CN219095924U - 一种光源组件及3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光源组件及3D打印机，主要通过透光组件和反射组件相互配合，使光线均匀化及准直化的同时，减少光线损失，增加光线利用率，避免投射光不均匀，有助于打印树脂的均匀固化。本实用新型的主要技术方案为：一种光源组件，用于3D打印机，包括发光组件、透光组件和反射组件；发光组件和反射组件设置于透光组件的相背两侧；反射组件与透光组件配合，使发光组件发出的光线经过透光组件的折射和反射组件的反射后投射。本实用新型主要用于3D打印。

Description

一种光源组件及3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种光源组件及3D打印机。

背景技术

光固化3D打印机中，料槽盛放树脂后放置于打印机的显示屏上，光源位于显示屏相背于料槽的一侧，光源的光束投射到显示屏上，投射光线覆盖显示屏的整个显示区域，进而光线穿过显示屏上的图案投射到料槽内的打印树脂上，使得打印树脂按照预设的图案逐层固化。

光线与显示屏的准直程度以及光束的均匀度对打印树脂的固化有着直接影响，光线与显示屏的准直程度影响打印树脂的成型精度，光束的均匀度影响打印树脂的固化的均匀程度。现有技术中，由于光束中包括多种角度的光线，为保证准直化后的光线尽可能地与显示屏的垂直，先将光线中的杂光进行过滤，而后对过滤后的光线进行准直化，使得部分光线被拦截无法投射，导致投射光强减弱，且无法保证投射光的均匀性，影响打印树脂固化的效果。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种光源组件及3D打印机，主要通过透光组件和反射组件相互配合，使光线均匀化及准直化的同时，减少光线损失，增加光线利用率，避免投射光不均匀，有助于打印树脂的均匀固化。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：

一方面，本实用新型提供了一种光源组件，用于3D打印机，包括：

发光组件、透光组件和反射组件；

发光组件和反射组件设置于透光组件的相背两侧；

反射组件与透光组件配合，使发光组件发出的光线经过透光组件的折射和反射组件的反射后投射。

其中，透光组件包括相背的凸面和底面，反射组件包括凹面，发光组件与底面对应设置，凹面与凸面对应设置；

光线通过凸面和底面折射，光线通过凹面反射。

其中，凸面的顶点的切平面与水平面的夹角β大于等于30°，且小于45°；

或者，凸面的顶点的切平面与水平面的夹角β大于45°，且小于90°；

或者，凸面的顶点的切平面与水平面的夹角β等于45°。

其中，凸面的顶点的切平面与水平面的夹角为β，凹面的顶点的切平面与水平面的夹角γ大于等于0.5β-15°，且小于等于0.5β+10°。

其中，凸面的顶点的切平面与水平面的夹角为β，凹面的顶点的切平面与水平面的夹角γ＝0.5β。

其中，发光组件包括光源，光源的中心光线与透光组件的光轴重合；

光源的中心点与凸面的顶点的距离a大于等于5mm，且小于等于100mm；

凸面的顶点与凹面的顶点的距离b大于等于4a，且小于等于30a。

其中，光源为点光源；

或者，光源为面光源，面光源包括多个发光芯片，相邻两个发光芯片之间的间距小于阈值。

其中，光源为面光源，面光源包括多个发光芯片，相邻两个发光芯片之间的间距小于等于3毫米。

其中，凸面和凹面均为球面；

或者，凸面和凹面中至少一个为非球面。

其中，凸面和凹面中至少一个为非球面，非球面满足如下公式：

其中，z为非球面上点(x，y)处的矢高，

c_x为非球面顶点x方向的曲率，R_x为非球面顶点x方向曲率半径，c_y为非球面顶点y方向的曲率，R_y为非球面顶点y方向曲率半径，k_x为x方向的非球面系数，k_y为y方向的非球面系数，A_2n和B_2n均为非球面高次项系数或为非球面修正系数，n为大于1的正整数。

其中，凹面为非球面，非球面的曲率半径R大于等于0.1b，且小于等于40b，非球面的非球面系数k大于等于-50，且小于等于50。

其中，底面为平面；

或者，底面为弧形面；

或者，透光组件包括凹槽，发光组件包括光源和基板，基板设置于凹槽开口处，基板与凹槽围合成腔体，光源设置于基板上，且位于腔体内。

其中，透光组件还包括第一平面，第一平面与凸面的边沿连接且围绕凸面一周，底面包括中心平面、锥面和第二平面，锥面围绕中心平面一周，第二平面围绕锥面一周；

光源发出的光线分别经过中心平面和锥面进入透光组件。

其中，中心平面与第二平面的垂直距离大于第一平面与第二平面的垂直距离。

其中，第一平面上覆盖有挡光层，第一平面用于阻隔光线。

其中，凹面上覆盖有镀膜，镀膜用于光线的反射。

其中，镀膜厚度大于等于100nm，且小于等于150nm。

其中，镀膜包括纯铝镀膜和/或真空镀膜。

其中，凹面的反射率大于等于70％。

其中，光线经过透光组件的折射后,均匀地投射。

其中，光线经过反射组件的反射后,准直地投射。

另一方面，本实用新型还提供一种3D打印机，包括如上述中任一项的光源组件，以及

显示屏，显示屏用于显示特定轮廓的图案；

光源组件设置于显示屏一侧，光源组件发出的光线均匀投射到显示屏，并穿过显示屏以固化打印树脂。

其中，反射组件的凹面的顶点与显示屏相背光源组件一侧的表面的垂直距离c大于等于0.5b，且小于等于2b，其中，b为透光组件的凸面的顶点与反射组件的凹面的顶点的距离。

