CN215151891U - 光固化3d打印机光机以及打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光固化3D打印机，所述光固化3D打印机包括：多个发光源，所述多个发光源均匀布置，多个所述发光源同时发出散射光线；栅板，所述栅板位于所述发光源的上方，所述栅板对应于一所述发光源的正上方位置处具有一竖直的光通道，所述发光源位于所述光通道的中心，所述光通道由竖直的并限制光反射的不透光侧壁围成；透镜，所述透镜位于所述导光件的上方，所述透镜对应于一所述光通道的正上方处形成有一聚光透镜单元；LCD液晶透光屏，其位于所述透镜的上方，并且所述LCD液晶透光屏具有像素点阵。本实用新型简化对光源的控制要求，提高光均匀度，提高产品固化效果。

Description

光固化3D打印机光机以及打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种光固化3D打印机光机以及打印机。

背景技术

3D打印技术是通过3D模型逐层打印而得到3D实物。现有的3D打印技术有LOM技术和光固化技术，其中光固化技术应用较为广泛。光固化技术是将树脂在光照下发生聚合固化，而未光照的部分则不会发生固化。现有的光固化3D打印机有的采用LED显示屏产生曝光图案。LED显示屏是一种由发光二极管组成的显示屏，因此需要驱动LED显示屏的发光二级管的发光情况才能够得到相应的曝光图案，这种曝光方式需要很好地控制LED灯的亮度和曝光补偿等参数，否则将影响成品质量。现有的光固化3D打印机有的采用LCD液晶显示屏，但是光均匀度比较差，进而导致产品固化效果差。

实用新型内容

鉴于此，有必要提供一种光固化3D打印机光机以及打印机，简化对光源的控制要求，提高光均匀度，提高产品固化效果。

本实用新型提供一种光固化3D打印机，所述光固化3D打印机包括：

多个发光源，所述多个发光源均匀布置，多个所述发光源同时发出散射光线；

栅板，所述栅板位于所述发光源的上方，所述栅板对应于一所述发光源的正上方位置处具有一竖直的光通道，所述发光源位于所述光通道的中心，所述光通道由竖直的并限制光反射的不透光侧壁围成；

透镜，所述透镜位于所述导光件的上方，所述透镜对应于一所述光通道的正上方处形成有一聚光透镜单元；

LCD液晶透光屏，其位于所述透镜的上方，并且所述LCD液晶透光屏具有像素点阵，通过调节电压可控制每一所述像素点的透光度；

其中，所述发光源发出的散射光线中的至少部分进入到所述光通道中，进入所述光通道的散射光线中的部分出射并入射至所述聚光透镜单元，经所述聚光透镜单元准直后射向所述LCD液晶透光屏，多个所述发光源的光分别被准直并完全覆盖所述LCD液晶透光屏。

进一步的，所述透镜的下表面为平面，所述透镜的上表面为多个凸面，每一所述凸面位置对应于一所述聚光透镜单元，所述透镜通过所述栅板支撑并紧贴在所述栅板的上表面。

进一步的，所述栅板与所述发光源间隔一定距离。

进一步的，所述发光源设置在灯板上，所述灯板的下方设置有散热板。

进一步的，所述栅板与所述散热板固定，所述LCD液晶透光屏通过框架固定，所述框架通过支架与所述散热板固定。

进一步的，所述LCD液晶透光屏为常黑硬屏。

进一步的，所述LCD液晶透光屏包括扫描线以及信号线，所述扫描线横向延伸并纵向间隔设置，所述信号线纵向延伸并横向间隔设置，相邻两个所述扫描线以及相邻两个所述信号线之间限定出正方形区域，所述正方形区域内设置有透明电极，所述透明电极的轮廓为正方形并且所述透明电极连续，所述透明电极对应的区域为最小像素点，所述透明电极电连接两个所述扫描线中的一个以及电连接两个所述信号线中的一个。

