CN218430009U - 一种实现高精度3d打印的光源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实现高精度3D打印的光源系统，包括：发光元件、准直元件、反射元件以及LCD屏；发光元件用于发射紫外光；准直元件设于发光元件的紫外光发射方向上，用于对紫外光进行准直；反射元件，倾斜设于紫外光的准直方向上；LCD屏，经反射元件反射后的紫外光投射至LCD屏上。本实用新型通过在发光元件上连接准直元件，从而对发光元件发出的紫外光进行准直，提升紫外光线的一致性，进而提高了光强的利用率，有效地节约了能量；成像屏幕外杂乱的紫外光大大减少，进而减少了成像区域外的树脂固化；多个灯珠发射光团之间的重叠区间面积缩小，使得树脂固化程度不同的情况减少，提升了打印精度和打印件的表面效果。

Description

一种实现高精度3D打印的光源系统

技术领域

本实用新型涉及光固化技术领域，具体涉及一种实现高精度3D打印的光源系统。

背景技术

3D打印技术是利用逐层累加的方式实现打印立体物品的技术。由于打印的方式和材料不同，主要分为熔融沉积快速成形FDM、选择性激光烧结SLS、光固化快速成形SLA等类型。其中，在光固化成形技术中，LCD光固化打印技术是利用LCD屏幕的选择透光性控制打印区域，将光敏树脂按照预先设计的造型结构分层打印出来，产生物体的剖面层，同时用特定频率的光波进行照射使之快速固化并逐层叠加成形。

现有LCD光固化3D打印机光源大多数采用的是阵列光源，这种阵列光源依靠大量紫外光灯珠矩阵分布发光来达到整体光强均匀的目的。这种阵列光源包括多个灯珠，由于多个灯珠安装位置有所区别，导致多个灯珠发射的光线角度杂乱，光线一致性极低，从而出现以下问题：

(1)光强的利用率低，导致大量的能量被浪费；

(2)成像屏幕无法阻挡杂乱的紫外光，导致成像区域外的树脂固化，造成打印精度降低，进而打印件表面效果降低；

(3)多个灯珠发射的光团会有重叠区间，使得重叠区间内的光强会强于未重叠的区域，打印时在光线重叠区间的树脂会比其它地区的树脂固化的程度更大，导致打印件效果不理想、尺寸精度降低。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种实现高精度3D打印的光源系统，以解决现有3D打印的光源系统发射的光线一致性极低的技术问题，达到充分利用光强并实现高精度打印的目的。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种实现高精度3D打印的光源系统，包括：

发光元件，用于发射紫外光；

准直元件，设于所述发光元件的紫外光发射方向上，用于对紫外光进行准直；

反射元件，倾斜设于所述紫外光的准直方向上；

LCD屏，经所述反射元件反射后的紫外光投射至所述LCD屏上。

作为本实用新型优选的实施方式，所述发光元件包括金属基板和紫外光灯珠，所述紫外光灯珠设置在所述金属基板上，所述紫外光灯珠的波长为350-420nm。

作为本实用新型优选的实施方式，所述紫外光灯珠表面中心点到所述反射元件表面中心点的竖直距离为60-80mm，水平距离为150-170mm。

作为本实用新型优选的实施方式，所述准直元件包括透镜支架和矫正透镜，所述透镜支架设置在所述金属基板上，所述矫正透镜设置在所述透镜支架上，所述矫正透镜底平面与所述紫外光灯珠表面中心点的距离为1-10mm。

作为本实用新型优选的实施方式，所述矫正透镜为透光率在97％以上的玻璃。

作为本实用新型优选的实施方式，所述发光元件还包括散热装置，所述散热装置包括散热鳍片和散热风扇，所述散热鳍片设置在所述金属基板设有紫外光灯珠的相对面上，所述散热鳍片上开设有沟槽，所述散热风扇设置在所述沟槽上。

作为本实用新型优选的实施方式，所述反射元件与准直后的紫外光的内夹角角度为45-75°，所述反射元件为带有反射镀层的玻璃、镜面亚克力以及镜面金属板中的任意一种，且厚度为1-10mm。

作为本实用新型优选的实施方式，还包括透光元件，设于所述LCD屏的下方，用于承托所述LCD屏。

作为本实用新型优选的实施方式，所述透光元件为透光率在92-99％的玻璃，且厚度为2-10mm。

作为本实用新型优选的实施方式，所述透光元件底面中心点与反射元件表面中心点的水平距离为10-30mm，竖直距离为100-160mm。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型通过在发光元件上连接准直元件，从而对发光元件发出的紫外光进行准直，提升紫外光线的一致性，进而提高了光强的利用率，有效地节约了能量；

