WO2022110480A1 - 一种光固化3d打印机 - Google Patents

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刘辉林
唐京科
陈春
敖丹军
张晓明
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    • B29C64/277—Arrangements for irradiation using multiple radiation means, e.g. micromirrors or multiple light-emitting diodes [LED]
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    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the heat sink includes: a heat sink body, the heat sink body has a connecting surface for connecting the integrating light source assembly, a light blocking eaves are arranged above the connecting surface, and the integrating light source assembly The emitted light is perpendicular to the connection surface.
  • connection In the present invention, unless otherwise expressly specified and limited, the terms “installation”, “connection”, “connection”, “fixing” and other terms should be understood in a broad sense, for example, it may be a connection or a detachable connection, It can be a mechanical connection or an electrical connection; it can be a direct connection or an indirect connection through an intermediate medium, and it can be the internal communication between the two elements or the interaction relationship between the two elements.
  • connection a connection or a detachable connection
  • connection can be a mechanical connection or an electrical connection; it can be a direct connection or an indirect connection through an intermediate medium, and it can be the internal communication between the two elements or the interaction relationship between the two elements.
  • the collimating lens 64 is a Fresnel lens.
  • the light curing 3D printer further includes a heat sink 61 , and the integrating light source assembly 62 is connected to the heat sink 61 .
  • the heat sink 61 is used to release the heat generated during the operation of the integrating light source assembly 62 .
  • the heat sink 61 includes: a heat sink body 611, the heat sink body 611 has a connecting surface 6112 for connecting the integral light source assembly 62, and a light blocking eaves is arranged above the connecting surface 6112 6111.
  • the design of the light blocking eaves 6111 above the heat sink body 611 can effectively block the influence of the excess light sources from the side of the light source on the printing process.
  • the light emitted by the integrating light source assembly 62 is perpendicular to the connection surface 6112 .
  • the driving mechanism 31 is a ball screw, which has the advantages of stable operation and high progress.
  • the number of the guide rails 32 is two, which are located on both sides of the ball screw, which further improves the running stability of the Z-axis mechanism 3 .
  • the support arm 2 is made of aluminum or aluminum alloy profiles.

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Abstract

本发明的实施例提供了一种光固化3D打印机，其包括：Z轴机构、固化加工台、LCD显示屏、料槽、成型平台及光源机构；固化加工台连接于所述Z轴机构，LCD显示屏设置于固化加工台上，料槽设于LCD显示屏的顶端，成型平台连接于Z轴机构，且被配置为在固化加工台上方沿Z轴机构上下移动；光源机构设于固化加工台的下方，光源机构包括积分式光源组件、反射镜，积分式光源组件发射的光线经反射镜反射后依次穿透成型平台、LCD显示屏后，将LCD显示屏上显示的图像投影到料槽上，其通过采用积分式光源作为光源机构光源，可以很好的解决不同灯珠间的光强差异，整个曝光区域相对光强均匀没有突变边界，成型精度高，解决光固化成本高，质量差的问题。

