CN210880920U - 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，包括工作台、光路组件、打印平台以及控制器，光路组件设于工作台，光路组件包括多个DMD芯片，光路组件通过多个DMD芯片发出具有预设投影图形的激光光束，打印平台设于工作台，位于多个DMD芯片的下方，打印平台用以铺设打印材料，控制器用以控制多个DMD芯片的投影图形和位置，以使多个DMD芯片按时间顺序相互交替地朝同一打印区发出激光光束。本实用新型通过使多个DMD芯片按时间顺序相互交替地朝同一打印区发出激光光束，实现了各DMD芯片的间歇工作，减小了打印过程中DMD芯片的连续工作时间，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，旨在解决DMD芯片工作时发热量过高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提一种投影式3D打印机，包括：

工作台；

光路组件，设于所述工作台，所述光路组件包括多个DMD芯片，所述光路组件通过所述多个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，且位于所述多个DMD芯片的下方，所述打印平台用以铺设打印材料；以及，

控制器，用以控制所述多个DMD芯片的投影图形和位置，以使所述多个DMD芯片按时间顺序相互交替地朝同一打印区发出激光光束。

可选地，所述光路组件还包括：

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，设有多个，且与所述多个DMD芯片呈一一对应设置，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。

可选地，所述激光器设为一个，所述光束调整装置和所述投影装置相互对应地设有多个，每个所述投影装置均对应设有一个所述DMD芯片。

可选地，所述激光器、所述光束调整装置和所述投影装置相互对应地设有多个，每个所述投影装置均对应设有一个所述DMD芯片。

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。

可选地，所述光束调整装置为一光束整形器。

本实用新型的技术方案中，投影式3D打印机包括工作台、光路组件、打印平台以及控制器，光路组件设于工作台，光路组件包括多个DMD芯片，光路组件通过多个DMD芯片发出具有预设投影图形的激光光束，打印平台设于工作台，位于多个DMD芯片的下方，打印平台用以铺设打印材料，控制器用以控制多个DMD芯片的投影图形和位置，以使多个DMD芯片按时间顺序相互交替地朝同一打印区发出激光光束。本实用新型通过使多个DMD芯片按时间顺序相互交替地朝同一打印区发出激光光束，实现了各DMD芯片的间歇工作，减小了打印过程中DMD芯片的连续工作时间，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芯片的热量累积。

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打印机的一实施例的光路组件和打印平台的结构示意图；

图2为图1中的光束调整装置为光束整形器时的光路组件和打印平台的结构示意图；

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

图4为图3中的光束调整装置为光束整形器时的光路组件和打印平台的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	光路组件	123	光束整形器
11	激光器	13	投影装置
				12	光束调整装置	131	DMD芯片
121	准直器	14	控制器
				122	光栏	20	打印平台

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，本实用新型提出一种投影式3D打印机。请参阅图1，为本实用新型提出的投影式3D打印机的一实施例，在本实施例中，所述投影式3D打印机包括工作台(附图未示出)、光路组件10、打印平台20以及控制器14，光路组件10设于工作台，光路组件10包括多个呈可活动设置的DMD芯片131，光路组件10通过多个DMD芯片131发出具有预设投影图形的激光光束，打印平台20设于工作台，且位于多个DMD芯片131的下方，打印平台20用以铺设打印材料，控制器14用以控制多个DMD芯片131的投影图形和位置，以使多个DMD芯片131按时间顺序相互交替地朝同一打印区发出激光光束。

本实用新型通过使多个DMD芯片131按时间顺序相互交替地朝同一打印区发出激光光束，实现了各DMD芯片131的间歇工作，减小了打印过程中DMD芯片131的连续工作时间，降低了DMD芯片131工作时其表面上辐照的入射光功率，进而降低了DMD芯片131的热量累积。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图层，然后将各图层分为奇数图层和偶数图层，对各DMD芯片131进行分工处理，例如一部分DMD芯片131按时间顺序只打印奇数图层，另一部分DMD芯片131按时间顺序只打印偶数图层，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。需要说明的是，控制器14控制多个DMD芯片131的投影图形和位置，以及控制多个DMD芯片131实现交替式间歇工作的具体实施方式可参照现有技术进行，在此不做赘述。

进一步地，光路组件10除包括DMD芯片131之外，通常还包括激光光源和对传播至DMD芯片131的入射激光进行光路调整的装置。在本实施例中，请参阅图1，光路组件10包括激光器11、光束调整装置12、投影装置13，其中，激光器11用以提供激光光束；光束调整装置12设于激光器11的激光出射方向，用以将激光器11提供的激光光束调整为平行的平顶光束；投影装置13设有多个，且与多个DMD芯片131呈一一对应设置，投影装置13均设于光束调整装置12的激光出射方向，用以对经过光束调整装置12调整后的激光光束进行投影而形成预设投影图形。如此，激光器11提供的激光光束，先经过光束调整装置12调整后变为平行的平顶光束，然后投影装置13的DMD芯片131在控制器14的控制下，对入射的平顶光束进行投影，从而对应在打印平台20上形成预设的投影图形。

请参阅图1，在本实施例中，激光器11设为一个，光束调整装置12和投影装置13相互对应地设有多个，每个投影装置13均对应设有一个DMD芯片131，控制器14单独控制每个DMD芯片131，以使各DMD芯片131按时间顺序相互交替地朝同一打印区发出激光光束，从而使DMD芯片131以交替式间歇工作的方式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。

请参阅图3，为本实用新型的另一个实施例，在本实施例中，激光器11、光束调整装置12和投影装置13相互对应地设有多个，每个投影装置13均对应设有一个DMD芯片131，控制器14单独控制每个DMD芯片131，以使各DMD芯片131按时间顺序相互交替地朝同一打印区发出激光光束，从而使DMD芯片131以交替式间歇工作的方式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。

进一步地，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的平顶光束，从而能量更为均匀，有助于使位于所述DMD投影区域内的打印材料的固化速率更均匀，改善3D打印产品的外观性能。其中，所述激光机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，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和光栏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更为行，能量更为均匀，所述光栏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。

请参阅图2和图4，为本实用新型的光束调整装置12的另一实施例，在本实施例中，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 (6)

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，所述光路组件包括多个DMD芯片，所述光路组件通过所述多个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，且位于所述多个DMD芯片的下方，所述打印平台用以铺设打印材料；以及，

控制器，用以控制所述多个DMD芯片的投影图形和位置，以使所述多个DMD芯片按时间顺序相互交替地朝同一打印区发出激光光束。

2.如权利要求1所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述光路组件还包括：

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，设有多个，且与所述多个DMD芯片呈一一对应设置，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。

3.如权利要求2所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述激光器设为一个，所述光束调整装置和所述投影装置相互对应地设有多个，每个所述投影装置均对应设有一个所述DMD芯片。

4.如权利要求2所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述激光器、所述光束调整装置和所述投影装置相互对应地设有多个，每个所述投影装置均对应设有一个所述DMD芯片。

5.如权利要求3或4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。

6.如权利要求3或4所述的投影式3D打印机，其特征在于，所述光束调整装置为一光束整形器。

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