CN212603426U - 基于lcd液晶显示屏的投影装置及打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于3D打印技术领域，提供了一种基于LCD液晶显示屏的投影装置及打印机，投影装置包括从上到下的阵列点光源、阵列拼接菲涅尔透镜、第一菲涅尔透镜、凸透镜、第二菲涅尔透镜及LCD液晶显示屏；阵列点光源发射的光线透过阵列拼接菲涅尔透镜后光路传播方向垂直于阵列拼接菲涅尔透镜；透过阵列拼接菲涅尔透镜的光线在透过第一菲涅尔透镜后焦点聚焦于凸透镜上方，并在凸透镜焦距范围内，焦点经散射并透过凸透镜后聚光；第二菲涅尔透镜的平整面与凸透镜相对设置，透过凸透镜的光线透过第二菲涅尔透镜后垂直于第二菲涅尔透镜；LCD液晶显示屏与光固化材料液面的距离小于5cm。本实用新型能够在降低生产成本的前提下，提升产品打印成功率和效率。

Description

基于LCD液晶显示屏的投影装置及打印机

技术领域

本实用新型属于3D打印技术领域，尤其涉及一种基于LCD液晶显示屏的投影装置及打印机。

背景技术

目前市面上的LCD 3D打印机大多是采用下打光上拉的成型方式，在打印平台上完成每层产品的打印后紧贴离型膜去脱模。但是由于采用该成型方式的打印机离型成功率低且离型速度慢，影响了产品的打印成功率和效率。

为了解决上述技术问题，目前市面上也有采用DLP下沉式3D打印机，DLP是“Digital Light Processing”的缩写，即为数字光处理，也就是要先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来。其原理是将通过UHP灯泡发射出的冷光源通过冷凝透镜，通过Rod(光棒)将光均匀化，经过处理后的光通过一个色轮(Color Wheel)，将光分成RGB三色(或者RGBW等更多色),再将色彩由透镜投射在DMD芯片上，最后反射经过投影镜头在投影屏幕上成像。采用DLP下沉式3D打印机不需要离型过程，从而大幅度提高成功率。

但是由于DLP下沉式3D打印机的成本高，随着打印产品的幅面增大而成本提高，存在可改进之处。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于LCD液晶显示屏的投影装置及打印机，旨在解决如何在降低生产成本的前提下，提升产品的打印成功率和效率的问题。

本实用新型是这样实现的，一方面提供了一种基于LCD液晶显示屏的投影装置，包括：从上到下依次布设的阵列点光源、由多块菲涅尔透镜阵列式拼接成的阵列拼接菲涅尔透镜、第一菲涅尔透镜、凸透镜、第二菲涅尔透镜及LCD液晶显示屏；其中，所述阵列点光源用于发射能够固化液态的光固化材料的光线；所述阵列拼接菲涅尔透镜的平整面与所述阵列点光源相对设置，以使所述阵列点光源发射的光线透过所述阵列拼接菲涅尔透镜的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于所述阵列拼接菲涅尔透镜；所述第一菲涅尔透镜的凹凸面与所述阵列拼接菲涅尔透镜的凹凸面相对设置，以使透过所述阵列拼接菲涅尔透镜的光线在透过所述第一菲涅尔透镜的凹凸面到平整面后焦点聚焦于所述凸透镜上方，并在所述凸透镜焦距范围内，所述焦点经散射并透过所述凸透镜后聚光；所述第二菲涅尔透镜的平整面与所述凸透镜相对设置，且所述第一菲涅尔透镜的聚焦焦点与所述凸透镜位于所述第二菲涅尔透镜平整面的焦距上，以将透过所述凸透镜的光线透过所述第二菲涅尔透镜的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于所述第二菲涅尔透镜；所述LCD液晶显示屏与所述光固化材料液面之间的距离小于5cm。

优选地，所述阵列点光源投射的光线的波长为365-440nm。

优选地，所述阵列点光源设置有多个，呈直线阵列分布。

优选地，所述阵列点光源为UVLED。

优选地，所述阵列拼接菲涅尔透镜、第一菲涅尔透镜及第二菲涅尔透镜的光轴均与所述凸透镜的光轴同轴设置。

另一方面提供了一种基于LCD液晶显示屏的3D打印机，包括：如上述的投影装置；设于所述投影装置下方的料槽，所述料槽内置有液态的光固化材料；靠近所述料槽设置的机架，所述机架一端深入所述料槽内部并连接有打印平台；及设于所述打印平台与所述机架之间、用于驱动所述打印平台在所述料槽内部做升降运动的升降机构。