本实用新型提出的一种光源组件及3D打印机，主要通过透光组件和反射组件相互配合，使光线均匀化及准直化的同时，减少光线损失，增加光线利用率，避免投射光不均匀，有助于打印树脂的均匀固化。现有技术中，由于光束中包括多种角度的光线，为保证准直化后的光线尽可能地与显示屏的垂直，先将光线中的杂光进行过滤，而后对过滤后的光线进行准直化，使得部分光线被拦截无法投射，导致投射光强减弱，且无法保证投射光的均匀性，影响打印树脂固化的效果。与现有技术相比，本申请文件中，发光组件发出的光线通过透光组件进行均匀化后投射到反射组件上，反射组件通过对光线的反射调整光线的角度，使光线传播角度范围变小，实现光线准直化，且通过反射的方式进行准直，不会造成光线损失，保证透射光的光强和均匀性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种光源组件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种光源组件的组成结构的角度及位置的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种反射组件的立体结构示意图；

图4为图3中所示的反射组件的在x方向的侧视图；

图5为图3中所示的反射组件的在y方向的侧视图；

图6为图3中所示的反射组件的在z方向的俯视图；

图7为本实用新型实施例提供的一种发光组件和透光组件的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的另一种发光组件和透光组件的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的又一种发光组件和透光组件的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的光源组件其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。为了便于描述，光源组件发出的光以光线的形式进行描述。

一方面，如图1-2所示，本实用新型实施例提供了一种光源组件，用于3D打印机，包括：

发光组件10、透光组件20和反射组件30；

发光组件10和反射组件30设置于透光组件20的相背两侧；

反射组件30与透光组件20配合，使发光组件10发出的光线经过透光组件20的折射和反射组件30的反射后投射。

一种实施方式中，3D打印机包括底座箱体，底座箱体为空腔结构，底座箱体上设置有显示屏40，光源组件位于底座箱体内，显示屏40相背于光源组件的一侧设置有料槽。打印模型的切片数据由主控器逐一的传送给显示屏40，显示屏40使特定轮廓的光线通过，光源组件发出的光线投射到显示屏40上，并穿过显示屏40后，以特定轮廓投射到料槽内的打印树脂上，使得打印树脂按照特定轮廓固化。为方便描述，以显示屏40位于底座箱体的顶端，光源组件由下至上进行投射的投光方式为例。此外，显示屏40还可以位于底座箱体的底端，光源组件由上至下进行投射。

发光组件10可以是多种形式，如板上芯片光源COB(ch i p on board)光源、集成式光源、激光光源或汞灯等，发光组件10包括光源11和基板12，光源11可以是点光源，也可以是发光芯片与发光芯片之间间距小于阈值的面光源，如阈值为3毫米，上述间距可以指发光芯片边沿到另一发光芯片边沿的距离。光源11为发光芯片间距小于等于3毫米的集成式光源或COB光源。本实施方式中，以光源11为点光源或发光芯片间距非常小的面光源为例，如发光组件20通过UV灯珠或间距非常小的多个发光芯片发光。发光组件10的光线由发光芯片向外呈锥形光束传播。透光组件20设置于发光组件10光线传播的一侧，光线穿过透光组件20后将发生光线的折射，使得光线的传播角度发生改变，如使光束中的光线更均匀。光线由透光组件20折射后投射到反射组件30，反射组件30通过反射使得光线角度再次发生改变，进而准直的投射到显示屏40。可以理解为，光源11发出的光束由中心光束向外光线的密度逐渐下降，在投影面形成的光斑将呈现由中心向外光强逐渐降低，为保证树脂成形精度和固化的均匀性，通过透光组件20对光线的折射，调整光线的传播角度，如使靠近光束边缘的光线聚拢，进而调节光线的密度，使光线穿过透光组件20后呈均匀的束状传播。反射组件30用于光线准直，使光束中光线传播角度范围变小，使得光线以近乎于相同的方向传播，进而保证投射光的准直程度。值得说明的是，本实施方式中，由于折射光为均匀的光线，且反射组件30具有准直光线的作用，折射光经过反射组件30反射后直接投射到显示屏40上，即可保证投射光的均匀性和准直度，无需在反射组件30和显示屏40之间增加如准直透镜或者滤光元件进行光线的再次处理，反射组件30通过反射的方式进行光线的准直化，相比采用准直透镜或者滤光元件的方式，可以达到减少光线的损失，保证光线的合理利用，保证透射光的光强和均匀程度的效果。

