一种用于激光3D打印机可调光斑大小的光路调节组件的制作方法

本实用新型涉及激光3D打印设备领域，尤其涉及一种用于激光3D打印设备上的可调节光斑大小的光路调节组件。

背景技术：

目前，市场上的激光3D打印设备(尤其是SLA3D打印设备)大多只采用一种倍率的扩束镜来调节激光发生器产生的激光，因此，激光打在液面上的光斑大小是固定的，无法改变，当遇到打印面积较大的工件内填充(内支撑)时，由于内部填充面积大，单位时间的打印速度会变慢，严重降低了打印的效率，拖长了打印的时间。因此，现有技术需要进一步改进和完善。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、能够根据需要调整激光束大小的光路调节组件。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种用于激光3D打印机可调光斑大小的光路调节组件，该光路调节组件主要包括组件安装底板、根据激光传播的路径依次固定在组件安装底板上的激光发生器、用于调节光速直径大小的可调扩束镜、用于改变激光传播路径的第一反射组件和第二反射组件、用于接收光束及改变光束传播路径的振镜和用于激光聚焦的聚焦镜。所述激光发生器、可调扩束镜和振镜等高安装，使激光发生器的输出端轴线、可调扩束镜轴线、以及振镜输入端的轴线同轴。

具体的，所述可调扩束镜包括扩束镜安装座、将光线发散的输入镜、将光线聚集的输出镜、平面镜、导轨、丝杆、滑块和驱动电机。所述输入镜为凹透镜，所述输出镜为凸透镜。所述可调扩束镜安装座固定在组件安装底板上，使可调扩束镜位于激光发生器与第一反射组件之间，将激光发生器产生的光束放大一定倍率。所述导轨和驱动电机均固定在扩束镜安装座上，导轨的轴线与光束平行，所述滑块安装在导轨上，可在导轨上来回滑动。所述输出镜和平面镜通过固定座安装在扩束镜安装座上，所述输入镜固定在滑块上，位于激光发生器与输出镜之间；所述输入镜、输出镜和平面镜依次安装，且三者的光学轴线同轴。所述丝杆穿过滑块安装，且丝杆的两端固定在导轨上，并与驱动电机连接。调节时，通过驱动电机驱动丝杆转动，带动滑块在导轨上来回移动，从而改变输入镜与输出镜之间的距离，实现扩束倍率的实时调整。

作为本实用新型的优选方案，为了方便调整激光束传播的路径，本实用新型所述第一反射组件和第二反射组件均采用光学调整架结构。所述光学调整架结构包括用于调整镜片高度的高度调整座、镜片安装座、用于调整镜片在水平和竖直方向上摆动的镜片调整座、反射镜片、水平调节旋钮和竖直调节旋钮。所述高度调整座的一端安装在组件安装底板上，另一端与镜片调整座固定连接。所述镜片通过弹簧安装在安装在镜片调整座上，与镜片调整座可活动连接。所述反射镜片安装在镜片安装在上，与镜片安装座固定连接。所述水平调节旋钮和竖直调节旋钮均安装在镜片调整座上，水平调节旋钮和竖直调节旋钮的端部与镜片安装在抵接；通过旋转水平调节旋钮，可以将镜片安装座的一侧向外顶出或在弹簧的拉力作用下向内摆动；同理，通过调节竖直调节旋钮，可将镜片安装座的另一侧向外顶出或在弹簧的拉力作用下向内摆动；从而实现手动调节反射镜片的目的，操作十分方便，调节精度高而且不容易松动，有效地提高了光路调节组件的调试效率，缩短调试周期。

作为本实用新型的优选方案，为了降低激光光束的折损率，将尽可能多的光线传递出去，本实用新型所述反射镜片采用紫外线全反射型镜片。该种镜片可以将紫外线光束的90％以上反射出去，从而有效利用激光功率。

作为本实用新型的优选方案，可调扩束镜的驱动方式有两种，一种是所述驱动电机采用伺服电机或步进电机，根据输入镜与输出镜之间的距离与倍率关系设定相应的移动距离，并通过伺服电机或步进电机精确移动到定位的位置上，该设计操作方便、不需要增加其他零件。另一种是所述可调扩束镜还包括用于限定输入镜位置的限位开关，所述限位开关固定安装在扩束镜安装座上，对导轨上的滑块进行定位。采用这种设计时，驱动电机可以采用普通电机，只需根据限位开关的指令来回移动即可，该设计具有成本较低、驱动方式简单、容易实施的优点。

