一种全反射式双波长连续3D打印照明光路系统及设备

本发明涉及一种全反射式双波长连续3d打印照明光路系统及设备，尤其涉及到3d打印照明系统设计，属于光学制造领域。

背景技术：

1、随着技术的不断进步，增材制造即3d打印作为一种革命性的制造方法，在近年来快速发展，并在各个领域展示出其独特的优势。其中光固化3d打印技术是一种通过光辐射使液态光敏树脂逐层固化实现三维立体成形的增材制造技术，因其可制造任意复杂结构在医疗、航空航天、汽车制造、建筑及艺术设计等众多领域都有巨大的潜力。双波长光固化是指在两个不同波长光源的照射下，一个光源作为引发光源控制光敏树脂进行固化交联，另一个光源作为抑制光源对光敏树脂的固化链式反应进行抑制的选择性固化技术，可以实现大体积三维模型的快速制造。

2、随着3d打印技术的发展，目前市场成熟的光路系统采用透镜组建光路，但透镜材质对光的吸收率很高，使光功率大量损耗在各种镜片的吸收上，从而造成光的穿透力减弱，导致越深层的材料固化程度越差严重影响打印质量，而且镜片吸收会导致温度升高，从而影响镜片整体寿命。

3、为了保证3d打印过程中的能量利用率，本发明提出了将双波长打印方式与全反射式照明系统相结合，应用在增材制造领域，消除了镜片材质对光线的吸收，大大提高了系统的光能利用率，打印成型更加高效、稳定、精细。

技术实现思路

1、本发明提供一种全反射式双波长连续3d打印照明光路系统及设备，既能实现大体积三维模型的快速制造又大大减少了光能损耗，提升了镜片的使用寿命，提高了系统的光能利用率，并且双波长连续打印又提高了打印效率，使成型更加稳定。本发明采取的技术方案是：

2、本发明所述的一种全反射式双波长连续3d打印照明光路系统及设备，包括方形透明树脂槽、升降基板、紫外光幕整形系统、反射式照明系统，所述方形透明树脂槽固定于平台，所述升降基板设置于方形透明树脂槽上方，所述紫外光幕整形系统设置于方形透明树脂槽两侧，所述反射式照明系统设置于方形透明树脂槽下方。

3、优选的，在上述全反射式双波长连续3d打印照明光路系统及设备中，所述紫外光幕整形系统由两组相同的光路系统组成，包括激光器和抛物面反射镜，每组系统位于方形透明树脂槽两侧，激光器采用波长355nm的固体激光器，位于所述抛物面准直反射镜的离轴焦点处，左右两侧的激光束经抛物面反射镜准直后从方形透明树脂槽两侧同时垂直入射，且线激光束下表面与方形透明树脂槽底部的上表面接触，将离轴抛物面作反射镜表面，该设计可以将焦点从光路上分离出来，避免遮挡部分光线。

4、优选的，在上述全反射式双波长连续3d打印照明光路系统及设备中，所述反射式照明系统中采用波长470nm的蓝光led光源，还设置有抛物面准直反射镜、微反射镜阵列及空间光调制器。

5、优选的，在上述全反射式双波长连续3d打印照明光路系统及设备中，所述方形透明树脂槽采用5mm厚度石英玻璃，树脂槽尺寸为25cm×25cm×25cm。

6、一种全反射式双波长连续3d打印照明光路系统及设备，包括以下具体步骤：

7、第1步，切片操作，设备工作前，采用商用切片软件对工件进行切片处理，设置每层图案的曝光时间和升降基板的抬升速度；

8、第2步，基板归原位，开启设备，升降基板下降到零点位置，与方形透明树脂槽底间隔3cm；

9、第3步，阻聚区生成，激光系统开始启动，两侧激光束同时发出的光线经过抛物面反射镜准直后打在方形透明树脂槽中叠加形成光幕，光幕所在的区域树脂被抑制固化而形成阻聚区；