可以针对不同的光源形式和投射精度需求调整透光组件20和反射组件30，旨在使透光组件20和反射组件30相互配合，达到将光线调整为均匀的、趋近于同一方向传播的光束即可。如一种实施方式中，透光组件20为透镜，点光源位于透镜的中心光轴上，光束的中心光线沿着光轴进行传播，即中心光线经过透光组件20后方向不变，而光束中的其他光线经过透光组件20后将发生折射，对光线的传播路径进行调整，使得折射光线均匀。以下为方便描述，将反射组件30的几何中心点作为中心光线在反射组件30上的反射点，将经过透光组件20的光线称为折射光，将经过反射组件30反射的光线成为反射光，反射光投射到显示屏上，反射光也成为投射光。在一种实施方式中，光束经过透光组件20后仍呈光束状传播，可以调整反射组件30上针对光束中不同位置光线对应的反射点的反射角度，达到针对性的调整反射光线的角度，如使大角度光线的反射光线与中心光线的反射光线的夹角变小，进而实现光线的准直化。在另一种实施方式中，可以将反射组件30设置为由几何中心点向外各点反射角度逐渐变化，如反射组件30的反射面为弧形凹面31，弧形凹面31对透射光起到汇聚作用，使得束状的透射光变为准直光。

在一些实施方式中，透光组件20主要的作用在于对光进行折射，在设计时，尽可能降低透光组件20对光的反射作用。

采用如辐射照度仪等测量仪器检测显示屏(40)或者目标面上投影区域的辐射照度，或者，检测显示屏(40)或者目标面上多点的光密度或者光强，以判断光线是否均匀。一些实施方式中，发光组件10发出的光线经过透光组件20的折射后,在显示屏(40)的投影区域内检测到的辐射照度相同或仅有微小差值，可知发光组件10发出的光线经过透光组件20的折射后形成均匀的光线。采用移动显示屏(40)或者目标面与反射组件3的相对位置，检测投影面积是否变化即可检测到光线是否准直，一些实施方式中，发光组件10发出的光线经过透光组件20的折射后投射到反射组件30,反射组件30对投射到反射面光线进行反射后,投射到显示屏(40).移动显示屏(40)，投影轮廓及面积稳定或发生微小变化，可知光线经过反射组件30的反射后形成准直的光线，准直的投射到显示屏(40)。

上述辐射照度的微小差值以及投影轮廓及面积的微小变化可能是由于透镜加工误差或外界环境引起的，可以理解的是，本申请中投射到显示屏40的光线大部分为均匀且竖直光线，且极大的增加了光线的利用率，不会出现大范围的光线损失。

本实用新型实施例提出的一种光源组件及3D打印机，主要通过透光组件和反射组件相互配合，使光线均匀化及准直化的同时，减少光线损失，增加光线利用率，避免投射光不均匀，有助于打印树脂的均匀固化。现有技术中，由于光束中包括多种角度的光线，为保证准直化后的光线尽可能地与显示屏的准直，过滤件如一些遮光板等将光线中的杂光进行过滤，导致投射光强减弱，且无法保证投射光的均匀性，影响打印树脂固化的效果。与现有技术相比，本申请文件中，发光组件发出的光线通过透光组件进行均匀化后投射到反射组件上，反射组件通过对光线的反射调整光线的角度，使光线传播角度范围变小，实现光线准直化，且通过反射的方式进行准直，不会造成光线损失，保证透射光的光强和均匀性。

本申请中，透光组件20和反射组件30可以有多种形式，可以通过实验获取最佳组合，如改变反射组件30的反射面的结构以及调整反射组件30的设置方向均会产生不同的反射效果，即产生不同的准直效果。本申请针对本实施方式中的点光源的具体形式和设置位置提供几种具体的透光组件20和反射组件30结构和具体参数。

透光组件20包括相背的凸面21和底面22，反射组件30包括凹面31，发光组件10与底面22对应设置，凹面31与凸面21对应设置。光线通过凸面21和底面22折射，光线通过凹面31反射。

一种实施方式中，如图3-6所示，反射组件30为近似的板状结构，一面为平面，另一面为凹面31，凹面31为反射组件30的反射面，凹面31可以为球面，也可以为非球面，反射组件30倾斜设置，凹面31朝向显示屏40和透光组件20一侧。以透光组件20为平凸透镜即其底面22为平面为例，平凸透镜位于反射组件30的斜上方，平凸透镜倾斜设置，平凸透镜的凸面21与反射组件30的凹面31对应，发光组件10与平凸透镜的平面对应，发光组件10的发光点对应平凸透镜的光轴，光线经过平凸透镜的折射后形成发散角度较小的均匀的光束，继而通过反射组件30的反射，对光束进行汇聚，形成准直光。

一种实施方式中，如图2所示，凸面21的顶点的切平面与水平面的夹角β大于等于30°，且小于45°，例如30°、33°、40°、44°等；或者，凸面21的顶点的切平面与水平面的夹角β大于45°，且小于90°，例如48°、55°、60°、75°、84°、89°等；或者，凸面21的顶点的切平面与水平面的夹角β等于45°。

