CN104859149B - 一种用于3d打印设备的快速光固化喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于3D打印设备的快速光固化喷头。该喷头主要包括光固化喷头外壳、料筒部分、点光源部分、反光镜角度架升降部分，其中料筒部分主要包括料筒、连接在料筒底端的点胶针头、设于料筒顶端的料筒盖，点光源部分主要包括激光点光源、光源固定架、反光镜固定架、反光镜角度架，反光镜角度架升降部分主要包括丝杆、调节旋钮、滑道、滑块、丝母。该光固化喷头具有结构小巧，光固化效率高的优点；内置大功率激光光源，通过反射镜片的反射汇聚在喷头的出料口位置，以保证出料的瞬间就有相应波长的大功率激光照射，从而实现光固化材料的快速凝固。

Description

一种用于3D打印设备的快速光固化喷头

技术领域

本发明属于3D打印设备技术领域，涉及一种用于3D打印设备的快速光固化喷头。

背景技术

3D打印机是近些年兴起的快速成型设备。3D打印机打印时需先用软件将三维模型切层，形成一系列的数字切片。然后3D打印机按照这些切片信息将原材料层层堆叠起来，直到形成一个固态物体。3D打印机打印喷头是3D打印机挤出材料的部位，是3D打印机的核心部位。根据材料的不同性质，打印不同的材料需要不同的条件，如高温、低温等。这就要求3D打印机的打印喷头能满足这些特殊的打印条件，如能产生高温的高温喷头，能降低材料温度的低温喷头等。随着材料工艺的发展，光固化材料逐渐被应用于3D打印领域。顾名思义光固化材料即需要特定波长的光线照射才能凝固的材料。打印光固化材料就需要给3D打印机配备相应的光固化喷头。光固化材料在其相应波长的光束照射时能快速从液态转变为固态。所以如果在喷头挤出材料的部位用相应波长的光线照射，材料就能快速固化，从而实现在空间上无需支架的实体造型。

现有的光固化打印喷头不仅体积大而且光固化效率低，难以支持快速成型，严重影响打印的效果和效率。为了改善上述情况，本发明公开了一种结构紧凑、小巧且光固化效率高、效果好的光固化喷头。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于3D打印设备的快速光固化喷头，具体来说就是在3D打印机用于光固化材料的打印时，在材料挤出后立即用相应波长的大功率点光源进行照射，使光固化材料能够快速凝固，从而实现3D打印机在空间上的直接造型。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明快速光固化喷头主要包括光固化喷头外壳、料筒部分、点光源部分、反光镜角度架升降部分，其中料筒部分主要包括料筒、连接在料筒底端的点胶针头、设于料筒顶端的料筒盖，点光源部分主要包括激光点光源、光源固定架、反光镜固定架、反光镜角度架，反光镜角度架升降部分主要包括丝杆、调节旋钮、滑道、滑块、丝母；

所述的光固化喷头外壳为一底部开口的中空壳体，壳体顶部设有一凹槽，该凹槽中间部位开有一直通壳体内腔的第一通孔，该通孔尺寸与料筒外径相同，壳体内腔从上至下依次设有光源固定架、反光镜固定架；

所述的料筒从光固化喷头外壳顶部第一通孔伸入壳体内腔，并贯穿光源固定架、反光镜固定架，料筒的顶部设有限位块，使其定位；同时光固化喷头外壳顶部通过螺栓设有压盖，该压盖可沿螺栓转动，当压盖转到料筒盖上方时，可将料筒盖压牢在上述光固化喷头外壳顶部凹槽中，又因为料筒盖固定在料筒上方，故料筒可以由压盖固定在光固化喷头外壳上。

所述的丝杆贯穿光固化喷头外壳、光源固定架、反光镜固定架，两端分别设有阶梯且通过轴承定位，丝杆下端面与下方轴承的下端面齐平，上端面高于上方轴承的上端面，高出的部分用于固定调节旋钮；所述的调节旋钮位于喷头外壳顶部，通过锁紧螺钉固定在丝杆上，从而实现转动调节旋钮就可以转动丝杆的目的；

