光学系统、光学系统使用方法及3D打印设备技术方案

本发明专利技术提供一种光学系统、光学系统使用方法及3D打印设备，所述光学系统包括：光源，发射光束；聚光单元，接收光束，形成会聚光束，所述会聚光束的光斑大小可变。利用本发明专利技术的光学系统，可以实现光斑的大小变化，提高3D打印效率和精度。

【技术实现步骤摘要】
光学系统、光学系统使用方法及3D打印设备
本专利技术涉及打印设备领域，尤其涉及一种光学系统、光学系统使用方法及3D打印设备。
技术介绍
基于立体光固化成型法的打印设备采用将光固化材料逐层固化累积的方式制造立体物体，由于其具有精细的分层设计和精准的打印控制过程，使得所打印出的立体物体在精度和精准度方面具有更高品质并具有广泛的应用场景。激光扫描式立体光固化是光固化成型的一种实现方式，光学系统将聚焦的光斑投射到工作面上，并依照特定的路径进行光斑扫描，实现逐层固化。光斑的尺寸作为一个重要参数，直接影响固化效率和成型精细度。目前3D打印行业要迈向批量化生产，其中要解决重要的问题就是3D打印效率的问题。3D打印需要用光束扫描，逐层打印，而为了追求精度和产品表面质量，光源的光斑需要尽可能的调小。光斑越小，单层扫描路径就越长，扫描时间也就越长，导致打印效率低。如果只有一种光斑，那么在成型较大平面时，效率就会很低，成型速度就会很慢，制约了3D打印快速成型的速度。如何克服现有技术中光斑大小变化范围受到限制是目前急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种光学系统，实现光斑的大小变化，以保证3D打印效率和精度。为解决上述问题，本专利技术提供一种光学系统，包括：光源，发射光束；聚光单元，接收光束，形成会聚光束，所述会聚光束的光斑大小可变。本专利技术的一种方案，所述聚光单元包括：第一光束改变装置，用于接收所述光束，并对光束的发散角进行改变，形成第一改变光束；发散装置，用于接收所述第一改变光束，对进行发散，形成发散光束；第一会聚装置，用于接收所述发散光束，进行会聚，形成会聚光束。可选的，所述第一光束改变装置切入到所述光束或者所述第一光束改变装置切出所述光束。可选的，所述第一光束改变装置按照改变光束的方式分为光束发散装置一和光束聚焦装置一。可选的，所述第一光束改变装置为负透镜组或正透镜组或正负透镜组合。可选的，所述第一光束改变装置的入射面与所述光束的角度在0°-180°之间。可选的，所述发散装置为负透镜组或正负透镜组合或正透镜组。可选的，所述第一会聚装置为正透镜组或正负透镜组合。本专利技术的另一种方案，所述聚光单元包括：第二光束改变装置，用于接收所述光束，并对光束的发散角进行改变，形成第二改变光束；第二会聚装置，用于接收所述第二改变光束，并进行会聚，形成出射光束；第三会聚装置，用于接收所述出射光束，进行会聚，形成会聚光束。可选的，所述第二光束改变装置按照改变光束的方式分为光束发散装置二和光束聚焦装置二。可选的，所述第二光束改变装置为负透镜组或正透镜组或正负透镜组合。可选的，所述第二会聚装置为正透镜组或正负透镜组合。可选的，所述第三会聚装置为正透镜组或正负透镜组合。可选的，所述第二光束改变装置与所述第二会聚装置的焦距比可变。一种光学系统的使用方法，包括：通过光源发射光束；所述光束进入聚光单元进行会聚，形成会聚光束，所述会聚光束的光斑大小可变。一种3D打印设备，包括：光源，发射光束；聚光单元，接收光束，形成会聚光束，所述会聚光束的光斑大小可变；扫描单元，接收会聚光束，并扫描所述会聚光束的光斑。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案中，利用所述第一光束改变装置在所述光路中的切入和切出，改变进入会聚装置的光束的直径和入射角，获得了光斑变化的效果；同时利用所述第一光束改变装置切入到所述光路当中，整个光学系统的焦距改变，实现光斑的变化不再受到发散装置的移动范围限制，所形成的光斑大小可变。进一步，所述聚光单元中的所述第二光束改变装置与所述第二会装置的焦距比可变，通过焦距比变化调整所述光束进入到第三会聚装置的光束的直径和入射角，从而获得大小可变的光斑。进一步，由于所述光学系统可以实现光斑的大小可变，3D打印设备可以根据成型平面的大小，调节适合的光斑，从而提高了3D打印的成型速度。附图说明图1至图4是本专利技术光学系统一种方案中各实施例的各步骤对应的结构及光斑形成示意图；图5至图8是本专利技术光学系统另一种方案中各实施例的各步骤对应的结构及光斑形成示意图；图9是一种具体的3D打印设备结构示意图。具体实施方式目前改变光斑的方法通常是采用两组透镜，其中一组是发散透镜、一组是聚焦透镜，所述发散透镜在光路方向上移动，所述聚焦透镜在光路方向上固定。