投影式3D打印机的制作方法

本实用新型涉及3d打印
技术领域：
，特别涉及一种投影式3d打印机。
背景技术：
：目前，随着3d打印技术的高速发展，3d打印的应用也越来越广泛。其中，在sls(selectedlasersintering)激光选区固化技术中，主要通过利用dmd芯片将光源进行精准反射至机台，并将置于机台上的固体粉末材料熔融，从而实现3d打印。虽然在3d打印中采用sls技术可以适应多种原材料，以及实现由点线式加热升级至对材料二维平面的加热，提高打印效率。但是，由于dmd芯片多采用金属铝制备，其最高工作温度只有几十度，因此在打印过程中尤其强调对dmd芯片的散热，以防止dmd芯片因温度过高而被融化，从而导致整个3d打印机的损坏。因此，为了得到更好的3d打印效果以及延长打印机的寿命，dmd芯片的散热问题亟待解决。技术实现要素：本实用新型的主要目的是提出一种投影式3d打印机，通过多个dmd芯片0的协同拼接投影，有效降低了每个dmd芯片产生的热量，从而延长3d打印机工作寿命。为实现上述目的，本实用新型提出一种投影式3d打印机，具有一机台，所述投影式3d打印机包括：激光装置，安装于所述机台；打印台，安装于所述机台，所述打印台用以铺设打印材料；投影装置，连接所述激光装置，且设于所述激光装置与所述打印台之间，所述投影装置包括投影组件，所述投影组件包括多个dmd芯片，多个所述dmd芯片在打印台上的投影区域拼接形成所需的打印图案。进一步地，多个所述dmd芯片在所述打印台上的投影区域的边缘处贴合拼接形成所需的打印图案，或者多个所述dmd芯片在所述打印台上的投影区域的边缘处部分重合拼接形成所需的打印图案。进一步地，每个所述dmd芯片为所述打印台提供相同的光功率。进一步地，所述激光装置包括光源以及调节装置，所述光源用于给每个所述md芯片提供独立光路；所述调节装置设于所述光源与所述投影组件之间，用于调节所述光源光束。进一步地，所述调节装置包括依次设置的准直器以及光栏，所述准直器设于所述光源与所述光栏之间，用于耦合光源光束；所述光栏设于所述准直器与所述投影组件之间，用于调节进入所述投影组件的光通量。进一步地，所述投影式3d打印机还包括控制系统，所述控制系统用于控制多个所述dmd芯片在所述打印台上的投影区域拼接形成所需的打印图案。进一步地，所述投影装置还包括多个安装于所述机台的反射镜组，所述反射镜组用以预热打印材料；所述反射镜组与所述dmd芯片一一对应设置。进一步地，所述投影装置还包括扩束镜组，所述扩束镜组设于所述激光装置与所述投影组件之间，或者所述扩束镜组设于所述投影组件与所述打印台之间。进一步地，所述投影组件包括设于所述激光装置与所述扩束镜组之间的第一子投影组件，所述第一子投影组件包括多个所述dmd芯片。进一步地，所述投影组件包括多组设于所述激光装置与所述扩束镜组之间的第一子投影组件，每组所述第一子投影组件上设置有一个或者多个所述dmd芯片。相较于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：本实用新型提出一种投影式3d打印机，具有一机台，所述投影式3d打印机包括：激光装置，安装于所述机台；打印台，安装于所述机台，所述打印台用以铺设打印材料；投影装置，连接所述激光装置，且设于所述激光装置与所述打印台之间，所述投影装置包括投影组件，所述投影组件包括多个dmd芯片，多个所述dmd芯片在打印台上的投影区域拼接形成所需的打印图案。本实用新型技术方案中，通过多个所述dmd芯片为所述打印台的不同位置提供光束，且多个所述dmd芯片对所述打印台不同位置处提供的光束投影能协同拼接形成所需的打印图案。在本实用新型中将整个打印图案分解为多个投影区域，然后将多个投影区域分配到每个投影组件，每个投影组件将获得的投影区域再次进行分解，并将再次分解的多个投影小区域分配给每个所述dmd芯片，使得每个所述dmd芯片负责加热的区域减小，从而减小了每个所述dmd芯片需要传输的光功率，进而减少了每个所述dmd芯片因传输光功率而吸收的热量。这样便实现了延长3d打印机的工作寿命的目的。附图说明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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本实用新型投影式3d打印机的结构示意图。