凸面21的顶点可以理解为凸面21几何中心点，凹面31的顶点可以理解为凹面31的几何中心点，即反射组件30的反射面的中心。以透光组件20为平凸透镜为例，凸面21的顶点即为平凸透镜的光轴与凸面21的交点。一种实施例中，夹角β大于等于30°，且小于45°，保证经过透光组件20的光线尽量向斜下方传播，避免发光组件10和透光组件20的光线对显示屏40的干扰。另一种实施方式中，夹角β大于45°，且小于等于90°，实现发光组件10和透光组件20可以位于反射组件30和显示屏40之间的光线之外，避免发光组件10和透光组件20对反射光线的影响，且发光组件10和透光组件20得以尽量贴近3D打印机的底部，避免发光组件10和透光组件20产生的大量热量影响显示屏的干扰。

一种实施方式中，凹面31的顶点的切平面与水平面的夹角γ大于等于0.5β-15°，且小于等于0.5β+10°，例如0.5β-15°、5β-10°、0.5β-5°、0.5β、0.5β+5°、0.5β+10°等。保证凸面21的顶点的切平面与凹面31的顶点的切平面夹角在一定范围之内，避免夹角过大导致配合难度大，增加凹面31或凸面21的加工难度，如凹面31或凸面21均为非球面时，夹角过大将导致曲面结构复杂。以上夹角β和夹角γ范围同时也保证了透光组件20和反射组件30更好的配合，到达最佳的准直效果。

在其他实施例中，夹角β还可以为45°，凹面31的顶点的切平面与水平面的夹角γ＝0.5β。

显示屏40水平设置，凸面21的顶点的切平面与水平面的夹角β为45°，凹面31的顶点的切平面与水平面的夹角γ为22.5°，光束的中心光线经过平凸透镜后传播方向不变，即中心光线以与水平面呈45°传播，中心光线在反射组件30上的入射点为凹面31的顶点，即中心光线的入射角度为22.5°，即中心光线经过反射后，角度将发生45°偏转，中心光线变为竖直光线投射到显示屏40。凹面31上由顶点向外各点的切平面与水平面的夹角逐渐变化，在结构上体现为由顶点向外逐渐向上弯曲形成弧面，如光束中位于中心光线与边缘光线之间的中间光线在由点光源射出时与水平面的夹角为30°，经过透光组件20的折射后，折射光与水平面的夹角为40°，光线在反射组件30上的反射点有别于顶点，反射点的切平面与水平面的夹角为25°，中间光线的入射角度为25°，即中间光线经过反射后角度将发生50°偏转，中间光线由与水平面的夹角为40°变为竖直光线投射到显示屏40。

可以理解的是，凹面31上各点的切平面与水平面的夹角并不需要一一设置，如凹面31时非球面时，可以通过调整非球面参数，如非球面的曲率半径R或非球面系数，使凹面31对光线的准直化达到绝大部分光线均准直或以较小的角度偏差投射到显示屏40即可。

一种实施例中，如图2所示，发光组件10包括光源11，光源11可以为点光源或上述的面光源，光源11的中心光线与透光组件20的光轴重合，光源11的中心点与凸面21的顶点的距离a大于等于5mm，且小于等于100mm，例如5mm、15mm、30mm、50mm、80mm、100mm等。凸面21的顶点与凹面31的顶点的距离b大于等于4a，且小于等于30a，例如4a、6a、15a、20a、30a等。

当光源11为点光源时，上述光源11的中心光线为点光源发出的光束的中心光线，上述光源11的中心点即为点光源；当光源11为面光源时，上述光源11的中心光线为面光源整体发出光束的中心光线，或者可以理解为面光源上中心点发出的光束的中心光线，上述光源11的中心点为面光源上中心发光点。一些实施方式中，由于光源11具有厚度，光源11的中心点可以指的是光源11的顶端的中心点，即光源11靠近透光组件20端面的中心点，如面光源的中心发光点靠近透光组件20的顶点作为光源11的中心点。以透光组件20为平凸透镜，光源11为UV灯珠为例，UV灯珠的中心与平凸透镜的光心相对设置，距离a为平凸透镜的中心厚与UV灯珠靠近透光组件20的顶面的中心点到平凸透镜平面的中心点的距离之和，距离a大于等于5mm，保证UV灯珠与平凸透镜平面之间有足够的距离，使得UV灯珠靠近平凸透镜焦点，且保证平凸透镜有足够的厚度，从而保证光线有效折射；距离a小于等于100mm，避免光线在平凸透镜内传播距离过长导致光强减弱。距离b大于等于4a，避免反射光与光源组件10光线的相互干扰，距离b小于等于30a，避免光线传播距离过长导致光强减弱，且减少光源组件占用空间。

一些实施方式中，凸面21和凹面31均可以为球面，或者凸面21和凹面31中至少一个为非球面。非球面指各处曲率不一致的弧面，非球面顶点到边缘的曲率连续发生变化，非球面的面型可用含有非球面系数的高次多项式来表示，非球面具体可为旋转对称结构。一些实施方式中，非球面的面型用如下多项式表示：

其中，z为非球面上点(x，y)处的矢高，

c_x为非球面顶点x方向的曲率，R_x为非球面顶点x方向曲率半径，c_y为非球面顶点y方向的曲率，R_y为非球面顶点y方向曲率半径，k_x为x方向的非球面系数，k_y为y方向的非球面系数，A_2n和B_2n均为非球面高次项系数或为非球面修正系数，A2n、B2n的绝对值范围在0≤A2n＜1、0≤B2n＜1，n为大于1的正整数，如n＝2，3，4……，具体参数视对应场景调整其准确数值，在此不再详述。

