝杠传动系统33包括滚珠丝杠332、丝杠螺母333、伺服电机331、连接块334以及直线导轨335，所述伺服电机331与所述滚珠丝杠332驱动连接，以驱动所述滚珠丝杠332转动，并带动所述丝杠螺母333直线运动，所述连接块334连接所述丝杠螺母333、所述直线导轨335以及移动件，以带动所述移动件在所述直线导轨335上直线运动。在本实施例中，所述移动件包括所述Y轴平移组件32以及打印平台20，工作时，所述X轴平移组件31带动所述Y轴平移组件32沿X轴移动，所述Y轴平移组件32带动打印平台20沿Y轴移动，进而实现所述打印平台20可同时沿X轴和Y轴移动，且相对于齿轮传动的方式而言，结构更为简单，占用空间较小。

此外，由于所述投影式3D打印机在工作时，所述打印平台20自身还需要上下移动，进而在完成某一层的打印工作后，所述打印平台20下降一定高度，然后在已经成型的结构上继续铺设打印材料，并进行下一层的打印工作，也即，所述打印平台20还具有Z轴方向上的移动，在此基础上，所述驱动装置可以进一步设置为还包括Z轴平移组件(图中未标示)，所述Z轴平移组件与所述Y轴平移组件32连接，以带动所述Y轴平移组件32沿Z轴移动，进而实现上述打印平台20在X轴、Y轴和Z轴上均可移动，所述Z轴平移组件的具体实施方式同样可以选用滚珠丝杠传动系统33，结构及移动原理同上。

所述打印平台20的移动方式除横向平移之外，还可以设置为横向旋转，具体地，所述驱动装置包括横向旋转组件，所述横向旋转组件与所述打印平台20连接，用以驱动所述打印平台20横向旋转，从而通过所述打印平台20的横向旋转将下一待打印的打印片区移动至所述DMD芯片131的投影区域。

所述横向旋转组件的设置方式有多种，例如可以在所述打印平台20下方设置一环形齿条以及与环形齿条配合的齿轮，通过驱动电机驱动齿轮转动，从而带动所述大打印平台20沿横向转动；也可以是在打印平台20上设置一旋转轴，通过驱动所述旋转轴的转动来带动所述打印平台20沿横向旋转。在本实施例中，所述打印平台20的下表面设有沿竖向延伸的旋转轴，所述横向旋转组件包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴与所述旋转轴连接，结构简单易于实现，且占用空间较小。在具体实施时，所述驱动电机与所述旋转轴可以通过轴套或者齿轮副等方式进行连接，具体可参照现有技术，在此不作详述。

通过所述打印平台20的横向平移或者横向旋转，均可以实现将待打印的片区移动至所述DMD的投影区域，而对于部分形状较为复杂的图形而言，仅通过所述打印平台20的移横向平移或则横向旋转，可能需要通过较为复杂的移动路径来使所述打印平台20移动至目标位置，因此在本实施例中更优选为所述打印平台20能够同时横向平移和横向旋转，也即，所述驱动装置同时包括所述横向平移组件和所述横向旋转组件，以通过横向平移和横向旋转的配和，有提高所述打印平台20的移动速度和准确率，进而提高进行分步打印的工作效率，缩短打印时间。

所述光路组件10除包括所述DMD芯片131之外，通常还包括激光光源和对传播至所述DMD芯片131的激光光束进行光路调整的装置。在本实施例中，请参阅图1，所述光路组件10包括激光器11、光束调整装置12、投影装置13以及控制装置14，其中，所述激光器11用以提供激光光束；所述光束调整装置12设于所述激光器11的激光出射方向，用以将所述激光器11提供的激光光束调整为平行传播的平顶光束；所述DMD芯片131设于所述投影装置13，所述投影装置13设于所述光束调整装置12的激光出射方向，用以对经过所述光束调整装置12调整后的激光光束进行投影而形成预设投影图形；所述控制装置14用以控制所述DMD芯片131的投影图形和位置。如此，所述激光器11提供的激光光束，先经过所述光束调整装置12调整后变为平行传播的平顶光束，然后所述投影装置13的所述DMD芯片131在所述控制装置14的控制下，对入射的平顶光束进行投影，从而对应在所述打印平台20上形成预设的投影图形。需要说明的是，通过所述控制装置14控制所述DMD芯片131的投影图形和位置，以及通过所述DMD芯片131投影出预设的投影图形的具体实施方式可参照现有技术进行，在此不做赘述。