进一步的，所述LCD液晶透光屏为黑白屏。

本实用新型提供一种光固化3D打印机，所述光固化3D打印机采用所述的光机。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果：本实用新型基于LCD液晶透光屏，可以控制述LCD液晶透光屏的像素点阵的透光情况而得到与待打印产品的形状相对应的透光图案，发光源发出的散射光线中的至少部分进入到光通道中，大角度散射的光线被栅板吸收而不能进入到光通道中，此部分光将被舍弃，进入光通道的散射光线中的角度稍大的部分将被光通道的侧壁吸收，仅在预定角度范围内的光线将从光通道中出射并入射至聚光透镜单元，聚光透镜单元将该部分光线准直后射向LCD液晶透光屏，射向LCD液晶透光屏的光线是相对竖直均匀的，准直光线可从透光图案出射，照射到液态光敏树脂上后可以固化得到层片图案，不断叠加而得到3D实物，准直光线均匀度高，可以提高光固化效果，最终得到的3D实物更加真实，在固化的过程中，发光源可以一直发光无需复杂控制，仅需要控制LCD液晶透光屏的透光情况即可。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的结构示意图。

图2为本实用新型具体实施方式的栅板的结构示意图。

图3为本实用新型光路图。

图4为现有技术所使用的LCD液晶彩色显示屏的结构示意图。

图5为现有技术所使用的LCD液晶彩色显示屏的效果图。

图6为本实用新型的LCD液晶透光屏的具体实施方式的结构示意图。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。可以理解的是，附图仅仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。附图中显示的连接关系仅仅是为了便于清晰描述，并不限定连接方式。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件时，它可以是直接连接到另一个组件，或者可能同时存在居中组件。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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。本文中在本实用新型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，不是旨在于限制本实用新型。

还需要说明的是，本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1所示，本实用新型提供一种光固化3D打印机，所述光固化3D打印机由下而上，其包括：散热板10、灯板20、多个发光源30、栅板40、透镜50、LCD液晶透光屏60。

其中，所述多个发光源30均匀布置在所述灯板20上，所述发光源30可以矩阵列布置并且行间距和列间距相等。每一个所述发光源30发出的光为大范围的散射光，所述发光源30设置在灯板20上后，其发光角度近似为180°。在本实用新型中，多个所述发光源30同时发出散射光线。所述发光源30发出可以用于固化树脂的特定波长的光线。

所述散热板10用于提高所述发光源30的散热效果。其中，所述栅板40与所述发光源30间隔一定距离，并且所述栅板40与所述散热板10固定。所述透镜50的下表面为平面，所述透镜50的上表面为多个凸面，每一所述凸面位置对应于一聚光透镜单元51，所述透镜50通过所述栅板40支撑并紧贴在所述栅板40的上表面。所述LCD液晶透光屏60通过框架70固定，所述框架70通过支架71与所述散热板10固定。所述LCD液晶透光屏60具有像素点阵。

所述LCD液晶透光屏60为常黑硬屏。常黑的LCD液晶透光屏60在不通电的情况下光线不能透过，即在光源照射下为黑色，不透光，机器故障或停机时，树脂不会固化，在固化的过程中，不会出现残渣，海带丝现象。硬质的LCD液晶透光屏60，在外力状态下，液晶不发生变化，避免LCD液晶透光屏60发白以及漏光，防止残渣出现。

LCD液晶透光屏60的原理为：液晶处于两片导电玻璃基板之间，在上下玻璃基板的两个电极作用下，引起液晶分子扭曲变形，改变LCD像素点阵的透光度，其中，LCD液晶透光屏60仅作为透光窗口，本身并不发光。

如图2所示，所述栅板40可以采用不透光的吸光材料制作。所述栅板40具有多个与所述发光源30一样均匀分布的竖直光通道41。通过横纵设置的多个竖直板形成了均匀分布的光通道41，光通道41由竖直的侧壁42围成，光线照射到侧壁42上，将被限制反射甚至被吸收。一竖直的光通道41对应于一所述发光源30的正上方位置，并且所述发光源30位于所述光通道41的中心。