附图标号说明：标号名称标号名称100打印台310dmd芯片210光源320扩束镜组220准直器330导热块230光栏400控制系统本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式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的一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。现有技术中，3d打印机一般采用dlp数字光处理技术，其工作原理是利用dlp平面投影辐射对光敏树脂进行冷加工处理，以使得光敏树脂快速成型，实现快速打印；但是，dlp投影技术由于不能实现对打印材料进行加热，因此对打印材料的要求非常严格，导致其适用范围很窄，打印材料的成本及其高昂。为了扩大打印材料的范围，充分提高3d打印机的适用范围，sls激光选区固化技术应运而生。sls打印技术的工作原理是利用激光对粉末状打印材料进行加热固化，使粉末状打印材料被加热熔融至液态以形成打印所需图案，然后进一步凝固冷却使该打印所需图案成型后取出，完成打印。需要进一步理解的是，sls打印技术是一个将光能转换为热能的过程，在整个转换过程中起到决定性作用的是dmd芯片，但是鉴于dmd芯片本身的“娇贵”，能承受的工作温度最多几十度，由此引发了一系列的具有现实意义的问题，比如，如何更好地规避由于工作温度过高而导致dmd芯片失效损坏等。基于此，本实用新型在dmd芯片产热的源头上作出技术改进：通过多个dmd芯片的协同拼接投影作用，在实现打印的同时，缩短作用于每个所述dmd芯片的工作时间，从而在源头上降低每个dmd芯片产生的热量，以降低每个dmd芯片的工作温度，延长3d打印机的工作寿命。参见图1，为实现上述技术效果，本实用新型提出一种投影式3d打印机，具有一机台，所述投影式3d打印机包括：激光装置，安装于所述机台；打印台100，安装于所述机台，所述打印台100用以铺设打印材料；投影装置，连接所述激光装置，且设于所述激光装置与所述打印台100之间，所述投影装置包括投影组件，所述投影组件包括多个dmd芯片310，多个所述dmd芯片310在打印台100上的投影区域拼接形成所需的打印图案。上述实施例中，所述投影装置的原理如下：所述投影装置通过至少两层协同拼接投影作用：第一层协同拼接投影作用为：通过设置每组投影组件实现对整个打印图案的拼接，举例说明：如果整个打印图案为圆形，则每个投影组件在所述打印台100上的投影区域为圆形的一部分，且每个投影组件投影到所述打印台100上的投影区域能拼接形成一个完整的圆形；第二层协同拼接投影作用为：通过设置每组投影组件的多个所述dmd芯片310实现对该投影组件负责的投影区域内需完成的打印图案的拼接。也即是说如果该投影组件负责的投影区域为半圆形，则每个所述dmd芯片310在所述打印台100上的投影区域为该半圆形的一部分，且该投影组件的每个所述dmd芯片310在所述打印台100上的投影区域能拼接形成一个完整的半圆形。本实用新型通过对打印图案的多层拼接，在实现良好打印效果的同时，使得每个所述dmd芯片310负责加热的区域减小，从而有效减小了每个所述dmd芯片310需要传输的光功率，进而避免了每个所述dmd芯片310因传输高光功率累积吸过多光能而产生过高的工作温度，导致所述dmd芯片310的热损坏。这样便实现了延长3d打印机的工作寿命的目的。可以理解的是，本实用新型中的技术方案完全不同于现有技术中每个投影组件只设置一个所述dmd芯片310且每个所述dmd芯片310朝向打印台100投影相同且重合的图形的技术。同时，为了更好的实现对多个所述dmd芯片310以及激光装置的调控，本实用新型中还设置了控制系统400。所述控制系统400的工作原理如下：所述控制系统400通过控制所述激光装置作用于所述投影装置的光功率的大小，实现整个光路系统作用于所述打印台100的光功率大小的调节，进而完成对所述打印台100上打印材料的加热固化，实现打印；同时，所述控制装置可以单独控制每个所述dmd芯片310的投影区域形状及投影光束方向，以实现使每个所述dmd芯片310投影到所述打印台100上不同位置处投影的投影区域拼接形成完整打印图案的精准调节，保证打印的良好效果。具体地，本实用新型一实施例中，为更好的实现多个所述dmd芯片310在所述打印台100上的投影打印效果，通过所述控制系统400控制所述激光装置进入所述投影装置的光通量均匀，以使得每个所述dmd芯片310为所述打印台100提供相同的光功率。需要进一步说明的是，多个所述dmd芯片310在所述打印台100上的投影拼接效果包括：多个所述dmd芯片310在所述打印台100上的投影区域的边缘处贴合拼接形成所需的打印图案，或者多个所述dmd芯片310在所述打印台100上的投影区域的边缘处部分重合拼接形成所需的打印图案。