一种3D打印UV光固化光源及3D打印机的制作方法

一种3d打印uv光固化光源及3d打印机
技术领域
1.本实用新型涉及光学元件技术领域，更具体的说是涉及一种3d打印uv光固化光源及3d打印机。

背景技术：

2.光固化成型技术是增材制造领域最受欢迎和最普遍的技术之一，光固化3d打印机打印出来的模型精度比较高，所以，光固化3d打印机成为了许多用户的首选，而打印精度是lcd光固化3d打印机的核心，目前高精密打印的方法主要是获得均匀的平行光透过lcd来实现，也就是说整体光源发光角度越小则打印精度就越高，若投射到曝光屏上面的光能均匀度不足，则液态树脂盒里接受的365～405nm的光能就高低不一，导致打印精度下降，光能较低部位的打印时间延长，而由于大角度光能会被黑白lcd遮挡掉一部分，不利于高光效的获得，因此平行光既能提高3d打印精度，也能提升光能穿过黑白lcd的能力。
3.然而由于光固化3d打印技术的特性，透过屏幕的光均匀度一直是行业痛点，光不均匀直接导致打印失败，或者打印件的一致性无法保证，直接影响光固化打印机的效能和普及。突破光源技术瓶颈是实现光固化3d打印机均匀稳定打印效果的重要因素。
4.因此，如何提出一种透光均匀的3d打印uv光固化光源及3d打印机是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种3d打印uv光固化光源及3d打印机，有效保证光源输出均匀的平行光线，以保证3d打印机的打印精度。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种3d打印uv光固化光源，包括：led阵列和矩阵光学凹凸透镜；所述led阵列设置于所述矩阵光学凹凸透镜下方；
8.所述led阵列中包括阵列排布的波长为365～405nm的led灯，所述矩阵光学凹凸透镜包括矩阵排列且一体成型的凹凸透镜单体，每个所述凹凸透镜单体的焦点均分别与各个所述led灯一一对应分布；
9.每个所述凹凸透镜单体均包括凹透镜和凸透镜，所述凸透镜设置于所述凹透镜之上且所述凹透镜和所述凸透镜的焦点相同，所述led灯发出的光能依次经过所述凹透镜的凹面进行第一次折射后经过所述凸透镜的凸面进行第二次折射，形成平行的光。
10.优选的，所述led灯为50％光强，且发光角度为60或90
°
。
11.优选的，还包括黑透镜支架、金属基板和散热底座；
12.所述矩阵光学凹凸透镜安装在所述黑透镜支架上，所述led灯安装于所述金属基板上，所述金属基板安装于所述散热底座上。
13.优选的，所述矩阵光学凹凸透镜采用cnc模具超精密加工，再通过超精密注塑而成。
14.一种3d打印机，包括所述3d打印uv光固化光源、lcd黑白曝光屏和液态树脂盒；所述3d打印uv光固化光源形成的平行光线穿过所述lcd黑白曝光屏进入所述液态树脂盒。
15.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种3d打印uv光固化光源及3d打印机，本实用新型通过矩阵排列且一体成型的凹凸透镜单体解决了现有技术中透镜矩阵排列拼接缝导致的光斑一致性低的问题，并通过凹凸透镜单体实现了将led灯的输出光线进行准直后输出至曝光屏，形成了高均匀性的光源，在降低生产成本的前提下，提升了准确率和工作效率，真正实现了低成本高效能，高均匀，高精度的打印效果。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型提供的一种3d打印uv光固化光源中凹凸透镜单体的结构示意图；
18.图2为本实用新型提供的一种3d打印uv光固化光源中矩阵光学凹凸透镜的结构示意图；
19.图3为本实用新型提供的一种3d打印uv光固化光源中矩阵光学凹凸透镜的多角度示意图；
20.图4为本实用新型提供的一种3d打印机的结构示意图；
21.图5为本实用新型实施例提供的仿真结果示意图；
22.图6为本实用新型实施例提供的lcd黑白曝光屏上光能分布示意图；
23.led灯-1、凹透镜-2、凸透镜-3、矩阵光学凹凸透镜-4、黑透镜支架-5、金属基板-6、散热底座-7、lcd黑白曝光屏-8。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本实用新型实施例公开了一种3d打印uv光固化光源，如图1-3所示，包括：led阵列和矩阵光学凹凸透镜4；led阵列设置于矩阵光学凹凸透镜4下方；
26.led阵列中包括阵列排布的波长为365～405nm的led灯1，矩阵光学凹凸透镜4包括矩阵排列且一体成型的凹凸透镜单体，每个凹凸透镜单体的焦点均分别与各个led灯1一一对应分布；