可通过调整上述非球面顶点x方向曲率半径R_x、非球面顶点y方向曲率半径R_y、x方向的非球面系数k_x和y方向的非球面系数k_y调整非球面面型，进而达到调整光线均匀化和准直化效果的作用。

其中，曲率半径用于描述曲面的弯曲程度，可以近似的理解为，曲率半径越大，曲面的弯曲程度越小，非球面顶点的曲率半径是决定非球面光学系统成像主要参数，影响非球面的基本性质，如非球面的焦距，通过调整非球面顶点的曲率半径可以使非球面达到最佳的光学效果。一种实施方式中，凹面31为非球面，非球面顶点的曲率半径R_x和曲率半径R_y均满足大于等于0.1b，小于等于40b(例如0.1b、5b、10b、30b、40b等)，使得凹面31的焦点与顶点距离适中，保证由透光组件20射出的折射光线的顶点靠近凹面31的焦点或与凹面31的焦点重合，保证凹面31对折射光线的有效准直。其中，折射光线的顶点为折射光线向光线传播方向的反向做延长线，全部折射光线的延长线的焦点即为折射光线的顶点，可以理解的是，折射光线的顶点为虚拟的点，并非实际的发光点。

其中，非球面系数也可称为圆锥常数或二次曲线系数，一些实施方式中，非球面系数k＝-e²，e是离心率，当k_x＝k_y＝0时，弧面为球面，k_x和k_y由0逐渐减小时，曲面的面型将逐渐向平面靠近，成为近似扁平的椭球面，k_x和k_y由0逐渐增大时，弧面边缘逐渐向内卷曲。可以近似理解为，非球面系数影响曲面的弯曲程度，k_x和k_y由0逐渐减小时，近似为曲率半径逐渐增加，k_x和k_y由0逐渐增大时，近似为曲率半径逐渐减小。本实施例中，x方向的非球面系数k_x和y方向的非球面系数k_y均满足大于等于-50，使得凹面具有足够的聚拢光束的作用，可以有效地对光束进行准直化，x方向的非球面系数k_x和y方向的非球面系数k_y均满足小于等于50，使得反射组件30的口径不会过小，反射面的延展范围足够，保证任一点光源对应的反射光有足够的投影面积，且x方向的非球面系数k_x和y方向的非球面系数k_y均满足大于等于-50，小于等于50(例如-50、-20、0、20、40、50等)，也使得反射组件30和透光组件20的大小适中，方便加工，保证光源组件可方便的设置在底座箱体内，不会占用过多空间。

透光组件20的结构可以是多种，透光组件20与发光组件10的位置也可以根据透光组件20的结构不同有多种设置方式，本实施例中例举三种具体结构，透光组件20并不局限于以下结构：

其一，如图7所示，底面22为平面，即透光组件20包括相背的平面和弧形面，透光组件20具体可以为平凸透镜。发光组件10的发光点可以与透光组件20底面22的中心对应，即对应平凸透镜的光心。

其二，如图8所示，底面22为弧形面。底面22可以为球面，也可以为非球面，可通过调整底面22的面型与凸面21配合，实现透光组件20对光线折射效果的灵活调整，可利用现有的平凸透镜进行进一步加工获得，缩减生产成本。底面22可以是向凸面21一侧凹陷的弧形面，即透光组件20为凹凸透镜，或者，底面22可以是向相背于凸面21凸起的弧形面，即透光组件20为双凸透镜。

其三，如图9所示，透光组件20包括凹槽23，发光组件10包括光源11和基板12，基板12设置于凹槽23开口处，基板12与凹槽23围合成腔体，光源11设置于基板12上，且位于腔体内。

由于光源11的位置离显示屏40较近，且光强最强，将光源11设置在腔体内，使得光源11的光线不会影响显示屏40，且光源11的光束也不容易受到外界环境的影响。

一种实施方式中，如图9所示，透光组件20还包括第一平面24，第一平面24与凸面21的边沿连接且围绕凸面21一周，底面22包括中心平面231、锥面232和第二平面25，锥面232围绕中心平面231一周，第二平面25围绕锥面232一周，在一些实施方式当中，中心平面231相较锥面232更靠近凸面21。光源11发出的光线分别经过中心平面231和锥面232射入透光组件20。

以图9中凹槽23的开口竖直朝下的方向为例，凸面21与凹槽23之间的透光组件20为固体透明区域，在透镜区域的外周设置一圈环形凸台，环形凸台的顶面为上述第一平面24，凹槽23开口外周的第二平面25为环形凸台的底面，环形凸台用于连接固定装置以固定透光组件20，以及用于连接基板12。第一平面24除具有连接作用外，还具有过滤杂光的作用，如第一平面24上覆盖有挡光层，第一平面24还用于阻隔部分大角度的光线。当光源11的光束较为发散，其中包括大角度的杂光时，杂光将在射入透光组件20后引导到第一平面24上，通过在第一平面24上设置挡光层，如塑胶片或者金属片等，用于遮挡杂光，避免杂光影响光束的均匀性和准直性，且由于第一平面24低于凹槽23的槽底，槽底即上述的中心平面231，使得大部分光线仍能穿过透光组件20成为折射光，不会导致光强减弱。锥面232相较于中心光线倾斜设置，对于经过锥面232进入透光组件20的光线具有更强的光线汇聚效果，使得光束中靠近边缘的光线得到密集化处理，使得光线均匀，在应用到光固化打印机中时，可以优化显示屏边缘光的强度和均匀度。