(2)提升紫外光线的一致性后，成像屏幕外杂乱的紫外光大大减少，进而减少了成像区域外的树脂固化，有效地提升了打印精度，并改善了打印件的表面效果；

(3)紫外光线的一致性得到保证后，多个灯珠发射光团之间的重叠区间面积将大大缩小，使得由于光强不同导致树脂固化程度不同的情况也大大减少，从而进一步地提升了打印精度和打印件的表面效果。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1-是本实用新型一实施例的实现高精度3D打印的光源系统结构图；

图2-是本实用新型一实施例的准直元件的结构图；

图3-是本实用新型一实施例的准直元件的俯视图。

附图标号说明：1、准直元件；2、反射元件；3、透光元件；4、LCD屏；5、金属基板；6、紫外光灯珠；7、透镜支架；8、矫正透镜；9、散热鳍片；10、散热风扇；11、沟槽。

具体实施方式

以下内容将描述本实用新型的若干实施例，包括附图对应的实施例，可以理解的是，附图用于辅助理解本实用新型的技术特征和技术方案，而不应当理解为对本实用新型保护范围的限制。

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本实用新型的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，除非另有明确的限定，当某一特征被称为“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上，“固定”、“连接”、“安装”等词应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，本实用新型中所使用的上、下、左、右、顶、底、前、后、内、外等指示的方位或位置关系的描述为基于附图或实施例的方位或位置关系，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。

需要说明的是，本实用新型中所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

需要说明的是，本实用新型中如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

需要说明的是，除非另有明确的限定，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本实用新型。

本实用新型所提供的实现高精度3D打印的光源系统，包括发光元件、准直元件1、反射元件2以及LCD屏4；发光元件用于发射紫外光，紫外光用于固化光固化树脂。准直元件1设于发光元件的紫外光发射方向上，用于对紫外光进行准直；经过准直元件1准直的紫外光，光线的一致性有明显的提升。反射元件2倾斜设于紫外光的准直方向上，反射元件2对准直后的紫外光进行反射。经反射元件2反射后的紫外光投射至LCD屏4上，LCD屏4可使紫外光选择性地通过，从而使光固化树脂按照所需图形进行固化。

本实用新型在使用时，通过发光元件射出紫外光，准直元件1对紫外光进行准直，准直后的紫外光在反射元件2的作用下，发生反射，改变射出方向，射向LCD屏4，并被选择性地透过LCD屏4。在打印时，LCD屏4可以阻挡成像区域外的紫外光，无法照射到光固化树脂，成像区域内的紫外光则正常通过，从而固化光固化树脂。

优选地，发光元件包括金属基板5和紫外光灯珠6，紫外光灯珠6设置在金属基板5上，紫外光灯珠7的波长为350-420nm。金属基板5材质可以为铜、铝，由于铜、铝的导热系数较高，采用铜、铝制备成金属基板5能有效促进紫外光灯珠7的散热。金属基板5上布有紫外光灯珠7的供电电路，紫外光灯珠7连接在供电电路上。发光元件采用上述的结构造价成本低，并且由于结构简单，便于维修。另外紫外光灯珠7的波长为350-420nm，能满足大部分的光固化树脂进行固化时对波长的要求，实现良好的3D的打印效果。

进一步优选地，紫外光灯珠7表面中心点到反射元件2表面中心点的竖直距离为60-80mm，水平距离为150-170mm。上述距离的设置，能将绝大部分的经过准直的紫外光，产生反射，射向LCD屏4，进一步提升了光线的一致性，从而实现更好的固化效果。

优选地，准直元件1包括透镜支架7和矫正透镜8，透镜支架7设置在金属基板5上，矫正透镜8设置在透镜支架7上，矫正透镜8底平面与紫外光灯珠6表面中心点的距离为1-10mm。透镜支架7可以为铁、铜以及铝中的任意一种，铁、铜以及铝均为易加工金属，采用易加工的金属能有效地降低制造成本。透镜支架7顶面设有凹槽，矫正透镜8底平面固定在透镜支架7顶面凹槽内。1-10mm的表面距离不会因为距离过近，起不到准直的效果，也不会因为距离过远，导致准直的效果不佳。