作为本实用新型的优选方案，为了将输入镜的位置精确定位到指定位置，本实用新型所述限位开关采用光电式限位开关。光电式限位开关具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快等优点，十分适合应用在该场合。

进一步的，为了减少打印机工作时的震动对激光发生器的影响，本实用新型还包括用于减少震动传递的脚垫。所述脚垫安装在激光发生器的底部，将激光发生器固定在组件安装底板上。由于脚垫将激光发生器垫起，减少与组件安装底板的接触面积，因此可以降低对激光发生器的影响，确保其工作正常、稳定可靠。

作为本实用新型的优选方案，为了减少3D打印设备的体积，节约内部空间，将激光发生器的射出方向与振镜的接收方向设置为相反方向，因此本实用新型所述第一反射组件和第二反射组件之间的安装夹角为90度。该设计可以将激光发生器发射的激光通过两面反射镜片的反射作用引导到振镜中接收，从而优化内部空间的布局，达到节约内部空间的目的。

本实用新型的工作过程和原理是：本实用新型在激光发生器与反射镜之间设有可调节的扩束镜，通过驱动电机驱动输入镜在导轨上来回移动，改变输入镜与输出镜之间的距离，实时调整激光光束的直径大小，从而改变打印光斑的大小，实现快速打印的目的；另外，本实用新型采用两组反射组件将激光发生器发射的光束经过两次全反射后进入振镜中，这两组反射组件均采用高反射率的全反射镜片，使光线尽可能多地进入聚焦镜中，从而提高激光的利用率和功率，加快打印速度。本实用新型还具有结构简单、制造成本低、容易实现的优点。

与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点：

(1)本实用新型所提供的用于激光3D打印机可调光斑大小的光路调节组件采用可自动调节的扩束镜，通过电机驱动输入镜在导轨上移动，从而改变输入镜与输出镜之间的距离，实现扩束倍率的自动调节，有效加快打印的速度和提高打印质量。

(2)本实用新型所提供的用于激光3D打印机可调光斑大小的光路调节组件采用两组镀有膜的紫外线全反射镜片，这两组镜片将激光发生器发射的激光尽可能多地反射到振镜中使用，有效提高激光的利用率和打印光斑处的激光功率。

(3)本实用新型所提供的用于激光3D打印机可调光斑大小的光路调节组件采用脚垫将激光发生器承托起来，从而减少打印机工作时的震动对激光发生器的影响，确保激光发生器工作在正常状态，从而提高打印的效率和质量。

附图说明

图1是本实用新型所提供的用于激光3D打印机可调光斑大小的光路调节组件的结构示意图。

图2是本实用新型所提供的可调扩束镜的结构示意图。

图3是本实用新型所提供的光学调整架结构的结构示意图。

图4是本实用新型所提供的光学调整架结构的立体图。

上述附图中的标号说明：

1-组件安装底板，2-激光发生器，3-可调扩束镜，4-第一反射组件，5-第二反射组件，6-振镜，7-聚焦镜；

31-扩束镜安装座，32-输入镜，33-输出镜，34-导轨，35-丝杆，36-滑块，37-驱动电机，38-限位开关；

41-高度调整座，42-镜片安装座，43-镜片调整座，44-反射镜片，45-水平调节旋钮，46-竖直调节旋钮。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型公开了一种用于激光3D打印机可调光斑大小的光路调节组件，该光路调节组件主要包括组件安装底板1、根据激光传播的路径依次固定在组件安装底板1上的激光发生器2、用于调节光速直径大小的可调扩束镜3、用于改变激光传播路径的第一反射组件4和第二反射组件5、用于接收光束及改变光束传播路径的振镜6和用于激光聚焦的聚焦镜7。所述激光发生器2、可调扩束镜3和振镜6等高安装，使激光发生器2的输出端轴线、可调扩束镜3轴线、以及振镜6输入端的轴线同轴。

具体的，所述可调扩束镜3包括扩束镜安装座31、将光线发散的输入镜32、将光线聚集的输出镜33、平面镜、导轨34、丝杆35、滑块36和驱动电机37。所述输入镜32为凹透镜，所述输出镜33为凸透镜。所述可调扩束镜3安装座固定在组件安装底板1上，使可调扩束镜3位于激光发生器2与第一反射组件4之间，将激光发生器2产生的光束放大一定倍率。所述导轨34和驱动电机37均固定在扩束镜安装座31上，导轨34的轴线与光束平行，所述滑块36安装在导轨34上，可在导轨34上来回滑动。所述输出镜33和平面镜通过固定座安装在扩束镜安装座31上，所述输入镜32固定在滑块36上，位于激光发生器2与输出镜33之间；所述输入镜32、输出镜33和平面镜依次安装，且三者的光学轴线同轴。所述丝杆35穿过滑块36安装，且丝杆35的两端固定在导轨34上，并与驱动电机37连接。调节时，通过驱动电机37驱动丝杆35转动，带动滑块36在导轨34上来回移动，从而改变输入镜32与输出镜33之间的距离，实现扩束倍率的实时调整。