所述透镜50对应于一所述光通道41的正上方处形成有一聚光透镜单元51，所述聚光透镜单元51的位置与所述光通道41的位置对应。

所述发光源30所发出的光近似为180°，若直接通过聚光透镜单元51聚光，会有大部分光线无法被准直到所需角度范围内，聚光后的光线仍然角度较大，如此照射到LCD液晶透光屏60上会存在光线不均的现象。在本实用新型中，所述发光源30发出的在第一预定角度范围内的散射光线中进入到所述光通道41中，而在大于预定角度范的散射光线被栅板40所屏蔽，进入所述光通道41的散射光线中，在第二预定角度的光线出射，介于第一预定角度和第二预定角度的光线被所述侧壁42吸收。参阅图2，第一预定角度为θ1＝2arctanL1/d1，其中，L1为光通道41下端面内侧边与其中心线的垂直距离，d1为光通道41下端面与发光源30的距离。第二预定角度为θ1＝2arctanL1/d2，其中，L2为光通道41上端面内侧边与其中心线的垂直距离，d2为光通道41上端面与发光源30的距离。

从所述光通道41出射的光源将入射至所述聚光透镜单元51经所述聚光透镜单元51准直后射向所述LCD液晶透光屏60，光线准直角度为0-20度，优选为7度。通过调整所述LCD液晶透光屏60与所述光通道41上端面的距离，可以使得多个所述发光源30的光分别被准直并完全覆盖所述LCD液晶透光屏60，以使得所述LCD液晶透光屏60每个像素点均能够被光照射。

可以控制述LCD液晶透光屏60的像素点阵的透光情况而得到与待打印产品的形状相对应的透光图案，准直光线可从透光图案601出射，照射到液态光敏树脂上后可以固化得到层片图案101，不断叠加而得到3D实物。射向LCD液晶透光屏60的光线是相对竖直均匀的，LCD液晶透光屏60上的透光图案601的大小与固化的层片图案101大小基本上是一致的，可以提高光固化效果，最终得到的3D实物更加真实，在固化的过程中，发光源30可以一直发光无需复杂控制，仅需要控制LCD液晶透光屏60的透光情况即可。

另外需要说明的是，现有的光固化3D打印机有的采用LCD液晶彩色显示屏来选择性透光，现有的LCD液晶彩色显示屏的结构如图4，其包括前偏光板301、前玻璃基板302、RGB层303、前电极304、液晶层305、后电极306、后玻璃基板307、后偏光板308以及发光板309，前电极和后电极为条状，R色层3031、G色层3032、B色层3033分别完全覆盖一条电极构成像素点400(图5虚线框)，如此不断重复形成像素点阵，其呈现的效果可以参看图2。每个像素点包括三个条状子单元，对前后对应的两条电极进行单独地电压控制，实现像素点处的液晶发生旋转，液晶在旋转的过程中是需要一定时间的，R、G、B分别覆盖的三条电极并无法完全地同步旋转，因此，当薄片形状改变并相应地改变LCD液晶彩色显示屏的曝光图案时，会导致产品边缘粗糙而不够细腻，而且，光无法透过相邻两个条状子单元之间的缝隙，单个像素点透光率比较低，固化会产生大量的狭小条状物。

在本实用新型具体实施方式中，如图6所示，所述LCD液晶透光屏60包括扫描线61以及信号线62，所述扫描线61横向延伸并纵向间隔设置，所述信号线62纵向延伸并横向间隔设置，相邻两个所述扫描线61以及相邻两个所述信号线62之间限定出正方形区域63，所述正方形区域63内设置有透明电极64，所述透明电极64的轮廓为正方形并且所述透明电极64连续，所述透明电极64对应的区域为最小像素点，所述透明电极64电连接两个所述扫描线61中的一个以及电连接两个所述信号线62中的一个。具体的，所述透明电极64连接晶体管的漏级、扫描线61连接晶体管的栅极，信号线62连接晶体管的源级，所述透明电极64可以连接在其右侧的信号线62以及连接在其上侧的扫描线61，如此阵列排布。当然所述晶体管可以设置在所述透明电极64的左上角、右下角或左下角中任一位置。