所述的丝杆贯穿反光镜固定架上端部通孔内设有丝母，该丝母与丝杆相配合，使得丝杆转动能带动丝母的上下移动，从而实现丝杆的转动带动整个反光镜固定架沿喷头外壳上下移动；

所述的光源固定架通过螺钉固定在光固化喷头外壳内，使得丝杆转动时不与其发生干涉；光源固定架上设有若干个均匀分布的第二圆形通孔，这些圆形通孔内均通过螺钉固定有激光点光源，其中激光点光源的激光头朝下。

所述的反光镜固定架主要由上端部、下端部构成一体成型结构；所述的上端部开有与光源固定架第二圆形通孔数量相同且直径略大于上述第二圆形通孔的第三圆形通孔，同时上端部两侧面设有滑道，该滑道与位于光固化喷头外壳内壁的滑块相配合，从而实现反光镜固定架相对于喷头外壳的相对滑动；所述的下端部开有一第四通孔，上述全部第三圆形通孔横截面所围成的区域在下端部上投影位于该通孔内，下端部底部设有一反光镜固定架下端盖，该反光镜固定架下端盖开一尺寸略小于第四通孔的第五通孔，同时在反光镜固定架下端盖第三圆形通孔相对应位置分别放置反光镜角度架，其中每个反光镜角度架上均固定有一片激光反射镜片，使得激光点光源发出的光源经第三圆形通孔、第四通孔到达激光反射镜片，经反射聚焦在点胶针头出口位置。

所述的反光镜固定架上端部横截面长度大于光固化喷头外壳底部开口直径，且小于光固化喷头外壳内腔横截面长度，反光镜固定架下端部的横截面长度小于光固化喷头外壳底部开口直径。

本发明的有益效果：

本发明是专门用于3D打印机打印光固化材料的打印喷头。该光固化喷头具有结构小巧，光固化效率高的优点；内置大功率激光光源，通过反射镜片的反射汇聚在喷头的出料口位置，以保证出料的瞬间就有相应波长的大功率激光照射，从而实现光固化材料的快速凝固。激光的聚焦位置可手动调节，由于打印喷头的喷嘴长短不同，喷头出料的高度也会随之相应变化，为了在使用不同长度的喷嘴时都能保证激光汇聚在出料口部位，本发明设置了这一手动调焦功能。由于本发明的激光光源是内置的，所以在使用该光固化喷头时不会造成光线的扩散，伤害到操作人员。

附图说明

图1为本发明一种快速光固化喷头的主视图。

图2为本发明一种快速光固化喷头的俯视图。

图3为本发明沿A-A截面的剖视图。

图4为本发明沿D-D截面的剖视图。

图5为本发明沿C-C截面的剖视图。

图6为本发明沿B-B截面的剖视图。

图7为本发明沿E-E截面的剖视图。

图8为本发明去盖后的结构图。

图9为本发明去盖和壳后的结构图。

图10为本发明的***图。

其中1为喷头外壳、2为反光镜角度架、3为激光反射镜片、4为料筒、5为点胶针头、6为反光镜固定架下端盖、7为轴承、8为丝杆、9为调节旋钮、10为光源固定架、11为反光镜固定架、12为滑道、13为滑块、14为丝母、15为料筒盖、16为激光点光源、17为压盖、18为喷头盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

参见图1-10，本实施例的意图是在保证喷头体积小、光固化效率高的情况下，在喷头尖端材料挤出处进行实时的固化光线照射。由于喷头尖端的点胶针头5有不同的规格，不同规格的点胶针头5长度有差异，所以材料挤出的位置会随着点胶针头5的长度的变化而变化，这就意味着四个激光点光源16所发出的激光束在经过激光反射镜片反射后的聚焦点能够随着点胶针头5的长度的变化而变化。为了实现上述目的，本实施例设计了光固化喷头外壳1、料筒部分、点光源部分、反光镜角度架升降部分三个部分的结构。其中料筒部分主要包括料筒4、连接在料筒4底端的点胶针头5、设于料筒4顶端的料筒盖15，点光源部分主要包括激光点光源16、光源固定架10、反光镜固定架11、反光镜角度架2，反光镜角度架升降部分主要包括丝杆8、调节旋钮9、位于反光镜固定架11的滑道12、固定于光固化喷头外壳1下方内壁的滑块13、丝母14；