优选地，所述升降机构包括：安装于所述机架上并垂直于所述打印平台的丝杆；滑动装配所述丝杆上并与所述打印平台固定连接的滑块；及安装于所述机架上并与所述丝杆一端装配的电机，所述电机驱动所述丝杆转动。

优选地，所述光固化材料为光敏树脂。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：

本实用新型所提供的基于LCD液晶显示屏的投影装置包括：从上到下依次布设的阵列点光源、阵列拼接菲涅尔透镜、第一菲涅尔透镜、凸透镜、第二菲涅尔透镜及LCD液晶显示屏；阵列拼接菲涅尔透镜的平整面与阵列点光源相对设置，以使阵列点光源发射的光线透过阵列拼接菲涅尔透镜的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于阵列拼接菲涅尔透镜；第一菲涅尔透镜的凹凸面与阵列拼接菲涅尔透镜的凹凸面相对设置，以使透过阵列拼接菲涅尔透镜的光线在透过第一菲涅尔透镜的凹凸面到平整面后焦点聚焦于凸透镜上方，并在凸透镜焦距范围内，焦点经散射并透过凸透镜后聚光；第二菲涅尔透镜的平整面与凸透镜相对设置，且第一菲涅尔透镜的聚焦焦点与凸透镜位于第二菲涅尔透镜平整面的焦距上，以将透过凸透镜的光线透过第二菲涅尔透镜的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于第二菲涅尔透镜；LCD液晶显示屏与光固化材料液面之间的距离小于5cm。本实用新型能够实现在降低生产成本的前提下，提升产品的打印成功率和效率。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种基于LCD液晶显示屏的投影装置的结构示意图。

1、阵列点光源；2、阵列拼接菲涅尔透镜；3、第一菲涅尔透镜；4、凸透镜；5、第二菲涅尔透镜；6、LCD液晶显示屏；7、料槽；8、光固化材料；9、机架；10、打印平台；11、升降机构；12、产品；13、焦点。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本实用新型实施例一方面提供了一种基于LCD液晶显示屏的投影装置，如图1所示，包括：从上到下依次布设的阵列点光源1、由多块菲涅尔透镜阵列式拼接成的阵列拼接菲涅尔透镜2、第一菲涅尔透镜3、凸透镜4、第二菲涅尔透镜5及LCD液晶显示屏6LCD；其中，所述阵列点光源1用于发射能够固化液态的光固化材料8的光线；所述阵列拼接菲涅尔透镜2的平整面与所述阵列点光源1相对设置，以使所述阵列点光源1发射的光线透过所述阵列拼接菲涅尔透镜2的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于所述阵列拼接菲涅尔透镜2；所述第一菲涅尔透镜3的凹凸面与所述阵列拼接菲涅尔透镜2的凹凸面相对设置，以使透过所述阵列拼接菲涅尔透镜2的光线在透过所述第一菲涅尔透镜3的凹凸面到平整面后焦点13聚焦于所述凸透镜4上方，并在所述凸透镜焦距范围内，所述焦点13经散射并透过所述凸透镜4后聚光；所述第二菲涅尔透镜5的平整面与所述凸透镜4相对设置，且所述第一菲涅尔透镜3的聚焦焦点13与所述凸透镜4位于所述第二菲涅尔透镜5平整面的焦距上，以将透过所述凸透镜4的光线透过所述第二菲涅尔透镜5的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于所述第二菲涅尔透镜5；所述LCD液晶显示屏6LCD与所述光固化材料8液面之间的距离小于5cm。

在本实施例中，阵列点光源1为能够发射能够固化液态的光固化材料8(例如光敏树脂)的光线，阵列点光源1投射的光线的波长为365-440nm，以满足固化光固化材料8的要求。优选为UVLED，并设置有多个呈直线阵列分布，以提高光线的能量和照射范围。UVLED具有寿命长、冷阵列点光源1、无热辐射、寿命不受开闭次数影响、能量高、照射均匀提高生产效率，不含有毒物物质比传统的阵列点光源1更安全、更环保的优点。