作为本实用新型的优选方案，为了方便调整激光束传播的路径，本实用新型所述第一反射组件4和第二反射组件5均采用光学调整架结构。所述光学调整架结构包括用于调整镜片高度的高度调整座41、镜片安装座42、用于调整镜片在水平和竖直方向上摆动的镜片调整座43、反射镜片44、水平调节旋钮45和竖直调节旋钮46。所述高度调整座41的一端安装在组件安装底板1上，另一端与镜片调整座43固定连接。所述镜片通过弹簧安装在安装在镜片调整座43上，与镜片调整座43可活动连接。所述反射镜片44安装在镜片安装在上，与镜片安装座42固定连接。所述水平调节旋钮45和竖直调节旋钮46均安装在镜片调整座43上，水平调节旋钮45和竖直调节旋钮46的端部与镜片安装在抵接；通过旋转水平调节旋钮45，可以将镜片安装座42的一侧向外顶出或在弹簧的拉力作用下向内摆动；同理，通过调节竖直调节旋钮46，可将镜片安装座42的另一侧向外顶出或在弹簧的拉力作用下向内摆动；从而实现手动调节反射镜片44的目的，操作十分方便，调节精度高而且不容易松动，有效地提高了光路调节组件的调试效率，缩短调试周期。

作为本实用新型的优选方案，为了降低激光光束的折损率，将尽可能多的光线传递出去，本实用新型所述反射镜片44采用紫外线全反射型镜片。该种镜片可以将紫外线光束的90％以上反射出去，从而有效利用激光功率。

作为本实用新型的优选方案，可调扩束镜3的驱动方式有两种，一种是所述驱动电机37采用伺服电机或步进电机，根据输入镜32与输出镜33之间的距离与倍率关系设定相应的移动距离，并通过伺服电机或步进电机精确移动到定位的位置上，该设计操作方便、不需要增加其他零件。另一种是所述可调扩束镜3还包括用于限定输入镜32位置的限位开关8，所述限位开关8固定安装在扩束镜安装座31上，对导轨34上的滑块36进行定位。采用这种设计时，驱动电机37可以采用普通电机，只需根据限位开关8的指令来回移动即可，该设计具有成本较低、驱动方式简单、容易实施的优点。

作为本实用新型的优选方案，为了将输入镜32的位置精确定位到指定位置，本实用新型所述限位开关8采用光电式限位开关8。光电式限位开关8具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快等优点，十分适合应用在该场合。

进一步的，为了减少打印机工作时的震动对激光发生器2的影响，本实用新型还包括用于减少震动传递的脚垫。所述脚垫安装在激光发生器2的底部，将激光发生器2固定在组件安装底板1上。由于脚垫将激光发生器2垫起，减少与组件安装底板1的接触面积，因此可以降低对激光发生器2的影响，确保其工作正常、稳定可靠。

作为本实用新型的优选方案，为了减少3D打印设备的体积，节约内部空间，将激光发生器2的射出方向与振镜6的接收方向设置为相反方向，因此本实用新型所述第一反射组件4和第二反射组件5之间的安装夹角为90度。该设计可以将激光发生器2发射的激光通过两面反射镜片44的反射作用引导到振镜6中接收，从而优化内部空间的布局，达到节约内部空间的目的。

本实用新型的工作过程和原理是：本实用新型在激光发生器2与反射镜之间设有可调节的扩束镜，通过驱动电机37驱动输入镜32在导轨34上来回移动，改变输入镜32与输出镜33之间的距离，实时调整激光光束的直径大小，从而改变打印光斑的大小，实现快速打印的目的；另外，本实用新型采用两组反射组件将激光发生器2发射的光束经过两次全反射后进入振镜6中，这两组反射组件均采用高反射率的全反射镜片44，使光线尽可能多地进入聚焦镜7中，从而提高激光的利用率和功率，加快打印速度。本实用新型还具有结构简单、制造成本低、容易实现的优点。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。