27.每个凹凸透镜单体均包括凹透镜2和凸透镜3，凸透镜3设置于凹透镜2之上且凹透镜2和凸透镜3的焦点相同，led灯1发出的光能依次经过凹透镜2的凹面进行第一次折射后经过凸透镜3的凸面进行第二次折射，形成平行的光。
28.为了进一步实施上述技术方案，led灯1为50％光强，且发光角度为60或90
°
。
29.为了进一步实施上述技术方案，如图4所示，还包括黑透镜支架5、金属基板6和散热底座7；
30.矩阵光学凹凸透镜4安装在黑透镜支架5上，led灯1安装于金属基板6上，金属基板6安装于散热底座7上。
31.在本实施例中，金属基板6采用铝基板，散热底座7也为铝材质。
32.为了进一步实施上述技术方案，矩阵光学凹凸透镜4采用cnc模具超精密加工，再通过超精密注塑而成。
33.一种3d打印机，包括3d打印uv光固化光源、lcd黑白曝光屏8和液态树脂盒；3d打印uv光固化光源形成平行光线，平行光线的光路传播方向垂直于lcd黑白曝光屏8，并在穿过lcd黑白曝光屏8后进入液态树脂盒。
34.一种3d打印方法，包括以下步骤：
35.s1.led灯1发出光能；
36.s2.光能进入3d打印uv光固化光源中的凹凸透镜单体，通过其中的凹透镜2的凹面进行第一次折射后经过凸透镜3的凸面进行第二次折射，形成平行的光；
37.s3.平行光向lcd黑白曝光屏8透射后进入液态树脂盒；
38.s4.进入液态树脂盒内的光能对其中的同部位的数值进行固化，受到照射的液态树脂固化，未受到光能照射的液态树脂保持不变，完成3d打印。
39.在本实施例中，采用蒙特卡洛法进行光线仿真，获得lcd黑白曝光屏上得到365nm～405nm的光能分布，具体如图5所示；
40.整个lcd黑白曝光屏上的光能分布，如图6所示，均匀度95％以上，可见本实用新型输出光线均匀，能够有效提高打印精度。
41.其中，曝光屏(黑白lcd)的照度均匀度＝最小照度值/平均照度值，最小照度值根据逐点计算法计算，具体为：uo＝emin/eav。
42.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
43.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种3d打印uv光固化光源，其特征在于，包括：led阵列和矩阵光学凹凸透镜；所述led阵列设置于所述矩阵光学凹凸透镜下方；所述led阵列中包括阵列排布的波长为365～405nm的led灯，所述矩阵光学凹凸透镜包括矩阵排列且一体成型的凹凸透镜单体，每个所述凹凸透镜单体的焦点均分别与各个所述led灯一一对应分布；每个所述凹凸透镜单体均包括凹透镜和凸透镜，所述凸透镜设置于所述凹透镜之上且所述凹透镜和所述凸透镜的焦点相同，所述led灯发出的光能依次经过所述凹透镜的凹面进行第一次折射后经过所述凸透镜的凸面进行第二次折射，形成平行的光。2.根据权利要求1所述的一种3d打印uv光固化光源，其特征在于，所述led灯为50％光强，且发光角度为60或90
°
。3.根据权利要求1所述的一种3d打印uv光固化光源，其特征在于，还包括黑透镜支架、金属基板和散热底座；所述矩阵光学凹凸透镜安装在所述黑透镜支架上，所述led灯安装于所述金属基板上，所述金属基板安装于所述散热底座上。4.根据权利要求1所述的一种3d打印uv光固化光源，其特征在于，所述矩阵光学凹凸透镜为cnc模具超精密加工，再通过超精密注塑而成的矩阵光学凹凸透镜。5.一种3d打印机，基于权利要求1-4任意一项所述的一种3d打印uv光固化光源，其特征在于，包括3d打印uv光固化光源、lcd黑白曝光屏和液态树脂盒；3d打印uv光固化光源形成平行光线，平行光线的光路传播方向垂直于lcd黑白曝光屏，并在穿过lcd黑白曝光屏后进入液态树脂盒。

技术总结

本实用新型公开了一种3D打印UV光固化光源及3D打印机，3D打印UV光固化光源包括：LED阵列和矩阵光学凹凸透镜；所述LED阵列设置于所述矩阵光学凹凸透镜下方；所述LED阵列中包括阵列排布的波长为385～405nm的LED灯，所述矩阵光学凹凸透镜包括矩阵排列且一体成型的凹凸透镜单体，每个所述凹凸透镜单体的焦点均分别与各个所述LED灯一一对应分布；每个所述凹凸透镜单体均包括凹透镜和凸透镜，所述凸透镜设置于所述凹透镜之上且所述凹透镜和所述凸透镜的焦点相同，所述LED灯发出的光能依次经过所述凹透镜的凹面进行第一次折射后经过所述凸透镜的凸面进行第二次折射，形成平行的光。本实用新型有效保证光源输出均匀的平行光线，以保证3D打印机的打印精度。以保证3D打印机的打印精度。以保证3D打印机的打印精度。