由于目前大多数打印机采用的都是阵列式的点光源，由多个单一点光源同时发光，直接去照射液晶显示屏6，使每个点光源射出的光线会存在交叉，导致打在液晶显示屏6上的光功率均匀度不高，从而影响打印整体精度。另外，因为点光源散射不集中，所以无法短距离投影。因此，在本实施例中通过在阵列点光源1下方设置阵列拼接菲涅尔透镜2，且阵列拼接菲涅尔透镜2的平整面与阵列点光源1相对设置，使阵列点光源1发射的光线在透过阵列拼接菲涅尔透镜2的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于阵列拼接菲涅尔透镜2，即将原本投射方向不同的多阵列点光源1光线的投射方向统一转换成垂直向下。

进一步地，在阵列拼接菲涅尔透镜2的下方设置第一菲涅尔透镜3，且第一菲涅尔透镜3的凹凸面与阵列拼接菲涅尔透镜2的凹凸面相对设置，用于将透过阵列拼接菲涅尔透镜2的光线在透过第一菲涅尔透镜3的凹凸面到平整面后焦点13聚焦于凸透镜4上方，并在凸透镜4焦距范围内，焦点13经散射并透过凸透镜4后聚光。通过聚合所有光线到凸透镜4上方，实现将所有阵列点光源1的功率集中在一起，比如3x3阵列分布的阵列点光源1一共是9个阵列点光源1，每个阵列点光源1功率是1w。假如不经过聚合，那么阵列点光源1射出来的光的功率就是1W，通过聚合后，聚合点的功率就是9W。因此通过本实用新型能够将所有阵列点光源1发出的光线聚合成一个高功率的阵列点光源1。具体可以通过加减点阵列点光源1数量或者变压来控制阵列点光源1的功率强度。

进一步地，由于聚焦在凸透镜4上的高功率光线在透过凸透镜4后焦点13经散射并透过凸透镜4后聚光。因此，为了实现将分散的多条高功率光线的投射方向能够垂直向下，避免多阵列点光源1的光线交叉，影响打印效果。在本实施例中，通过在凸透镜4下方设置第二菲涅尔透镜5，且第二菲涅尔透镜5的平整面与凸透镜4相对设置，且第一菲涅尔透镜3的聚焦焦点13与凸透镜4位于第二菲涅尔透镜5平整面的焦距上，以将透过凸透镜4的光线透过第二菲涅尔透镜5的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于第二菲涅尔透镜5，最后投射在设置在第二菲涅尔透镜下方的LCD液晶显示屏6上。同时在本实施例中通过限定LCD液晶显示屏6与光固化材料8(例如光敏树脂)液面之间的距离小于5cm。由于液晶对光线存在影响，导致任何光线在超过一定距离后都会存在散射，因此，限定LCD液晶显示屏6与光固化材料8液面之间的距离小于5cm更为合理。以此实现透过LCD液晶显示屏6的光线具备短距离投射的效果，满足实现光固化材料8固化成型的光线需要具备高精度高功率的要求。

在本实施例中，阵列拼接菲涅尔透镜2、第一菲涅尔透镜3及第二菲涅尔透镜5为焦距不同的菲涅尔透镜，对应不同的效果。菲涅尔透镜(Fresnel lens)，又名螺纹透镜，多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为平整面，另一面刻录了由小到大的同心圆，即凹凸面，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。利用菲涅尔透镜能够改变光线的投射方向，以实现不同的效果。

本实用新型进一步较佳实施例中，如图1所示，所述阵列拼接菲涅尔透镜2、第一菲涅尔透镜3及第二菲涅尔透镜5的光轴均与所述凸透镜4的光轴同轴设置。

在本实施例中，通过确保阵列拼接菲涅尔透镜2、第一菲涅尔透镜3及第二菲涅尔透镜5的光轴均与凸透镜4的光轴同轴设置，能够提高最终投射在LCD液晶显示屏6上光线的准确性。