Description

一种光固化3D打印机 技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种光固化3D打印机。
背景技术
随着黑白LCD屏幕的出现，透光率的增加其使用寿命的不断延长，在光固化领域LCD在分辨率、打印精度、成型面积以及价格上都明显的优势，但是随着LCD成型面积的增加其对紫外光源的功率、均匀度、准直度提出了更高的要求。目前大多数厂家采用分布式区域曝光拼接技术，就是由许多紫外灯珠整列均匀排布，其缺点：灯珠之间拼接区域光强极不均匀；任何灯珠损坏都会造成一片区域完全无法正常使用；灯珠与灯珠的差异造成不同区域之间的光学差异明显有突变边界。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光固化3D打印机，以解决现有光源不均匀导致LCD光固化质量差的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的实施例提供了一种光固化3D打印机，其包括：Z轴机构、固化加工台、LCD显示屏、料槽、成型平台及光源机构；所述固化加工台连接于所述Z轴机构，所述LCD显示屏设置于所述固化加工台上，所述料槽设于所述LCD显示屏的顶端，所述成型平台连接于所述Z轴机构，且被配置为在固化加工台上方沿所述Z轴机构上下移动；
所述光源机构设于所述固化加工台的下方，所述光源机构包括积分式光源组件、反射镜，所述积分式光源组件发射的光线经所述反射镜反射依次穿透所述成型平台、LCD显示屏后，将所述LCD显示屏上显示的图像投影到料槽上。
其中，还包括一底座，所述反射镜连接于所述底座，所述积分式光源组件连接于所述固化加工台的下端。
其中，所述LCD显示屏的下方还设有菲涅尔透镜，用于对由所述积分式光源组件发射并经所述反射镜反射的光线进行准直处理。
其中，所述积分式光源组件包括：电路板及连接于所述电路板上的若干矩阵式分布的紫外光灯珠。
其中，还包括一遮光板，所述遮光板上设有若干与所述灯珠对应的通孔，所述遮光板连接于所述电路板上。
其中，所述反射镜的反射面上设有镀膜层。
其中，所述成型平台包括：悬臂、连接座和固化板，所述悬臂连接于所述Z轴机构，所述连接座连接于所述悬臂，所述固化板连接于所述连接座。
其中，所述Z轴机构包括：支撑臂，连接于所述支撑臂上的导轨，滑动连接于所述导轨上的滑块以及连接于所述支撑臂上的驱动机构，所述悬臂连接于所述滑块和所述驱动机构的升降端。
其中，所述光源机构还包括散热片，所述积分式光源组件连接于所述散热片上。
其中，所述散热片包括：散热片本体，所述散热片本体具有一用于连接所述积分式光源组件的连接面，所述连接面的上方设有一挡光檐，所述积分式光源组件发射的光线垂直于所述连接面。
与现有技术相比，本实施例的光固化3D打印机，其通过采用积分式光源作为光源机构光源，可以很好的解决不同灯珠间的光强差异，整个曝光区域相对光强均匀没有突变边界。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的光固化3D打印机的整体结构示意图。
图2为本发明的光固化3D打印机的侧面结构示意图。
图3为本发明的光固化3D打印机的悬臂部分结构示意图。
图4为本发明的光固化3D打印机的连接座部分结构示意图。
图5为本发明的光固化3D打印机的固化板部分结构示意图。
图6为本发明的光固化3D打印机的料盒部分结构示意图。
图7为本发明的光固化3D打印机的光源机构部分原理图。
图8为本发明的光固化3D打印机的积分式光源组件部分结构示意图。
图9为本发明的光固化3D打印机的积分式光源与散热片部分分解示意图。
图10为本发明的光固化3D打印机散热片本体部分侧面结构示意图。
图11为本发明的光固化3D打印机的遮光板部分结构示意图。
图12为本发明的光固化3D打印机的工作原理图。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平 高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
请参阅图1至图12，本实施例提供了一种光固化3D打印机，其包括：料槽7、LCD显示屏8、固化加工台5、光源机构6、成型平台4及Z轴机构3；所述固化加工台5连接于所述Z轴机构3，所述LCD显示屏8设置于所述固化加工台5，所述料槽7设于所述LCD显示屏8的顶端，所述成型平台4连接于所述Z轴机构3，且被配置为在固化加工台5上方沿所述Z轴机构3上下移动。
请再次参阅图7至图12，所述光源机构6其包括：积分式光源组件62、反射镜63和准直透镜64，所述积分式光源组件62发射的光经所述反射镜63反射至所述准直透镜64上，所述准直透镜64用于对反射而来的光进行准直处理，准直后的光应用于LCD光固化。所述光源机构6设于叔叔固化加工台5的下方，所述积分式光源组件62发射的光线经所述反射镜反射后依次穿透所述成型平台5、LCD显示屏8，将所述LCD显示屏8上显示的图像投影到料槽7。
进一步的，该光固化3D打印机还包括底座1，所述反射镜63连接于所述底座1，所述积分式光源组件62连接于所述固化加工台 5的下端。
请再次参阅图8，所述积分式光源组件62包括：电路板621及矩阵式分布连接于所述电路板621上的灯珠622。本实施例中，所述灯珠622为紫外光灯珠。所述矩阵式分布的灯珠阵列单颗采用小角度多芯阵列封装，保证单颗灯珠成型面积照度均匀，再采用多颗灯珠阵列保证成型面积光源强度。其中，所述电路板621上还设有若干第一连接孔6211。
为了提高反射效果，所述反射镜63的反射面上设有镀膜层。
本实施例中，所述准直透镜64为菲涅尔透镜。
请再次参阅图9和图10，该光固化3D打印机还包括散热片61，所述积分式光源组件62连接于所述散热片61上。散热片61用于对积分式光源组件62工作中产生的热量进行释放。
具体的，所述散热片61包括：散热片本体611，所述散热片本体611具有一用于连接所述积分式光源组件62的连接面6112，所述连接面6112的上方设有一挡光檐6111。散热片本体611上方挡光檐6111设计，可以有效阻挡光源侧向多余光源对打印过程中的影响。积分式光源组件62发射的光线垂直于所述连接面6112。
其中，所述散热片本体611上还设有风冷或水冷通道6113。所述散热片采用水冷或者强制风冷降低灯珠阵列热量保证灯珠阵列寿命。
请再次参阅图11，该实施例的光固化3D打印机还包括一遮光板65，所述遮光板65上设有若干与所述灯珠622对应的通孔651，所述遮光板65连接于所述电路板621上。所述遮光板65保证每颗灯珠622发出光线在角度一致性，遮光板65屏蔽了灯珠622之间的互相影响的一些多余光线，解决了灯珠相互干扰问题。
其中，所述遮光板65上还设有与所述第一连接孔6211对应的第二连接孔652，通过穿设于所述第一连接孔6211和第二连接孔652 的螺钉将所述遮光板65连接于所述电路板621上。
请再次参阅图1和图2，所述反射镜63连接于所述底座1，该反射镜63的连接角度以可将积分式光源组件62发射的出紫外光最大量反射至菲尼尔透镜，所述积分式光源组件62连接于所述固化加工台5，所述准直透镜64连接于所述固化加工台5的下台面。具体的，该固化加工台5上还设有一用于放置LCD的开槽51，所述准直透镜64位于所述开槽51的下方。而料槽7位于LCD的上表面。
其中，所述成型平台4包括：悬臂41、连接座42和固化板43，所述悬臂41连接于所述Z轴机构3，所述连接座42连接于所述悬臂41，所述固化板43连接于所述连接座42。
具体的，请再次参阅图3至图5，所述悬臂41包括后侧板411，由所述后侧板411上垂直延伸而出的一对左侧板412和右侧板413，以及连接于左侧板412和右侧板413之间的前侧板414，其中，前侧板414的上边缘与左侧板412和右侧板413的前端上边缘共同形成一连接台415。所述连接座42包括顶板422、底板423以及连接于所述顶板422和底板423之间的竖板421。所述顶板422连接于所述连接台415处，且连接座42与悬臂41之间通过螺杆44连接，通过调节螺杆44，可以改变连接座42相对于悬臂41的水平相对位置。
所述固化板43包括：板体部431，连接于所述板体部431上板面上的左板部432和右板部433，左板部432和右板部433上均各设有两腰型孔4321，所述左板部432和右板部433连接于所述连接座42的底部423上，二者螺钉连接，通过腰型孔4321与螺钉的配合实现板体部431的水平调节。固化LCD时，该板体部431受控于Z轴机构3下降并深入料盒内的光敏树脂。
如图1所示，所述Z轴机构3包括：连接于所述支撑臂2上的导轨32，滑动连接于所述导轨32上的滑块33以及连接于所述支撑 臂2上的驱动机构31，所述悬臂41连接于所述滑块33和所述驱动机构31的升降端。
在本实施例中，所述驱动机构31为滚珠丝杆，其具有运行稳定，进度高的优点。所述导轨32的数量为二，分别位于滚珠丝杆的两侧，进一步提高了Z轴机构3运行的稳定性。
其中，为了节约加工成本，所述支撑臂2采用铝或铝合金型材。
与现有技术相比，本实施例的光固化3D打印机，其通过采用积分式光源，可以很好的解决不同灯珠间的光强差异；每个灯珠都能光学覆盖整个曝光区域，个别灯珠损坏不影响整机工作，整个曝光区域相对光强均匀没有突变边界，同时采用滚珠丝杆带动成型平台升降，其运行稳定，控制精度，解决了LCD屏幕的光固化成本高，质量差的问题。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