所述的光固化喷头外壳1为底部开口为圆形的中空壳体，壳体顶部设有一凹槽，该凹槽中间部位开有一直通壳体内腔的第一通孔，该通孔尺寸与料筒相同，壳体内腔从上至下依次设有光源固定架10、反光镜固定架11；为便于壳体空腔内结构，壳体某一侧面通过喷头盖18螺钉固定进行封闭。

所述的料筒4从光固化喷头外壳1顶部通孔伸入壳体内腔，并贯穿光源固定架10、反光镜固定架11，料筒4的顶部设有限位块，使其定位；同时光固化喷头外壳1顶部通过螺栓设有压盖17，该压盖17可沿螺栓转动，当压盖(17)转到了料筒盖15上方时，可将料筒盖15压牢在上述凹槽中，又因为料筒盖15固定在料筒4上方，故料筒4可以由压盖17固定在光固化喷头外壳1上。

所述的丝杆8贯穿光固化喷头外壳1、光源固定架10、反光镜固定架11，两端分别设有阶梯且通过两个轴承定位，丝杆8下端面与下方轴承的下端面齐平，上端面高于上方轴承的上端面，高出的部分用于固定调节旋钮9；所述的调节旋钮9位于喷头外壳1顶部，通过锁紧螺钉固定在丝杆8上，从而实现转动调节旋钮9就可以转动丝杆8的目的。

所述的丝杆8贯穿反光镜固定架11上端部通孔内设有丝母14，该丝母14与丝杆8相配合，使得丝杆8转动能带动丝母的上下移动，从而实现丝杆8的转动带动整个反光镜固定架11沿喷头外壳1上下移动。

所述的光源固定架10横截面为正方形，且通过螺钉固定在光固化喷头外壳1内，使得丝杆转动时不与其发生干涉；光源固定架10上设有四个均匀分布的第二圆形通孔，这些圆形通孔内均通过螺钉固定有激光点光源16，其中激光点光源16的激光头朝下。

所述的反光镜固定架11由上端部、下端部构成一体成型结构，其中上端部横截面为正方形，下端部横截面为圆形；所述的上端部开有四个直径略大于上述第二圆形通孔的第三圆形通孔，同时上端部左右两侧面设有滑道，该滑道与位于光固化喷头外壳1内壁的滑块相配合，从而实现反光镜固定架11相对于喷头外壳1的相对滑动，即实现反光镜固定架11只能在一个方向上沿光固化喷头外壳1移动的目的；所述的下端部开有一横截面为X型的第四通孔，上述全部第三圆形通孔横截面所围成的区域在下端部上投影位于该通孔内，使得光源通过第三圆形通孔可直接进入第四通孔，同时下端部底部设有一反光镜固定架下端盖6，该反光镜固定架下端盖6开一尺寸略小于第四通孔的横截面为X型的第五通孔，同时在反光镜固定架下端盖6四个角分别固定放置反光镜角度架2，其中每个反光镜角度架2上均固定有一片激光反射镜片3，使得激光点光源16发出的光源经第三圆形通孔、第四通孔到达激光反射镜片3，经反射聚焦在点胶针头5的下方。

所述的反光镜固定架11上端部横截面的长度大于光固化喷头外壳1底部开口直径，且小于光固化喷头外壳1内腔横截面的宽度，反光镜固定架11下端部横截面的长度小于光固化喷头外壳1底部开口直径，以保证反光镜固定架11在喷头外壳1内上下移动时不会与喷头外壳发生干涉。

综上所述，本光固化喷头可以在保证结构小巧，光固化效率高的情况下。实现转动调节旋钮9改变激光交汇点的高度位置，使激光交汇点位于喷头的材料挤出处的目的。

工作过程：

将该光固化喷头安装在3D打印机的喷头安装部位，装上合适的料筒4及点胶针头5，打开激光光源16，转动调节旋钮9使反光镜固定架10上下移动，直到激光的汇聚点正好停留在点胶针头出口位置。开始打印后，大功率的激光光束照射在刚从点胶针头的尖端挤出的光固化材料上，使光固化材料迅速固化，从而实现光固化材料的快速成型。

