CN108237327A - 一种变光斑机构及装有该变光斑机构的3d打印设备 - Google Patents

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袁永恒
张寅锋
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王李波
候大坤
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Abstract

本发明公开了一种变光斑机构及装有该变光斑机构的3D打印设备，基台上设有第一光学镜片组、第二光学镜片组以及调整机构，调整机构包括动力装置、传动装置、导轨和设置在导轨上的调整块，动力装置与传动装置连接，传动装置与调整块连接，调整块与第一光学镜片组连接，动力装置带动传动装置驱动调整块沿着导轨运动，以调整第一光学镜片组和第二光学镜片组之间的距离。其优点在于，第一光学镜片组在动力装置和传动装置的作用下，沿导轨直线前后移动，改变第一光学镜片组与第二光学镜片组之间的距离，实现焦点的偏移，从而实现投影到扫描***中的光斑大小变化。

Description

一种变光斑机构及装有该变光斑机构的3D打印设备
技术领域
本发明涉及打印设备领域，尤其涉及一种变光斑机构及装有该变光斑机构的3D打印设备。
背景技术
在激光3D打印设备中，传统的扩束镜是固定光路的，通过手动调整焦距后，出口光斑的尺寸固定，在3D打印设备加工过程中也固定。目前3D打印行业要迈向批量化生产，其中有一个很大的瓶颈，就是打印效率问题。3D打印需要用激光扫射，逐层打印，而为了追求精度和表面质量，激光光斑大小，往往需要尽可能的调小。激光光斑越小，就意味着单层扫描路径就越长，扫描时间也就越长，那么打印效率就上不去。激光的直径无法改变，只有一种直径，在成型较大平面时，效率很低，成型速度慢，制约了3D打印快速成型的速度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种光斑可变大小的智能变光斑机构。
本发明的目的之二在于提供一种带有变光斑机构的3D打印设备。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种3D打印设备变光斑机构，包括基台，所述基台上设有第一光学镜片组、第二光学镜片组以及调整机构，所述调整机构包括动力装置、传动装置、导轨和设置在导轨上的调整块，所述动力装置与传动装置连接，所述传动装置与调整块连接，所述调整块与第一光学镜片组连接，所述动力装置带动传动装置驱动调整块沿着导轨运动，以调整所述第一光学镜片组和所述第二光学镜片组之间的距离。
进一步地，所述传动装置包括摆臂和曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构与所述调整块相连接，所述动力机构与所述摆臂相连接，所述摆臂通过所述曲柄连杆机构带动调整块在导轨的导向作用下做前后直线运动。
进一步地，所述曲柄连杆机构包括与摆臂相连接的前轴、与调整块相连接的后轴以及连接前轴和后轴的连杆。
进一步地，所述第一光学镜片组与第二光学镜片组在3D打印时保持同心。
进一步地，所述第一光学镜片组包括一凹透镜，所述第二光学镜片组包括一凹透镜和一凸透镜，
进一步地，所述第一光学镜片组设置在动镜片组上，所述动镜片组与调整块相连接，且在传动装置带动下沿导轨运动，所述第二光学镜片组设置在静镜片组的固定支架上，所述静镜片组固定设置在基台上。
进一步地，所述动力装置为电机，与控制***相连接。
进一步地，所述基台上设有用于限制所述第一光学镜片组移动位置的限位装置。
进一步地，所述限位装置包括设置在所述第一光学镜片组上的用于检测与第二光学镜片组距离的距离传感器，
和/或
用于限制所述第一光学镜片组的活动位置的限位开关。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种3D打印设备，包括上述的变光斑机构。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：设置第一光学镜片组、第二光学镜片组，通过调整机构带动第一光学镜片组，调整第一光学镜片组与第二光学镜片组之间的距离；第一光学镜片组在动力装置和传动装置的作用下，沿导轨直线前后移动，改变两组光学镜片组之间的距离，实现焦点的偏移，从而实现投影到扫描***中的光斑大小变化。
附图说明
图1为本发明实施例的3D打印设备的变光斑机构的原理示意图；
图2为本发明实施例的3D打印设备的变光斑机构的结构示意图。
图中：10、基台；20、动镜片组；21、第一光学镜片组；30、静镜片组；31、第二光学镜片组；40、调整机构；41、动力装置；42、导轨；43、调整块；50、传动装置；51、摆臂；52、曲柄连杆机构；53、前轴；54、后轴；55、连杆；56、轴承；60、控制***。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1、图2所示，一种3D打印设备变光斑机构，包括基台10，基台上设有第一光学镜片组21、第二光学镜片组31以及调整机构40，调整机构40包括动力装置41、传动装置50、导轨42和设置在导轨42上的调整块43，动力装置与传动装置连接，传动装置与调整块连接，调整块与第一光学镜片组连接，动力装置带动传动装置驱动调整块沿着导轨运动，以调整第一光学镜片组21和第二光学镜片组31之间的距离。