在本实用新型具体实施方式中，正方形的最小像素点透光率高，405纳米波长的透过率高，对比度可以达到500。在曝光图案转变的过程中，整个正方形像素点液晶同时旋转，产品边缘更加细腻。本实用新型的精度可以达到30*30微米。

在本实施方式中，所述LCD液晶透光屏60为黑白屏，也即去除了RGB层，使得LCD液晶透光屏60的透光效果更佳。

本实用新型还提供一种基于所述的光固化3D打印机进行3D打印的方法，所述方法包括以下步骤：

S100：控制多个所述发光源30同时发出散射光线以分别被相应的所述聚光透镜单元51准直。

S200：根据待打印产品的形状，调节电压以控制所述LCD液晶透光屏60的每一像素点透光度而得到与所述待打印产品的形状相对应的透光图案。

其中，被准直的光从所述透光图案出射。应当理解的是，上述步骤S100和S200可以同时进行也可以互换顺序。

本申请的说明书和权利要求书中，词语“包括/包含”和词语“具有/包括”及其变形，用于指定所陈述的特征、数值、步骤或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数值、步骤、部件或它们的组合。

本实用新型的一些特征，为阐述清晰，分别在不同的实施例中描述，然而，这些特征也可以结合于单一实施例中描述。相反，本实用新型的一些特征，为简要起见，仅在单一实施例中描述，然而，这些特征也可以单独或以任何合适的组合于不同的实施例中描述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光固化3D打印机光机，其特征在于，所述光固化3D打印机光机包括：

多个发光源，所述多个发光源均匀布置，多个所述发光源同时发出散射光线；

栅板，所述栅板位于所述发光源的上方，所述栅板对应于一所述发光源的正上方位置处具有一竖直的光通道，所述发光源位于所述光通道的中心，所述光通道由竖直的并限制光反射的不透光侧壁围成；

透镜，所述透镜位于导光件的上方，所述透镜对应于一所述光通道的正上方处形成有一聚光透镜单元；

LCD液晶透光屏，其位于所述透镜的上方，并且所述LCD液晶透光屏具有像素点阵，通过调节电压可控制每一所述像素点的透光度；

其中，所述发光源发出的散射光线中的至少部分进入到所述光通道中，进入所述光通道的散射光线中的部分出射并入射至所述聚光透镜单元，经所述聚光透镜单元准直后射向所述LCD液晶透光屏，多个所述发光源的光分别被准直并完全覆盖所述LCD液晶透光屏。

2.根据权利要求1所述的光固化3D打印机光机，其特征在于，所述透镜的下表面为平面，所述透镜的上表面为多个凸面，每一所述凸面位置对应于一所述聚光透镜单元，所述透镜通过所述栅板支撑并紧贴在所述栅板的上表面。

3.根据权利要求1所述的光固化3D打印机光机，其特征在于，所述栅板与所述发光源间隔一定距离。

4.根据权利要求1所述的光固化3D打印机光机，其特征在于，所述发光源设置在灯板上，所述灯板的下方设置有散热板。

5.根据权利要求4所述的光固化3D打印机光机，其特征在于，所述栅板与所述散热板固定，所述LCD液晶透光屏通过框架固定，所述框架通过支架与所述散热板固定。

6.根据权利要求1所述的光固化3D打印机光机，其特征在于，所述LCD液晶透光屏为常黑硬屏。

7.根据权利要求1所述的光固化3D打印机光机，其特征在于，所述LCD液晶透光屏包括扫描线以及信号线，所述扫描线横向延伸并纵向间隔设置，所述信号线纵向延伸并横向间隔设置，相邻两个所述扫描线以及相邻两个所述信号线之间限定出正方形区域，所述正方形区域内设置有透明电极，所述透明电极的轮廓为正方形并且所述透明电极连续，所述透明电极对应的区域为最小像素点，所述透明电极电连接两个所述扫描线中的一个以及电连接两个所述信号线中的一个。

8.根据权利要求7所述的光固化3D打印机光机，其特征在于，所述LCD液晶透光屏为黑白屏。

9.一种光固化3D打印机，其特征在于，所述光固化3D打印机采用如权利要求1-8任一项所述的光机。

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