进一步地，为了得到打印效果更好的打印图案，需使所述打印台100上的打印材料能被均匀加热，本实施例中优选多个所述dmd芯片310在所述打印台100上的投影区域的边缘处贴合拼接形成所需的打印图案。本实用新型一实施例中，为了节约成本，所述投影装置设置了一组投影组件，所述投影组件包括设于所述激光装置与所述扩束镜组320之间的第一子投影组件，所述第一子投影组件包括多个所述dmd芯片310。本实施例中，通过在所述第一子投影组件上设置多个所述dmd芯片310以实现对打印图案的协同拼接投影。需要进一步说明的是，为了实现通过该第一子投影组件的多个所述dmd芯片310能对所述打印台100不同位置提供投影光束，并且使得多个所述dmd芯片310提供的光束在所述打印台100上的投影能拼接形成所需的打印图案，本实用新型在封装时需要精确设计每个所述dmd芯片310的位置，使其在封装后能形成回转体结构。应当理解的是，上述回转体指的是，多个所述dmd芯片310以垂直打印区域中心点的直线为轴在所述打印台上方空间镜像设置或者非镜像设置。当多个所述dmd芯片310呈镜像回转体设置时，所述控制系统400单个控制每个所述dmd芯片310在所述打印台100上的投影形状以及投影方向来完成控制调节；当多个所述dmd芯片310呈非镜像回转体设置时，所述控制系统400需同时调控激光装置与每个所述dmd芯片310在所述打印台上的投影方向以及投影形状。与此同时，所述投影组件还包括扩束镜组320，所述扩束镜组320设于所述激光装置与所述投影组件之间或者所述投影组件与所述打印台100之间。由于整个光路的可调性，所述扩束镜组320可设置一个，也可设置多个。本实用新型另一实施例中，为了优化投影式3d打印机的打印效果，并且进一步地减少每个所述dmd芯片310上的工作温度，设置了多组设于所述激光装置与所述扩束镜组320之间的第一子投影组件，且每组所述第一子投影组件上设置有一个或者多个所述dmd芯片310。具体地，所述第一子投影组件设置了三组，为了使得三组第一子投影组件在所述打印台100上的投影区域能顺利协同拼接形成一个整体的打印图案，本实施例中将三组所述第一子投影组件在所述打印台100上方空间呈回转体设置。具体地，三组第一子投影组件在打印区域上方的空间以垂直打印区域中心位置的直线为旋转轴，并围绕该旋转轴设置在能形成完整打印图案的协同拼接投影区域的回转体面上，此时所述三组第一子投影组件并不在一条直线上，三组第一子投影组件上的多个所述dmd芯片310不在一个平面上，而形成一定的角度差。同时，三组第一子投影组件在所述打印台100上的投影区域能协同拼接组成完整的印图案，并通过多个所述dmd芯片310投影的光束对铺设于所述打印台100上的打印材料熔融固化，形成所需的打印图案，完成打印。应当理解的是，所述投影组件还可以设置两组、四组等，并不局限于设置三组。具体地，上述实施例中，为了简化光路，并以此降低成本，在三组所述第一子投影组件上设置了一个所述dmd芯片310，并通过三个所述dmd芯片310实现协同拼接投影，以完成对所述打印台100上打印材料的熔融固化。此时，三个所述dmd芯片310在所述打印台100上方空间成等腰三角形设置，该等腰三角形的面与所述打印台100的面平行。应当理解的是，所述扩束镜组可以设置一个，也可以设置三个。也即是说，三组投影组件可以共用一个扩束镜组，也可以一个投影组件使用一个扩束镜组。具体地，上述实施例中，为了优化打印效果，并且延长打印机的使用寿命，在三组所述第一子投影组件上设置了多个所述dmd芯片310，且每个投影组件上的多个所述dmd芯片310成角度设置。当然，应当理解的是，每个投影组件上设置的多个所述dmd芯片310并不是设置在同一条直线上，其是呈角度设置的。此角度可以通过封装实现，也可以通过控制装置调节实现。同时，每组投影组件上的多个所述dmd芯片310均通过所述激光装置设置有独立的光路，以使得每个所述dmd芯片310能实现在所述打印台100上的投影。与此同时，所述投影组件还包括扩束镜组320，所述扩束镜组320设于所述激光装置与所述投影组件之间或者所述投影组件与所述打印台100之间。由于整个光路的可调性，所述扩束镜组可以设置一组，也可以设置多组。也即是说，三组投影组件的多个所述dmd芯片310可以共用一个扩束镜组，也可以一个投影组件的多个所述dmd芯片310共用一个扩束镜组，还可以一个投影组件的一个所述dmd芯片310使用一个扩束镜组。