上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于3D打印设备的快速光固化喷头，其特征在于主要包括光固化喷头外壳、料筒部分、点光源部分，其中料筒部分主要包括料筒、连接在料筒底端的点胶针头、设于料筒顶端的料筒盖，点光源部分主要包括激光点光源、光源固定架、反光镜固定架、反光镜角度架；

所述的光固化喷头外壳为一底部开口的中空壳体，壳体顶部设有一凹槽，该凹槽中间部位开有一直通壳体内腔的第一通孔，该通孔尺寸与料筒外径相同，壳体内腔从上至下依次设有光源固定架、反光镜固定架；

所述的料筒从光固化喷头外壳顶部第一通孔伸入壳体内腔，并贯穿光源固定架、反光镜固定架，料筒的顶部设有限位块，使其定位；

所述的光源固定架通过螺钉固定在光固化喷头外壳内，使得丝杆转动时不与其发生干涉；光源固定架上设有若干个均匀分布的第二圆形通孔，这些圆形通孔内均通过螺钉固定有激光点光源，其中激光点光源的激光头朝下；

所述的反光镜固定架主要由上端部、下端部构成一体成型结构；所述的上端部开有与光源固定架第二圆形通孔数量相同且直径略大于上述第二圆形通孔的第三圆形通孔；所述的下端部开有一第四通孔，上述第三圆形通孔横截面所围成的区域在下端部上投影位于该第四通孔内，下端部底部设有一反光镜固定架下端盖，该反光镜固定架下端盖开一尺寸略小于第四通孔的第五通孔，同时在反光镜固定架下端盖放置有与激光点光源数量相同的反光镜角度架，其中每个反光镜角度架上均固定有一片激光反射镜片，使得激光点光源发出的光源经第三圆形通孔、第四通孔到达激光反射镜片，经反射聚焦在点胶针头出口位置。

2.如权利要求1所述的一种用于3D打印设备的快速光固化喷头，其特征在于还包括反光镜角度架升降部分，其中反光镜角度架升降部分主要包括丝杆、滑道、滑块；所述的丝杆贯穿光固化喷头外壳、光源固定架、反光镜固定架；所述的滑道设于反光镜固定架上端部两侧面，该滑道与位于光固化喷头外壳内壁的滑块相配合，从而实现反光镜固定架相对于喷头外壳的相对滑动。

3.如权利要求2所述的一种用于3D打印设备的快速光固化喷头，其特征在于所述的丝杆两端分别设有阶梯且通过轴承定位，丝杆下端面与下方轴承的下端面齐平，上端面高于上方轴承的上端面，高出的部分用于固定调节旋钮；所述的调节旋钮位于喷头外壳顶部，通过锁紧螺钉固定在丝杆上，从而实现转动调节旋钮就可以转动丝杆的目的。

4.如权利要求2所述的一种用于3D打印设备的快速光固化喷头，其特征在于所述的丝杆贯穿反光镜固定架上端部通孔内设有丝母，该丝母与丝杆相配合，使得丝杆转动能带动丝母的上下移动，从而实现丝杆的转动带动整个反光镜固定架沿喷头外壳上下移动。

5.如权利要求1所述的一种用于3D打印设备的快速光固化喷头，其特征在于光固化喷头外壳顶部通过螺栓设有压盖，该压盖可沿螺栓转动，当压盖转到料筒盖上方时，可将料筒盖压牢在上述光固化喷头外壳顶部凹槽中。

6.如权利要求1所述的一种用于3D打印设备的快速光固化喷头，其特征在于所述的反光镜固定架上端部横截面长度大于光固化喷头外壳底部开口直径，且小于光固化喷头外壳内腔横截面长度，反光镜固定架下端部的横截面长度小于光固化喷头外壳底部开口直径。