通过设置所述光束调整装置12，使得由上述激光器11输出的激光光束变为平行传播的平顶光束，从而能量分布更为均匀，有助于使位于所述DMD投影区域内的打印材料的加热效果更均匀，改善3D打印产品的外观性能。其中，所述激光器可以选用可输出平顶光束的激光器11或者输出非平顶光束的激光器11，并对应调整所述光束调整装置12的器件设置，在本实施例中，请参阅图1，所述激光器11为可输出平顶光束的激光器11，对应地，所述光束调整装置12包括沿所述激光光束传播路径依次设置的准直器121和光阑122，所述准直器121用于使所述激光器11输出的平顶激光光束变为平行传播，所述光阑122用于使激光光斑形成为预设形状，例如圆形、方形或矩形等。在本实用新型的另一实施例中，请参阅图4，所述激光器11为输出非平顶光束的激光器11，对应地，所述光束调整装置12为一光束整形器123，由上述激光器11输出的激光光束经过所述光束整形器123的调整后，变为能量均匀的平行传播的平顶光束。

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 (8)

1.一种投影式3D打印机，其特征在于，包括：

工作台；

光路组件，设于所述工作台，所述光路组件包括至少一DMD芯片，所述光路组件通过所述DMD芯片发出具有预设投影图形的激光光束；

打印平台，设于所述工作台，位于所述DMD芯片下方，所述打印平台用于铺设打印材料；以及，

驱动装置，连接所述光路组件，以驱动所述光路组件平移；或者所述驱动装置连接所述打印平台，以驱动所述打印平台平移。

2.如权利要求1所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述驱动装置包括横向平移组件，所述横向平移组件与所述打印平台连接，用以驱动所述打印平台横向平移。

3.如权利要求2所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述横向平移组件包括X轴平移组件和Y轴平移组件，所述X轴平移组件与所述打印平台连接，以带动所述打印平台移动，所述Y轴平移组件与所述X轴平移组件连接。

4.如权利要求3所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述X轴平移组件和Y轴平移组件均为滚珠丝杠传动系统，所述滚珠丝杠传动系统包括滚珠丝杠、丝杠螺母、伺服电机、连接块以及直线导轨，所述伺服电机与所述滚珠丝杠驱动连接，以驱动所述滚珠丝杠转动，并带动所述丝杠螺母直线运动，所述连接块连接所述丝杠螺母、所述直线导轨以及移动件，以带动所述移动件在所述直线导轨上直线运动。

5.如权利要求1所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述驱动装置包括横向旋转组件，所述横向旋转组件与所述打印平台连接，用以驱动所述打印平台横向旋转。

6.如权利要求5所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述打印平台的下表面设有沿竖向延伸的旋转轴，所述横向旋转组件包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴与所述旋转轴连接。

7.如权利要求1所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述光路组件包括：

激光器，用以提供激光光束；

光束调整装置，设于所述激光器的激光出射方向，用以将所述激光器提供的激光光束调整为平行传播的平顶光束；

投影装置，所述DMD芯片设于所述投影装置，所述投影装置设于所述光束调整装置的激光出射方向，用以对经过所述光束调整装置调整后的激光光束进行投影而形成预设投影图形；以及，

控制装置，用以控制所述DMD芯片的投影图形和位置。

8.如权利要求7所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述光束调整装置包括沿所述激光光束传播路径依次设置的准直器和光阑；或者，

所述光束调整装置为一光束整形器。

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