首先，调节好所述发散透镜和所述聚焦透镜的位置，使其在扫描幅面上的光斑聚焦。将此时所述发散透镜的移动初始位置记为v0。然后，将所述发散透镜的移动初始位置移动到v1。通过变所述发散透镜的移动初始位置v0到初始位置v1实现的移动实现光斑大小可变，扫描时，所述发散透镜以初始位置v1前后移动。目前改变光束倍率通常采用的方法是加入倍率可调的光束扩束器，但是成本比价昂贵。专利技术人发现，所述扫描幅面越大，所述发散透镜以初始位置前后移动距离就要越大，所述发散透镜从初始位置v0到初始位置v1所需的距离就越大。但是市面上所述发散透镜的移动范围有限，不能有效地实现光斑的大小发生变化。专利技术人发现，虽然还可以将所述发散透镜的行程做成很长来实现光斑的大小可变，但是这就造成耗费较大。专利技术人发现，改变光束直径的方法中，使用的透镜数量较多，同时结构比较复杂，导致实际的操作过程繁琐，如果利用光束扩束器实现变倍率扩束，成本太高。专利技术人研究发现，通过在光路中增加一个光束改变装置，改变了原来的光束路径，整个光学系统的焦长变化，聚焦点就可以在所述扫描幅面的后方不断移动，在所述扫描幅面上形成一个没有聚焦、大小可变的光斑。专利技术人还研究发现，改变所述光束改变装置和所述会聚装置的焦距比，就可以实现光束的变倍扩束，从而形成大小可变的光斑，这种实现光斑大小变化的结构简单，生产成本低。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细地说明。图1至图4是本专利技术光学系统的一种方案各实施例的各步骤对应的结构及光斑形成示意图。第一实施例首先参考图1，光学系统包括：光源100、第一光束改变装置200、发散装置300、第一会聚装置400、运动装置500以及扫描幅面600。所述光源100发射光束101，所述光束101依次穿过第一光束改变装置200、发散装置300、第一会聚装置400到达扫描幅面600。本实施例中，所述运动装置500分别与第一光束改变装置200、发散装置300以及第一会聚装置400连接，用于控制所述第一光束改变装置200、发散装置300以及第一会聚装置400在所述光路中的运动。参考图2，通过图1中运动装置500将所述第一光束改变装置200切出所述光束。本实施例中，所述发散装置300采用双凹透镜。其他实施例中，所述发散装置300可以还可以采用凸凹透镜或者平凹透镜或者正负透镜组合或正透镜组。...

【技术保护点】
1.一种光学系统，其特征在于，包括：/n光源，发射光束；/n聚光单元，接收光束，形成会聚光束，所述会聚光束的光斑大小可变。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，包括：
光源，发射光束；
聚光单元，接收光束，形成会聚光束，所述会聚光束的光斑大小可变。


2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，聚光单元包括：
第一光束改变装置，用于接收所述光束，并对光束的发散角进行改变，形成第一改变光束；
发散装置，用于接收所述第一改变光束，对进行发散，形成发散光束；
第一会聚装置，用于接收所述发散光束，进行会聚，形成会聚光束。


3.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一光束改变装置切入到所述光束或者所述第一光束改变装置切出所述光束。


4.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一光束改变装置按照改变光束的方式分为光束发散装置一和光束聚焦装置一。


5.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一光束改变装置为负透镜组或正透镜组或正负透镜组合。


6.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一光束改变装置的入射面与所述光束的角度在0°-180°之间。


7.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述发散装置为负透镜组或正负透镜组合或正透镜组。


8.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一会聚装置为正透镜组或正负透镜组合。


9.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金成，于清晓，杨荣富，
申请(专利权)人：上海联泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31