一种3D打印光学反射镜的制作方法

本发明涉及光机设计技术领域，具体是一种基于3D打印工艺成型的反射镜。

背景技术

航空、量测等工程行业上需要使用的反射镜要求重量轻、刚度高、强度高。一般选用的材质为钛合金(Ti6Al4V)或铝合金材料(6061)或陶瓷材料(SiC)。

由于陶瓷材质不易加工，工程上更倾向使用金属镜。金属镜在便于加工的基础上，具有刚度高、强度高的优势。但金属镜面内凹有一定曲率，需要在背部设置加强筋，客观上增加了整体的重量。因此，传统上还会通过钻孔或者铣削等方式进一步减重加工。一般该金属镜由边缘的多个接口或者区域接口固定，典型的钻孔方式减重采用从空余的侧边进行钻孔实现减重。典型的铣削减重金属镜，在金属镜面背部加强筋接口附近入手，开设解耦槽和铣削孔，在防止接口的扰动造成镜面面型变化的同时实现减重。可见传统钻孔或者铣削方式在金属镜上的应用遭受了结构上的多重限制，使得传统工艺针对镜面的进一步减重能力非常有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，解决反射镜在保证刚度和强度的前提下难以轻量化的问题。

为达到上述发明目的，提供一种3D打印光学反射镜，反射镜本体正面为反射区域，反射镜本体背面绕反射镜轴心设固定接环并环形阵列设置主加强筋；所述主加强筋的头端固定至所述固定接环，所述主加强筋沿反射镜本体的径向延伸并将尾端固定至反射镜本体背面；反射镜本体背面铺设填充网状筋。

所述固定接环用于将反射镜本体转接装配至配套器械。各主加强筋配合形成的整体造型呈从反射镜轴心向外辐射状。网状筋的网状是指其实体部与反射镜本体背面、固定接环、主加强筋固定，并让空隙将反射镜本体背面暴露出来。

优选的，所述固定接环上环绕反射镜轴心呈三倍数等分均布有接口。

所述接口可以是螺纹接口、卡接口、焊接点位等形式。

优选的，单个所述主加强筋与反射镜本体之间的投影范围内还设有至少一根副加强筋，所述副加强筋头端固定至所述固定接环或所述主加强筋，各所述副加强筋尾端均布固定至所述固定接环与所述主加强筋尾端之间的反射镜本体背面。

本处所指的副加强筋设置形式，使得副加强筋分别与主加强筋、反射镜本体留出间隙。当副加强筋为多根时，各副加强筋的尾端设置分别将固定接环与主加强筋尾端之间的长度等分。

优选的，所述副加强筋的头端与其对应主加强筋均固定至所述固定接环上的同一位置。

通过将同主加强筋下的副加强筋的头端固定在固定接环同一点，使得受力均能传导至固定接环少数位置，便于对相关位置的材料进行针对性的打印和加强。

优选的，所述固定接环的外径为小于反射镜本体三分之一，所述主加强筋朝向反射镜本体边缘延伸，并将末端固定于反射镜本体的半径三分之二至边缘之间；或者所述固定接环固定于反射镜本体背面半径的三分之二至边缘之间，所述主加强筋朝向反射镜本体背面中央延伸，并将末端固定于反射镜本体的半径小于三分之一处。

本处所指的主加强筋所位于的半径三分之一、三分之二描述包括本数。

优选的，单个所述主加强筋与反射镜本体之间的投影范围内还设有一根副加强筋，所述副加强筋头端固定至所述固定接环或所述主加强筋，所述副加强筋尾端固定至所述固定接环与所述主加强筋尾端之间的反射镜本体背面；所述副加强筋尾端固定于反射镜本体的半径三分之一至三分之二任一处。

本处所指的副加强筋所位于的半径三分之一至三分之二描述不包括端点本数。

优选的，所述固定接环一侧排布所述主加强筋，另一侧设垂向筋板。

本处所指的固定接环一侧和另一侧，分别是指内、外侧之中的任一。所述垂向筋板两边分别与固定接环、反射镜本体背面固定。

优选的，所述网状筋呈四面体密排或菱形晶格状。

当采用四面体密排状的网状筋时，网状筋可以填充满反射镜本体背面的间隙；当采用菱形晶格状的网状筋时，网状筋可以直接采用在反射镜本体背面满铺的形式。

优选的，还设有径向加强筋，所述径向加强筋连接固定其余相邻加强结构中部。

本处所指的其余加强结构，可以是指主加强筋、副加强筋、固定接环、垂向筋板等结构。径向加强筋的延伸方向大致与反射镜本体背面平行。

优选的，所述固定接环上缘沿反射镜本体径向向外凸设转接板，所述转接板上设接口。

通过固定接环的环形设置，保证了反射镜在固定时的受力均匀。与其固定的主加强筋，实现了反射镜整体的加强。通过网状筋的设置进一步补强反射镜，在保证了3D打印可行性的同时，相较实心增强结构又实现了减重。