为了进一步的优化所述投影式3d打印机的使用效果，使得所述打印机在其中一个所述dmd芯片310坏掉时还可以在使用，此时在每组所述投影组件上设置了备用的dmd芯片310，也即是说，此时，每组所述投影组件上有部分所述dmd芯片310在工作，另一部分所述dmd芯片310处于备用状态，以随时更换损坏掉的dmd芯片310，使得该投影式3d打印机在因工作温度过高而损坏dmd芯片310情况下还可以持续工作。本实用新型一实施例中，所述激光装置包括光源210以及调节装置，所述调节装置设置在所述光源210下方，且位于所述投影装置上方；所述光源210用于为每个所述dmd芯片310提供独立光路光束，所述调节装置用于对每个独立光路中进入所述投影装置的光束进行调节。应当理解的是，由于光源210要为每个所述dmd芯片310提供一个独立的光路，以使所述控制系统400能实现对每个所述dmd芯片310投影方向以及投影形状的控制，故，该光源210在数量上的设置情况应该视打印机中投影装置设置的情况而定。如果在该投影装置中设置了一组投影组件，并在该组投影组件上设置了多个所述dmd芯片310，为了节省制作成本以及使用成本考虑，将所述光源210设置为一个，且通过所述调节装置将该光源210的光束调节给每个所述dmd芯片310，以使其能给每个所述dmd芯片310提供独立光路。同时，所述调节装置与所述控制系统400通讯连接。具体地，在上述实施例中，当所述光源210为平顶光源时，所述调节装置包括依次设置的准直器220以及光栏230，所述准直器220用于耦合进入投影组件光束，所述光栏230用于调节进入投影组件的光通量。具体地，在上述实施例中，当所述光源210为非平顶光源时，所述调节装置为光束整形器。此时，进入投影组件的光束经过所述光束整形器，以实现对进入每个所述dmd芯片310的光束的调节。众所周知，金属铝对电磁波的反射率随着电磁波波长的增大而增大，在红外波段，高纯度的金属铝反射率最大，吸收率最小，由于所述dmd芯片310的微镜反射面采用金属铝，为了进一步减少每个所述dmd芯片310因吸收光而产生热量，优选地，本实施例中所述激光装置选用红外光波段激光光源210。本实用新型一实施例中，为了进一步减小所述dmd芯片310上需提供的光功率，所述投影装置还设置了多个安装于所述机台的反射镜组320，所述反射镜组用以预热打印材料和/或打印空间；多个所述反射镜组320与多个所述dmd芯片310一一对应设置。上述实施例中，为了充分利用光源210，不造成光源210的浪费，本实用新型中将一部分所述光源210用于熔融固化打印材料，另一部分所述光源210用于对该打印材料的预热，以使得该打印材料可以处于最大能被预热的温度下。此时通过投影装置投影光束对该打印材料的熔融固化所需的光功率大大降低，从而降低每个所述dmd芯片310需要提供的光功率，进而减少每个所述dmd芯片310的产热。多个所述反射镜组与多个所述dmd芯片310对应设置，且设置在所述dmd芯片310的非工作投影方向(也即是所述dmd芯片310非朝向所述打印台100投影的方向)上。需要进一步解释的是，为了保证所述反射镜组的反射光束的预热效果，这里的非工作方向需要将所述dmd芯片310处于0°方向的投影方向排除。同时，应当理解的是，为了能更好的实现对打印材料的预热，且避免因光直接照射打印材料使该打印材料熔融而损坏打印设备，本实施例将通过反射镜组件反射的光束反射到容置打印材料的容器壁上，通过对容器壁进行加热从而实现对打印材料的加热。当然可以预见的是，由于该容器壁上设置有吸光组件，可以更好的实现对反射光束的吸收。本实用新型另一实施例中，为了加快在所述dmd芯片310在工作时间的散热，本实施例中还在所述投影组件设置了散热装置。所述散热装置包括设置于所述dmd芯片310后的导热块330，以及与所述导热块330连通的冷却管。所述导热块330上设置有供所述冷却管穿过的通孔，所述冷却管可以供冷却水通过，也可以供液氮通过。本实用新型一实施例中，所述投影式3d打印机还包括：供粉装置，安装于所述机台，其开口端与所述打印台100齐平，用于容置打印材料；铺粉装置，安装于所述机台，所述铺粉装置用于将供粉装置中的打印材料铺设于所述打印台100上。上述实施例中，所述铺粉装置包括滑轨、与所述滑轨滑动连接的连接臂以及连接在连接臂一端并用于铺设打印材料的铺粉辊筒。其工作原理为：通过所述连接臂沿所述滑轨滑动，并带动所述铺粉辊筒运动，而使得处于所述供粉装置的粉末状打印材料被所述铺粉辊筒铺设到所述打印台100上的打印区域。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本实用新型的专利保护范围内。当前第1页12