进一步优选地，矫正透镜8为透光率在97％以上的玻璃，能有效地降低紫外光透过矫正透镜8时的光强衰减率。

优选地，发光元件还包括散热装置，散热装置包括散热鳍片9和散热风扇10，散热鳍片设置在金属基板5设有紫外光灯珠6的相对面上，散热鳍片9上开设有沟槽11，散热风扇10设置在所述沟槽11上。散热鳍片9整体为三角柱状，包括有多个垂直面和一个倾斜面，沟槽11开设于垂直面上。散热风扇10安装在散热鳍片9的沟槽11上，方便散热风扇10带走热量。散热装置的散热方式也可以为风冷、水冷、油冷等其它冷却方式。散热鳍片9的倾斜面与金属基板5的倾斜角度一致，并贴合在金属基板5的背面上，从而进一步地提高散热效率。

优选地，反射元件2与准直后的紫外光的内夹角角度为45-75°，反射元件2为带有反射镀层的玻璃、镜面亚克力以及镜面金属板中的任意一种，且厚度为1-10mm，上述设置能有效地提高紫外光的折射率，从而使被反射元件2反射的紫外光团可以完全均匀覆盖LCD屏4。经准直元件1准直后的紫外光团，无法在短距离内覆盖打印区域，反射元件2则可以通过折射增大紫外光团的面积，从而覆盖整个打印区域。

优选地，光源系统还包括透光元件3，设于LCD屏4的下方，用于承托LCD屏4。透光元件3的外轮廓尺寸与LCD屏4的外轮廓尺寸一致，外轮廓尺寸一致进一步保证了所有的紫外光能被选择性透过，由于LCD屏4的厚度过薄，因此需要透光元件3在下方进行承托，从而加强抗弯曲强度。

进一步优选地，透光元件3为透光率在92-99％的玻璃，且厚度为2-10mm，能有效减少紫外光通过后的光强衰减率。

进一步优选地，透光元件3底面中心点与反射元件2表面中心点的横平距离为10-30mm，竖直距离为100-160mm，使被反射元件2反射的紫外光团可以更好的覆盖成像区域。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种实现高精度3D打印的光源系统，其特征在于，包括：

发光元件，用于发射紫外光；

准直元件，设于所述发光元件的紫外光发射方向上，用于对紫外光进行准直；

反射元件，倾斜设于所述紫外光的准直方向上；

LCD屏，经所述反射元件反射后的紫外光投射至所述LCD屏上。

2.根据权利要求1所述的实现高精度3D打印的光源系统，其特征在于，所述发光元件包括金属基板和紫外光灯珠，所述紫外光灯珠设置在所述金属基板上，所述紫外光灯珠的波长为350-420nm。

3.根据权利要求2所述的实现高精度3D打印的光源系统，其特征在于，所述紫外光灯珠表面中心点到所述反射元件表面中心点的竖直距离为60-80mm，水平距离为150-170mm。

4.根据权利要求2或3所述的实现高精度3D打印的光源系统，其特征在于，所述准直元件包括透镜支架和矫正透镜，所述透镜支架设置在所述金属基板上，所述矫正透镜设置在所述透镜支架上，所述矫正透镜底平面与所述紫外光灯珠表面中心点的距离为1-10mm。

5.根据权利要求4所述的实现高精度3D打印的光源系统，其特征在于，所述矫正透镜为透光率在97％以上的玻璃。

6.根据权利要求2或3所述的实现高精度3D打印的光源系统，其特征在于，所述发光元件还包括散热装置，所述散热装置包括散热鳍片和散热风扇，所述散热鳍片设置在所述金属基板设有紫外光灯珠的相对面上，所述散热鳍片上开设有沟槽，所述散热风扇设置在所述沟槽上。

7.根据权利要求1-3任一项所述的实现高精度3D打印的光源系统，其特征在于，所述反射元件与准直后的紫外光的内夹角角度为45-75°，所述反射元件为带有反射镀层的玻璃、镜面亚克力以及镜面金属板中的任意一种，且厚度为1-10mm。

8.根据权利要求1所述的实现高精度3D打印的光源系统，其特征在于，还包括透光元件，设于所述LCD屏的下方，用于承托所述LCD屏。

9.根据权利要求8所述的实现高精度3D打印的光源系统，其特征在于，所述透光元件为透光率在92-99％的玻璃，且厚度为2-10mm。

10.根据权利要求8或9所述的实现高精度3D打印的光源系统，其特征在于，所述透光元件底面中心点与反射元件表面中心点的水平距离为10-30mm，竖直距离为100-160mm。

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