一种光固化3D打印机高均匀性小角度光源系统的制作方法

一种光固化3d打印机高均匀性小角度光源系统
技术领域
1.本实用新型涉及3d打印领域，尤其涉及的是一种光固化3d打印机高均匀性小角度光源系统。


背景技术：

2.现有技术中，3d打印机采用紫外光照射光敏树脂，固化成型。光敏树脂在成型过程中，对紫外光的强度比较敏感，所以获得均匀的，高强度的紫外光束是极为重要的。目前市面上，3d打印机大多数采用紫外led直接照射的方式，存在着照明光束发散角度大，光强弱，光能利用率低等问题。
3.因此，现有技术存在缺陷，需要改进。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种光固化3d打印机高均匀性小角度光源系统，以解决上述技术问题。
5.本实用新型的技术方案如下：一种光固化3d打印机高均匀性小角度光源系统，包括光源、自由曲面透镜、菲涅尔透镜以及打印屏幕，所述自由曲面透镜位于光源与菲涅尔透镜之间，所述菲涅尔透镜位于自由曲面透镜与打印屏幕之间，所述光源、自由曲面透镜、菲涅尔透镜以及打印屏幕的中心处于同一光轴上；所述自由曲面透镜靠近光源的一侧为平面，所述自由曲面透镜靠近菲涅尔透镜的一侧为自由曲面。
6.优选的，光源与自由曲面透镜之间的间隔距离为l1，自由曲面透镜与菲涅尔透镜之间的间隔距离为l2，菲涅尔透镜与打印屏幕之间的间隔距离为l3。
7.优选的，l3<(l1 l2)/10。
8.优选的，光源的直径尺寸在1～10mm，光源的发光角度在90～120
°
。
9.优选的，自由曲面透镜还包括锥面，所述锥面位于平面和自由曲面之间。
10.优选的，自由曲面的x方向和y方向具有不同的外形轮廓，自由曲面具有一个峰点。
11.优选的，自由曲面透镜的外形为椭圆或者圆形。
12.优选的，菲涅尔透镜的焦距为f，满足0.8(l1 l2)<f<1.2(l1 l2)，菲涅尔透镜包括平整面和齿面，所述平整面朝向自由曲面透镜，所述齿面朝向打印屏幕。
13.采用上述各个技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
14.1、经过自由曲面透镜后的光束均匀性好，形成了矩形光斑，系统利用率高。矩形光斑经过菲涅尔透镜后，光束的入射角度变小，可以有效地提高打印精度。
15.2、自由曲面透镜可以使用大面积的led发光光源，可以提高系统的能量，形成矩形光斑。
16.3、自由曲面透镜和菲涅尔透镜组合的形式可以通过调整菲涅尔透镜的焦距或工作距离，实现入射光束角度的有效控制。
17.4、采用自由曲面透镜和菲涅尔透镜组合形式不会存在拼接误差，不会存在拼接光
斑的痕迹。
18.5、采用自由曲面透镜和菲涅尔透镜组合形式，菲涅尔透镜可以做大，质量轻，便于实现大尺寸照明光斑。
19.6、照射光斑均匀性优于90％，光源利用率高于70％，光束角度
‑
10～10
°
可以调节，能够提高树脂固化成型的精度，减少固化时间，提高产率。
附图说明
20.图1为本实用新型的结构示意图；
21.图2为本实用新型的自由曲面透镜结构示意图；
22.图3为本实用新型的光路示意图；
23.图4为本实用新型的光斑情况效果示意图；
24.图5为本实用新型的光斑情况曲线示意图。
具体实施方式
25.以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。
26.如图1，本实施例提供了一种光固化3d打印机高均匀性小角度光源系统，包括光源e1、自由曲面透镜e2、菲涅尔透镜e3以及打印屏幕e4，自由曲面透镜e2位于光源e1与菲涅尔透镜e3之间，菲涅尔透镜e3位于自由曲面透镜e2与打印屏幕e4之间。光源e1、自由曲面透镜e2、菲涅尔透镜e3以及打印屏幕e4的中心处于同一光轴上。光源e1发出的光线经过自由曲面透镜e2的投射和菲涅尔透镜e3的焦距，照射至打印屏幕e4上，如图3，为光源e1投射的光路示意图。
27.如图1和图2，自由曲面透镜e2靠近光源e1的一侧为平面s1，自由曲面透镜e2靠近打印屏幕e4的一侧为自由曲面s2。这种结构设计，才能保证出现图3中的光路，使光线满足打印条件。
28.如图1，光源e1与自由曲面透镜e2之间的间隔距离为l1，自由曲面透镜与菲涅尔透镜之间的间隔距离为l2，菲涅尔透镜e3与打印屏幕之间的间隔距离为l3。l1和l2主要限制光源e1到自由曲面透镜e2以及自由曲面透镜e2到菲涅尔透镜e3之间的距离，当5<l2/l1<20，光斑的效果最佳，超出此范围，则光斑效果会变差，自由曲面透镜工艺性变差。同时，l3<(l1 l2)/10。
29.如图1，光源e1的直径尺寸在1～10mm，光源e1的发光角度在90～120
°
。光源e1的直径尺寸大小主要用于控制光源e1能量，当光源e1尺寸越大，则能量越高。
30.如图2，自由曲面透镜e2还包括锥面s3，锥面s3位于平面s1和自由曲面s2之间，锥面s3方便注塑或模压拔模。
31.如图2，自由曲面s2具有一个峰点，非常利于光源e1的穿透，进而形成效果非常好的光斑，工艺性好。
32.如图2，根据实际需要光束发散角度的大小，可以将自由曲面透镜e2设定为不同的形状，比如，自由曲面透镜e2的外形为椭圆或者圆形。
33.如图1，菲涅尔透镜的焦距为f，满足0.8(l1 l2)<f<1.2(l1 l2)，菲涅尔透镜包括平整面和齿面，平整面朝向自由曲面透镜，齿面朝向打印屏幕，锯齿为密集型的，每一毫米
锯齿个数大于1。
34.综上所述，如图4和图5，根据本照明系统设置的结构，光斑均匀性好，准直度高，能够适应3d打印的范围广，从而可以极大的提高打印产能。
35.采用上述各个技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
36.1、经过自由曲面透镜后的光束均匀性好，形成了矩形光斑，系统利用率高。矩形光斑经过菲涅尔透镜后，光束的入射角度变小，可以有效地提高打印精度。
37.2、自由曲面透镜可以使用大面积的led发光光源，可以提高系统的能量，形成矩形光斑。
38.3、自由曲面透镜和菲涅尔透镜组合的形式可以通过调整菲涅尔透镜的焦距或工作距离，实现入射光束角度的有效控制。
39.4、采用自由曲面透镜和菲涅尔透镜组合形式不会存在拼接误差，不会存在拼接光斑的痕迹。
40.5、采用自由曲面透镜和菲涅尔透镜组合形式，菲涅尔透镜可以做大，质量轻，便于实现大尺寸照明光斑。
41.6、照射光斑均匀性优于90％，光源利用率高于70％，光束角度
‑
10～10
°
可以调节，能够提高树脂固化成型的精度，减少固化时间，提高产率。
42.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，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，均应包含在本实用新型的保护范围之内。