  1. 一种光固化3D打印机，其特征在于，包括：Z轴机构、固化加工台、LCD显示屏、料槽、成型平台及光源机构；所述固化加工台连接于所述Z轴机构，所述LCD显示屏设置于所述固化加工台上，所述料槽设于所述LCD显示屏的顶端，所述成型平台连接于所述Z轴机构，且被配置为在所述固化加工台上方沿所述Z轴机构上下移动；
    所述光源机构设于所述固化加工台的下方，所述光源机构包括积分式光源组件、反射镜，所述积分式光源组件发射的光线经所述反射镜反射依次穿透所述成型平台、LCD显示屏后，将所述LCD显示屏上显示的图像投影到料槽上。
  2. 根据权利要求1所述的光固化3D打印机，其特征在于，还包括一底座，所述反射镜连接于所述底座，所述积分式光源组件连接于所述固化加工台的下端。
  3. 如权利要求1所述的光固化3D打印机，其特征在于，所述LCD显示屏的下方还设有菲涅尔透镜，用于对由所述积分式光源组件发射并经所述反射镜反射的光线进行准直处理。
  4. 根据权利要求3所述的光固化3D打印机，其特征在于，所述积分式光源组件包括：电路板及连接于所述电路板上的若干矩阵式分布的紫外光灯珠。
  5. 根据权利要求4所述的光固化3D打印机，其特征在于，还包括一遮光板，所述遮光板上设有若干与所述紫外光灯珠对应的通孔，所述遮光板连接于所述电路板上。
  6. 根据权利要求1所述的光固化3D打印机，其特征在于，所述反射镜的反射面上设有镀膜层。
  7. 根据权利要求1所述的光固化3D打印机，其特征在于，所述成型平台包括：悬臂、连接座和固化板，所述悬臂连接于 所述Z轴机构，所述连接座连接于所述悬臂，所述固化板连接于所述连接座。
  8. 根据权利要求7所述的光固化3D打印机，其特征在于，所述Z轴机构包括：支撑臂，连接于所述支撑臂上的导轨，滑动连接于所述导轨上的滑块以及连接于所述支撑臂上的驱动机构，所述悬臂连接于所述滑块和所述驱动机构的升降端。
  9. 根据权利要求1所述的光固化3D打印机，其特征在于，所述光源机构还包括散热片，所述积分式光源组件连接于所述散热片上。
  10. 根据权利要求9所述的光固化3D打印机，其特征在于，所述散热片包括：散热片本体，所述散热片本体具有一用于连接所述积分式光源组件的连接面，所述连接面的上方设有一挡光檐，所述积分式光源组件发射的光线垂直于所述连接面。
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