一种实施方式中，中心平面231与第二平面25的垂直距离大于第一平面24与第二平面25的垂直距离，以图9的方向为例，中心平面231高于第一平面24，减少凸台对折射光线的遮挡，使得透光组件20有更大的用于光线调整的区域，使得有大量光线可以穿过锥面232与凸面21之间的区域而投射到显示屏40，保证透镜对光线的均匀化调整，且可以保证光线强度。

透光组件20优选平凹透镜，平凹透镜加工工艺简单，成本低，平凹透镜具体可采用PMMA、PC等塑料材料加工而成，或者采用高硼硅玻璃、石英玻璃、H-K9、H-K51等玻璃材料加工而成。

反射组件30可以采用铝合金、不锈钢等金属材料加工而成，反射组件30还可以采用PMMA、PC等塑料材料加工而成，或者，反射组件30还可以采用高硼硅玻璃、石英玻璃、H-K9、H-K51等玻璃材料加工而成。可以利用金属材料自身具备反射功能加工反射面，或者，在反射面上覆盖镀膜，镀膜包括镀铝、银等金属镀膜或其他合金材料镀膜，如纯铝镀膜和/或真空镀膜，镀膜可以增强反射率，如反射率大于等于70％，保证投射光的光强，如本实施方式中，反射率为90％，实现减少光线损失，保证光强。

一些实施方式中，镀膜厚度大于等于100nm，保证镀膜的反射性能，且不易脱落，镀膜厚度小于等于150nm，避免镀膜受热时厚度的变化幅度，保证光线由透光组件20到反射组件30的凹面之间，以及反射组件30的凹面到显示屏40之间的光路距离稳定，避免镀膜受热膨胀导致投射光线受到影响，一种实施方式中，镀膜厚度为120nm。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种3D打印机，包括如上述中任一项的光源组件，以及

显示屏40，显示屏40用于显示特定轮廓的图案；

光源组件设置于显示屏40一侧，光源组件发出的光线均匀投射到显示屏40，并穿过显示屏40以固化打印树脂。

3D打印机还包括底座箱体、升降组件、打印平台和料槽，料槽用于盛放打印树脂并放置于显示屏40上，光源组件位于底座箱体内，升降组件连接底座箱体和打印平台。显示屏40连接3D打印机的主控器，主控器将打印数据解析并分割为一张一张的图案，每一张图案可以对应到打印模型每一层的形状，主控器将图案传送给显示屏40，光源组件的投射光投射到显示屏40上，显示屏40根据图案使特定轮廓的投射光通过并投射到打印树脂上，使得打印树脂固化形成图案形状相同的一层模型。打印平台带动模型向上或向下移动，使模型脱离料槽，继而重复上述过程，实现逐层打印模型。

光源组件设置位置对透射光的光强及光线质量有直接影响，在本实施方式中，点光源12与凸面21的顶点的距离a大于等于5mm，且小于等于100mm。凸面21的顶点与凹面31的顶点的距离b大于等于4a，且小于等于30a，反射组件30的凹面31的顶点与显示屏相背光源组件一侧的表面的垂直距离c大于等于0.5b，且小于等于2b。上述距离a、距离b和垂直距离c依次相互关联，使得反射组件30的位置受到点光源12与透光组件20相对位置的制约，距离c大于等于0.5b，使得投射光不受到点光源12光线的影响，且为透光组件20设置留有足够的空间，距离c小于等于2b，能保证较高的光强，进而达到最优的投射效果。

可以理解的是，上述列举的距离范围(参数)并不是单独存在的，而是相互制约共同实现光线传播角度的调整，使得折射光呈现较好的均匀度和准直度的。上述光源组件是一个复杂有机的光学系统，实现均匀和准直功能是多个参数相互制约得到的，参数的范围并不是对单一的参数进行试验得到，而是多个参数取值范围交叉测试，如距离a取值5mm时，对凸面21的顶点与凹面31的顶点的距离进行多次测试，得到最佳的距离范围，而后对距离a取值6mm，同样对凸面21的顶点与凹面31的顶点的距离进行多次测试，如此循环最终得到凸面21的顶点与凹面31的顶点的距离对应a取不同值时的多组范围数据，而后总结范围数据的规律，得到具有一定普适性的范围取值，即凸面21的顶点与凹面31的顶点的距离b大于等于4a，且小于等于30a，在该取值范围内，可以达到较好的均匀化和准直化的效果，从而起到指导作用。同样的，如凸面的顶点的切平面与水平面的夹角为β和凹面的顶点的切平面与水平面的夹角γ等角度的取值范围以及相互制约关系均采用多种组合依次实验，最终得到如夹角γ大于等于0.5β-15°，且小于等于0.5β+10°的制约关系。