接口通过三倍数等分设置，如三个、六个、九个的形式，使得反射镜连接受力均匀，且在各方向上都能有较合理的弯折受力。

通过均匀地将各个副加强筋尾端固定在反射镜本体背面，实现了受力的均匀传导。

通过对固定接环在反射镜本体背面不同位置及其配套主加强筋的设置，使得加强结构受力排布合理。同时固定接环的不同位置设置，也能适用于不同类型的反射镜。

通过垂向筋板的设置配合主加强筋，防止固定接环在受力时产生向外或向内的扭曲变形。

采用四面体密排的网状筋，将能实现对反射镜本体背面受力的立体充分分散；而采用菱形晶格状的网状筋，将能实现对各类不同反射镜的通用设计、通用打印。

径向加强筋的设置，使得其余加强结构之间实现了立体的整体稳定固定。

由转接板设置接口，能让固定接环保证适当、稳固尺寸的前提下，适配不同的配套机械。

本发明的有益效果是使得反射镜在保证刚度和强度的前提下轻量化显著，最大化3D打印制造的优势。

附图说明

图1为本发明的3D打印光学反射镜第一种实施例示意图；

图2为本发明的3D打印光学反射镜第一种实施例倾斜示意图；

图3为本发明的3D打印光学反射镜第二种实施例未布置网状筋时的示意图；

图4为本发明的3D打印光学反射镜第三种实施例主加强筋造型简图；

图5为本发明的3D打印光学反射镜第二种实施例主加强筋造型示意图；

图6为本发明的3D打印光学反射镜第四种实施例主加强筋及其相关结构造型简图；

图7为本发明的3D打印光学反射镜第五种实施例主强筋造型示意图；

图8为本发明的3D打印光学反射镜第六种实施例示意图；

图9为本发明的3D打印光学反射镜第六种实施例侧面示意图；

其中：

1-固定接环 11-接口 111-转接板

2-主加强筋 21-副加强筋 3-网状筋

4-垂向筋板 5-径向加强筋

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

根据图1至图9所示的一种3D打印光学反射镜，反射镜本体正面为反射区域，反射镜本体背面绕反射镜轴心设固定接环1并环形阵列设置主加强筋2；所述主加强筋2的头端固定至所述固定接环1，所述主加强筋2沿反射镜本体的径向延伸并将尾端固定至反射镜本体背面；反射镜本体背面铺设填充网状筋3。所述固定接环1上缘沿反射镜本体径向向外凸设转接板111，所述转接板上设接口11，所述接口11在所述固定接环1上环绕反射镜轴心呈三倍数等分均布。

如图1至3、8至9所示，所述固定接环1的外径为小于反射镜本体三分之一(该实施例具体设置为三分之一位置)，所述主加强筋2朝向反射镜本体边缘延伸，并将末端固定于反射镜本体的半径三分之二至边缘之间(该实施例具体设置为三分之二位置)。

如图7所示的第五种实施例，所述固定接环1固定于反射镜本体背面半径的三分之二至边缘之间(该实施例具体设置为三分之二位置)，所述主加强筋2朝向反射镜本体背面中央延伸，并将末端固定于反射镜本体的半径小于三分之一处(该实施例具体设置为三分之一位置)。

如图3至图8所示，单个所述主加强筋2与反射镜本体之间的投影范围内还设有至少一根副加强筋21。如图3、图5所示的第二种实施例，所述副加强筋21头端固定至所述主加强筋2，各所述副加强筋21尾端均布固定至所述固定接环1与所述主加强筋2尾端之间的反射镜本体背面。如图4、图6、图7所示的第三、四、五种实施例，所述副加强筋21头端固定至所述固定接环1，各所述副加强筋21尾端均布固定至所述固定接环1与所述主加强筋2尾端之间的反射镜本体背面(该实施例具体设置一根副加强筋21，所述副加强筋尾端一般可固定于反射镜本体的半径三分之一至三分之二任一处，但该实施例中固定于反射镜本体的半径二分之一处)。所述副加强筋21的头端与其对应主加强筋均固定至所述固定接环1上的同一位置。

如图6所示的第四种实施例，所述固定接环1一侧排布所述主加强筋2，另一侧设垂向筋板4。还设有径向加强筋5，所述径向加强筋5连接固定其余相邻加强结构中部。

如图1、2所示第一种实施例，所述网状筋3呈四面体密排状。如图8、9所示第六种实施例，所述网状筋3呈菱形晶格状。

实际加工中，反射镜本体可采用金属或陶瓷3D打印材料成型，如铝合金、钛合金、碳化硅等，反射镜本体至少留有0.5mm肉厚。各实施例成品对比实心铝镜具有极大的轻量化优势，相同强度下重量减轻至少67％，约束模态仍然有提升。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。