设置第一光学镜片组21、第二光学镜片组31，第一光学镜片组21在动力装置和传动装置的作用下，沿导轨直线前后移动，改变两组光学镜片组之间的距离，实现焦点的偏移，从而实现投影到扫描***中的光斑大小变化。
传动装置50用于将动力装置41的转动传送至调整块43，传动装置50可以为：包括摆臂51和曲柄连杆机构52，曲柄连杆机构52与调整块43相连接，动力机构与摆臂51相连接，摆臂51通过曲柄连杆机构52带动调整块43在导轨42的导向作用下做前后直线运动。
曲柄连杆机构52用于将摆臂51运动传送至调整块43，其结构为：包括与摆臂51相连接的前轴53、与调整块43相连接的后轴54以及连接前轴53和后轴54的连杆55。
前轴53通过轴承56与摆臂51相连接，使摆臂51和前轴53的转动很流畅，也可采用铰链、万向节等连接方式。
动力装置41为电机，电机可以为步进电机，也可以为伺服电机，与控制***相连接，方便调速，以调整摆臂51的摆动距离。当然，动力装置并不仅限于电机。
第一光学镜片组21包括一凹透镜，设置在动镜片组上，第二光学镜片组31包括一凹透镜和一凸透镜，设置在静镜片组的固定支架上，镜片组可以是一个镜片，也可以是多个镜片组合设计实现单个镜片的功能，第一光学镜片组21与第二光学镜片组31在3D打印时保持同心。动镜片组与调整块相连接，且在传动装置带动下沿导轨运动，静镜片组固定设置在基台上。
基台上设有用于限制第一光学镜片组21移动位置的限位装置(未画出)。限位装置包括设置在第一光学镜片组上的用于检测与第二光学镜片组距离的距离传感器，和/或用于限制第一光学镜片组的活动位置的限位开关；距离传感器与控制***相连接。
限位装置有多种，可以为设定在固定位置的触发开关，当调整块带动第一光学镜片组至限位开关处时，动力装置停止工作，第一光学镜片组停止移动；另外，限位装置可以为设置在第一光学镜片组21上的用于检测与第二光学镜片组31距离的距离传感器，与控制***相连接，实时检测两组光学镜片之间的距离，计算光斑大小，当光斑大小达到适合尺寸时，控制***停止动力装置的运行，第一光学镜头组停止移动。
一种3D打印设备，包括上述的变光斑机构。
一种3D打印设备的变光斑方法，包括如下步骤：
***控制步骤：控制***检测到需要打印零件外轮廓，则通过调整机构使打印光斑变小；控制***检测到需要打印内部填充，则通过调整机构使打印光斑变大；
光斑调整步骤：控制***控制动力装置，动力装置带动传动装置，传动装置驱动调整块并带动第一光学镜片组，改变第一光学镜片组和第二光学镜片组31之间的距离以改变光斑大小。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种变光斑机构，包括基台，其特征在于，所述基台上设有第一光学镜片组、第二光学镜片组以及调整机构，所述调整机构包括动力装置、传动装置、导轨和设置在导轨上的调整块，所述动力装置与传动装置连接，所述传动装置与调整块连接，所述调整块与第一光学镜片组连接，所述动力装置带动传动装置驱动调整块沿着导轨运动，以调整所述第一光学镜片组和所述第二光学镜片组之间的距离。
2.如权利要求1所述的变光斑机构，其特征在于，所述传动装置包括摆臂和曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构与所述调整块相连接，所述动力机构与所述摆臂相连接，所述摆臂通过所述曲柄连杆机构带动调整块在导轨的导向作用下做前后直线运动。
3.如权利要求2所述的变光斑机构，其特征在于，所述曲柄连杆机构包括与摆臂相连接的前轴、与调整块相连接的后轴以及连接前轴和后轴的连杆。
4.如权利要求1或2或3所述的变光斑机构，其特征在于，所述第一光学镜片组与第二光学镜片组在3D打印时保持同心。
5.如权利要求1或2或3所述的变光斑机构，其特征在于，所述第一光学镜片组包括一凹透镜，所述第二光学镜片组包括一凹透镜和一凸透镜。
6.如权利要求1或2或3所述的变光斑机构，其特征在于，所述第一光学镜片组设置在动镜片组上，所述动镜片组与调整块相连接，且在传动装置带动下沿导轨运动，所述第二光学镜片组设置在静镜片组的固定支架上，所述静镜片组固定设置在基台上。
7.如权利要求1或2或3所述的变光斑机构，其特征在于，所述动力装置为电机，与控制***相连接。
8.如权利要求1或2或3所述的变光斑机构，其特征在于，所述基台上设有用于限制所述第一光学镜片组移动位置的限位装置。
9.如权利要求8所述的变光斑机构，其特征在于，所述限位装置包括设置在所述第一光学镜片组上的用于检测与第二光学镜片组距离的距离传感器，
和/或
用于限制所述第一光学镜片组的活动位置的限位开关。
10.一种3D打印设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一条所述的变光斑机构。
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