10、第4步，固化区生成，所述光源发出的照明光线经所述抛物面准直反射镜的反射形成平行光线，平行光线经过所述微反射镜阵列被分割成若干光束反射至所述空间光调制器的表面，光斑在所述空间光调制器的表面进行叠加之后经过投影物镜照射在方形透明树脂槽中，使光幕区域的液态光敏树脂固化，固化后的三维物体竖直粘附在升降基板底部；

11、第5步，重复打印操作，完成一层固化后，升降基板竖直抬升一定高度，如此重复直至完成打印；

12、第6步，打印完成，升降基板上升恢复到初始位置，取下打印好的工件。

13、本发明的有益效果是：

14、传统透射式的照明光路光功率大大受损，本发明提出了一种全反射式双波长连续3d打印照明光路系统及设备，在双波长连续打印的基础上通过采用反射表面作为基础搭建照明光路系统，也即整个照明光路系统中所有的光学镜片均采用反射的设计方式传输光线，避免了光线透射镜片，该光路设计可以完全消除镜片材质对光线的吸收，避免照明光路系统在工作中出现镜片温度升高的现象，利于提升镜片的使用寿命，提高了系统的光能利用率，同时光幕整形系统采用双光源系统使光幕更加均匀稳定，整个系统打印速率更加高效，成型更加精密。

技术特征：

1.一种全反射式双波长连续3d打印照明光路系统及设备，其特征在于，方形透明树脂槽、升降基板、紫外光幕整形系统、反射式照明系统；所述紫外光幕整形系统设置于方形透明树脂槽两侧，所述反射式照明系统设置于方形透明树脂槽下方，所述升降基板设置于方形透明树脂槽上方。

2.根据权利要求1所述的全反射式双波长连续3d打印照明光路系统，其特征在于，整个照明光路系统中所有的光学镜片均采用反射的设计方式传输光线。

3.根据权利要求1所述的紫外光幕整形系统，其特征在于，由两组相同的光路系统组成，包括激光器和抛物面反射镜，每组系统位于方形透明树脂槽两侧，激光器位于所述抛物面准直反射镜的离轴焦点处，左右两侧的激光束经抛物面反射镜准直后从方形透明树脂槽两侧同时垂直入射，且线激光束下表面与方形透明树脂槽底部的上表面接触。

4.根据权利要求1所述的全反射式双波长连续3d打印照明光路系统，其特征在于，所述反射式照明系统包括光源、抛物面准直反射镜、微反射镜阵列及空间光调制器，设置于方形透明树脂槽下方，光源，用于发出照明光线；抛物面准直反射镜位于所述光源的出光路径上，用于准直光束；微反射镜阵列设于所述抛物面准直反射镜的出光路径上，用于对经所述抛物面准直反射镜出射的光线反射匀光；空间光调制器位于所述微反射镜阵列的出光路径上，对光信号进行控制与处理。

5.根据权利要求4所述的反射式照明光路系统，其特征在于，所述光源位于所述抛物面准直反射镜的离轴焦点处。

6.根据权利要求4所述的反射式照明光路系统，其特征在于，所述微反射镜阵列的一侧包括多个微反射镜，可以对光线进行匀光处理。

技术总结本发明为一种全反射式双波长连续3D打印照明光路系统及设备，包括方形透明树脂槽、升降基板、紫外光幕整形系统、反射式照明系统，所述反射式照明系统中的光学元件均采用反射的方式，该光路设计可以完全消除镜片材质对光线的吸收，避免照明光路系统在工作中出现镜片温度升高的现象，利于提升镜片的使用寿命，提高了系统的光能利用率，同时采用双波长连续3D打印的方式，该系统无需固化层与离型膜的分离过程，升降基板不间断抬升，不需要频繁的抬升再调整定位，提高了打印效率，通过调节激光光斑和功率的大小，可以准确定量地控制光幕的厚度，使该设备能适应各种打印精度需求，该系统成型更加稳定精细。技术研发人员：王跃辉,冯云鹏,程灏波,朱洁,刘祎祎,苗雨露受保护的技术使用者：河北工程大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15