本实用新型实施例另一方面提供了一种基于LCD液晶显示屏的3D打印机，如图1所示，包括如上述的投影装置；设于所述投影装置下方的料槽7，所述料槽7内置有液态的光固化材料8；靠近所述料槽7设置的机架9，所述机架9一端深入所述料槽7内部并连接有打印平台10；及设于所述打印平台10与所述机架9之间、用于驱动所述打印平台10在所述料槽7内部做升降运动的升降机构11。

在本实施例中，基于LCD液晶显示屏的3D打印机包括投影装置、料槽7、机架9、打印平台10及升降机构11。具体地，投影装置用于实现将液态的光固化材料8固化成固态的产品12。料槽7设置在投影装置的下方，用于装液态的光固化材料8。机架9靠近料槽7设置，机架9的一端深入料槽7内部并连接有供产品12层放置的打印平台10。升降机构11设置在打印平台10与机架9之间，用于当投影装置在投影平台上每完成一次产品12层的打印时，驱动打印平台10下降一个层厚。

其中，升降机构11包括：安装于所述机架9上并垂直于所述打印平台10的丝杆(图中未示出)；滑动装配所述丝杆上并与所述打印平台10固定连接的滑块(图中未示出)；及安装于所述机架9上并与所述丝杆一端装配的电机(图中未示出)，所述电机驱动所述丝杆转动。

在本实施例中，升降机构11为市场上常规打印机采用的升降机构11，具体机构可参照现有的打印机，在本方案的附图中不具体显示。

需要说明的是，对于前述的各实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可能采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元之间的间接耦合或通信连接，可以是电信或者其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对实用新型的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，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，都属于本实用新型所要保护的范围。尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本实用新型各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本实用新型的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本实用新型所要保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于LCD液晶显示屏的投影装置，其特征在于，包括：

从上到下依次布设的阵列点光源、由多块菲涅尔透镜阵列式拼接成的阵列拼接菲涅尔透镜、第一菲涅尔透镜、凸透镜、第二菲涅尔透镜及LCD液晶显示屏；

其中，所述阵列点光源用于发射能够固化液态的光固化材料的光线；

所述阵列拼接菲涅尔透镜的平整面与所述阵列点光源相对设置，以使所述阵列点光源发射的光线透过所述阵列拼接菲涅尔透镜的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于所述阵列拼接菲涅尔透镜；

所述第一菲涅尔透镜的凹凸面与所述阵列拼接菲涅尔透镜的凹凸面相对设置，以使透过所述阵列拼接菲涅尔透镜的光线在透过所述第一菲涅尔透镜的凹凸面到平整面后焦点聚焦于所述凸透镜上方，并在所述凸透镜焦距范围内，所述焦点经散射并透过所述凸透镜后聚光；

所述第二菲涅尔透镜的平整面与所述凸透镜相对设置，且所述第一菲涅尔透镜的聚焦焦点与所述凸透镜位于所述第二菲涅尔透镜平整面的焦距上，以将透过所述凸透镜的光线透过所述第二菲涅尔透镜的平整面到凹凸面后光路传播方向垂直于所述第二菲涅尔透镜；

所述LCD液晶显示屏与所述光固化材料液面之间的距离小于5cm。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述阵列点光源投射的光线的波长为365-440nm。

3.如权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述阵列点光源设置有多个，呈直线阵列分布。

4.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，所述阵列点光源为UVLED。

5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述阵列拼接菲涅尔透镜、第一菲涅尔透镜及第二菲涅尔透镜的光轴均与所述凸透镜的光轴同轴设置。

6.一种基于LCD液晶显示屏的3D打印机，其特征在于，包括：如权利要求1-5所述的投影装置；

设于所述投影装置下方的料槽，所述料槽内置有液态的光固化材料；

靠近所述料槽设置的机架，所述机架一端深入所述料槽内部并连接有打印平台；及

设于所述打印平台与所述机架之间、用于驱动所述打印平台在所述料槽内部做升降运动的升降机构。

7.如权利要求6所述的3D打印机，其特征在于，所述升降机构包括：

安装于所述机架上并垂直于所述打印平台的丝杆；

滑动装配所述丝杆上并与所述打印平台固定连接的滑块；及

安装于所述机架上并与所述丝杆一端装配的电机，所述电机驱动所述丝杆转动。

8.如权利要求7所述的3D打印机，其特征在于，所述光固化材料为光敏树脂。

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