一方面，本实用新型实施例提供了

1、一种光源组件，用于3D打印机，包括：

发光组件10、透光组件20和反射组件30；

发光组件10和反射组件30设置于透光组件20的相背两侧；

反射组件30与透光组件20配合，使发光组件10发出的光线经过透光组件20的折射和反射组件30的反射后投射。

2、根据1所述的光源组件，透光组件20包括相背的凸面21和底面22，反射组件30包括凹面31，发光组件10与底面22对应设置，凹面31与凸面21对应设置；

光线通过凸面21和底面22折射，光线通过凹面31反射。

3、根据2所述的光源组件，凸面21的顶点的切平面与水平面的夹角β大于等于30°，且小于45°；

或者，凸面21的顶点的切平面与水平面的夹角β大于45°，且小于等于90°；

或者，凸面21的顶点的切平面与水平面的夹角β等于45°。

4、根据2所述的光源组件，凸面21的顶点的切平面与水平面的夹角为β，凹面31的顶点的切平面与水平面的夹角γ大于等于0.5β-15°，且小于等于0.5β+10°。

5、根据2所述的光源组件，凸面21的顶点的切平面与水平面的夹角为β，凹面31的顶点的切平面与水平面的夹角γ＝0.5β。

6、根据2所述的光源组件，发光组件10包括光源11，光源11的中心光线与透光组件20的光轴重合；

光源11的中心点与凸面21的顶点的距离a大于等于5mm，且小于等于100mm；

凸面21的顶点与凹面31的顶点的距离b大于等于4a，且小于等于30a。

7、根据6所述的光源组件，光源11为点光源；

或者，光源11为面光源，面光源包括多个发光芯片，相邻两个发光芯片之间的距离小于阈值。

8、根据6所述的光源组件，光源11为面光源，面光源包括多个发光芯片，相邻两个发光芯片之间的距离小于等于3毫米。

9、根据2所述的光源组件，凸面21和凹面31均为球面；

或者，凸面21和凹面31中至少一个为非球面。

10、根据2所述的光源组件，其特征在于，

凸面和凹面中至少一个为非球面，非球面满足如下公式：

其中，z为非球面上点(x，y)处的矢高，

c_x为非球面顶点x方向的曲率，R_x为非球面顶点x方向曲率半径，c_y为非球面顶点y方向的曲率，R_y为非球面顶点y方向曲率半径，k_x为x方向的非球面系数，k_y为y方向的非球面系数，A_2n和B_2n均为非球面高次项系数或为非球面修正系数，n为大于1的正整数。

11、根据2所述的光源组件，凹面31为非球面，非球面的曲率半径R大于等于0.1b，且小于等于40b，非球面的非球面系数k大于等于-50，且小于等于50。

12、根据2所述的光源组件，底面22为平面；

或者，底面22为弧形面；

或者，透光组件20包括凹槽23，发光组件10包括光源11和基板12，基板12设置于凹槽23开口处，基板12与凹槽23围合成腔体，光源11设置于基板12上，且位于腔体内。

13、根据2所述的光源组件，透光组件20还包括第一平面24，第一平面24与凸面21的边沿连接且围绕凸面21一周，底面22包括中心平面231、锥面232和第二平面25锥面232围绕中心平面231一周，第二平面25围绕锥面232一周；

光源11发出的光线分别经过中心平面231和锥面232进入透光组件20。

14、根据13所述的光源组件，中心平面231与第二平面25的垂直距离大于第一平面24与第二平面25的垂直距离。

15、根据13所述的光源组件，第一平面24上覆盖有挡光层，第一平面24用于阻隔光线。

16、根据2所述的光源组件，凹面31上覆盖有镀膜，镀膜用于光线的反射。

17、根据16所述的光源组件，镀膜厚度大于等于100nm，且小于等于150nm。

18、根据16所述的光源组件，镀膜包括纯铝镀膜和/或真空镀膜。

19、根据16所述的光源组件，凹面31的反射率大于等于70％。

20、根据1所述的光源组件，其特征在于，

光线经过透光组件的折射后,均匀地投射。

21、根据1所述的光源组件，其特征在于，

光线经过反射组件的反射后,准直地投射。

另一方面，本实用新型实施例还提供

22、一种3D打印机，包括如上述中任一项的光源组件，以及

显示屏40，显示屏40用于显示特定轮廓的图案；

光源组件设置于显示屏40一侧，光源组件发出的光线均匀投射到显示屏40，并穿过显示屏40以固化打印树脂。

23、根据22所述的3D打印机，反射组件30的凹面31的顶点与显示屏40相背光源组件一侧的表面的垂直距离c大于等于0.5b，且小于等于2b，其中，b为透光组件20的凸面21的顶点与反射组件30的凹面31的顶点的距离。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种光源组件，用于3D打印机，其特征在于，包括：

发光组件、透光组件和反射组件；

所述发光组件和所述反射组件设置于所述透光组件的相背两侧；

所述反射组件与所述透光组件配合，使所述发光组件发出的光线经过所述透光组件的折射和所述反射组件的反射后投射。

2.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，

所述透光组件包括相背的凸面和底面，所述反射组件包括凹面，所述发光组件与所述底面对应设置，所述凹面与所述凸面对应设置；

所述光线通过所述凸面和所述底面折射，所述光线通过所述凹面反射。

3.根据权利要求2所述的光源组件，其特征在于，

所述凸面的顶点的切平面与水平面的夹角β大于等于30°，且小于45°；

或者，所述凸面的顶点的切平面与水平面的夹角β大于45°，且小于90°；

或者，所述凸面的顶点的切平面与水平面的夹角β等于45°。

4.根据权利要求2所述的光源组件，其特征在于，

所述凸面的顶点的切平面与水平面的夹角为β，所述凹面的顶点的切平面与水平面的夹角γ大于等于0.5β-15°，且小于等于0.5β+10°。

5.根据权利要求2所述的光源组件，其特征在于，

所述凸面的顶点的切平面与水平面的夹角为β，所述凹面的顶点的切平面与水平面的夹角γ＝0.5β。

6.根据权利要求2所述的光源组件，其特征在于，

所述发光组件包括光源，所述光源的中心光线与所述透光组件的光轴重合；

所述光源的中心点与所述凸面的顶点的距离a大于等于5mm，且小于等于100mm；

所述凸面的顶点与所述凹面的顶点的距离b大于等于4a，且小于等于30a。

7.根据权利要求6所述的光源组件，其特征在于，

所述光源为点光源；

或者，所述光源为面光源，所述面光源包括多个发光芯片，相邻两个所述发光芯片之间的间距小于等于阈值。

8.根据权利要求6所述的光源组件，其特征在于，

所述光源为面光源，所述面光源包括多个发光芯片，相邻两个所述发光芯片之间的间距小于等于3毫米。

9.根据权利要求2所述的光源组件，其特征在于，

所述凸面和所述凹面均为球面；

或者，所述凸面和所述凹面中至少一个为非球面。

10.根据权利要求2所述的光源组件，其特征在于，

所述凸面和所述凹面中至少一个为非球面，所述非球面满足如下公式：

其中，z为非球面上点(x，y)处的矢高，

c_x为非球面顶点x方向的曲率，R_x为非球面顶点x方向曲率半径，c_y为非球面顶点y方向的曲率，R_y为非球面顶点y方向曲率半径，k_x为x方向的非球面系数，k_y为y方向的非球面系数，A_2n和B_2n均为非球面高次项系数或为非球面修正系数，n为大于1的正整数。

11.根据权利要求2所述的光源组件，其特征在于，

所述凹面为非球面，所述非球面的曲率半径R大于等于0.1b，且小于等于40b，所述非球面的非球面系数k大于等于-50，且小于等于50，b为所述凸面的顶点与所述凹面的顶点的距离。

12.根据权利要求2所述的光源组件，其特征在于，

所述底面为平面；

或者，所述底面为弧形面；

或者，所述透光组件包括凹槽，所述发光组件包括光源和基板，所述基板设置于所述凹槽开口处，所述基板与所述凹槽围合成腔体，所述光源设置于所述基板上，且位于所述腔体内。

13.根据权利要求2所述的光源组件，其特征在于，

所述透光组件还包括第一平面，所述第一平面与所述凸面的边沿连接且围绕所述凸面一周，所述底面包括中心平面、锥面和第二平面，所述锥面围绕所述中心平面一周，所述第二平面围绕所述锥面一周；

所述光源发出的光线分别经过所述中心平面和所述锥面进入所述透光组件。

14.根据权利要求13所述的光源组件，其特征在于，

所述中心平面与所述第二平面的垂直距离大于所述第一平面与所述第二平面的垂直距离。

15.根据权利要求13所述的光源组件，其特征在于，

所述第一平面上覆盖有挡光层，所述第一平面用于阻隔光线。

16.根据权利要求2所述的光源组件，其特征在于，

所述凹面上覆盖有镀膜，所述镀膜用于所述光线的反射。

17.根据权利要求16所述的光源组件，其特征在于，

所述镀膜厚度大于等于100nm，且小于等于150nm。

18.根据权利要求16所述的光源组件，其特征在于，

所述镀膜包括纯铝镀膜和/或真空镀膜。

19.根据权利要求16所述的光源组件，其特征在于，

所述凹面的反射率大于等于70％。

20.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，

光线经过所述透光组件的折射后,均匀地投射。

21.根据权利要求1所述的光源组件，其特征在于，

光线经过所述反射组件的反射后,准直地投射。

22.一种3D打印机，其特征在于，包括如上述权利要求1-21中任一项所述的光源组件，以及

显示屏，所述显示屏用于显示图案；

所述光源组件设置于所述显示屏一侧，所述光源组件发出的光线均匀投射到所述显示屏，并穿过所述显示屏以固化打印树脂。

23.根据权利要求22所述的3D打印机，其特征在于，

所述反射组件的凹面的顶点与所述显示屏相背所述光源组件一侧的表面的垂直距离c大于等于0.5b，且小于等于2b，其中，b为所述透光组件的凸面的顶点与所述反射组件的凹面的顶点的距离。

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