本技术涉及3d打印，尤其涉及一种内置激光的高功率打印光机。
背景技术：
1、3d打印技术作为一项增材制造(additive manufacturing，am)的新兴技术，近20年来有了快速发展，各种新型的打印设备逐渐被研发应用。
2、其打印技术的一个核心技术是光源处理，随着光学处理领域的技术发展，ti(美国德州仪器)公司开发的数字微镜元件—dmd(digital micromirror device)来完成可视数字信息显示的技术，即dlp(digital light processing，数字光处理)技术，它是将影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来的显示系统，主要应用有：会议投影，投影电视，汽车抬头显示，近眼显示等。在3d打印方面，dlp技术主要用应用在光固化光机上，它是利用led提供紫光源，以光敏树脂为材料，一般输出光功率约1-4w，可以投射较大幅面，一般被集成在台式打印机里面。由于光源是直接照射在dmd芯片的微镜上，微镜及其之间的间隙会吸收约35％-40％的热量，所以要想获得更高的输出功率(dmd微镜反射的光功率)，就需要解决dmd芯片散热问题。
3、同时由于输出功率受限，所以截止目前在该领域的市场中，dlp技术除应用在固化光敏树脂之外，在其他材料应用方面非常少见，相应的打印设备也没有市场化。以打印尼龙粉末为例，对于依靠振镜、场镜为光学处理单元的激光选区熔化设备，虽然该熔化设备激光点的运动相对较快，但是由于打印截面较大，扫描路径变长导致体现出的速度依然较慢。另外，基于激光器的3d打印设备通常需要配置很多辅助设备，包括激光器、水冷机、除尘净化机等，所以这种3d打印设备的体积都很大。
技术实现思路
1、为了减小打印光机的体积，本技术的实施例中提供了一种内置激光的高功率打印光机。
2、为此，本技术的实施例中采用如下技术方案：
3、一种内置激光的高功率打印光机，包括：壳体，具有容纳打印光机各部件的安装腔；光路系统，包括成像光路和照明光路，所述成像光路装配在壳体外，所述照明光路装配在壳体的安装腔内，且所述成像光路穿过所述壳体一侧侧壁与所述照明光路相互连接；电路控制系统，装配在壳体的安装腔内，包括dmd控制板、安装在dmd控制板上的dmd芯片、用以连接dmd控制板的主控制板以及用于提供电源的电源驱动板；激光模块系统，装配在壳体的安装腔内，包括光纤、激光器和安装板；其中，所述安装板用以将所述光纤和激光器固定在所述壳体内；冷却系统，装配在壳体内，用于让所述冷却系统中的冷媒与所述光路系统、电路控制系统和激光模块系统进行热交换，以降低所述光路系统、电路控制系统和激光模块系统的温度；其中，所述主控制板、电源驱动板和安装板平行于空间直角坐标系的x轴和z轴构成的平面，且所述安装板位于所述主控制板和电源驱动板的y轴方向的上侧，使得电路控制系统与激光模块系统呈层叠设置，x轴为所述壳体的长度方向，z轴为所述壳体的宽度方向，y轴为所述壳体的厚度方向。
4、在该实施方式中，通过将光路系统、电路控制系统、激光模块系统和冷却系统紧凑地安装在壳体内，实现了设备体积的最小化，从而节省了空间并且更容易携带和安装。尤其是采用了内置激光器的设计，照明光路和激光器相关的光学器件安装在一个空间内，使整机体积小，同时可以实现高功率的激光输出，提高了打印速度和效率，同时也拓展了材料的应用范围，使得该技术在更多材料上的应用成为可能。此外，冷却系统与光路系统、电路控制系统和激光模块系统进行热交换，有效降低了系统的温度，保证了设备的稳定性和长时间工作的可靠性。采用了dmd芯片和数字化的电路控制系统，可以实现对光路的精确调节和控制，保证了打印的精度和质量。
5、作为一个可以实现的实施方式，所述安装板的一侧侧壁上安装有绕线肋板，绕线肋板设置有m个，m为大于1的正整数；所述绕线肋板为弧形设置，m个绕线肋板交错排布构成放置光纤的安装槽。
6、在该实施方式中，通过绕线肋板的弧形设置和交错排布构成的安装槽，可以有效地固定光纤，保证光纤在设备运行过程中不会晃动或松动，从而保证了激光传输的稳定性和可靠性。同时，可以使得光纤的布局更加紧凑，充分利用了设备内部空间，同时也有利于设备整体结构的紧凑化设计。通过绕线肋板的弧形设置和合理的布局，可以减小光纤的弯曲半径，降低光纤的损耗，提高了激光传输的效率和稳定性。
7、作为一个可以实现的实施方式，所述光纤包括铠甲光纤和无铠甲光纤，用以将所述激光器所产生的激光能量源传导至光路系统。
8、在该实施方式中，使用铠甲光纤和无铠甲光纤的组合方式，可以根据不同的需求和场景进行灵活选择，使得整体系统更加多样化和适用性更广。
9、作为一个可以实现的实施方式，所述激光模块系统还包括合束器和红光指示灯；所述红光指示灯连接在所述无铠甲光纤上，用以指示激光器所产生的红外激光位置；所述合束器用以整合红光指示灯与激光器连接的无铠甲光纤和/或用于整合多个所述无铠甲光纤的激光束，实现多束光线的合并。
10、在该实施方式中，红光指示灯在激光模块系统中的作用是通过发出可见的红光来辅助引导红外激光的位置。它利用可见光的特性，让我们能够观察到红光指示灯的位置，从而确定红外激光的发射位置和方向，从而便于定位和校准红外激光。通过合束器，将红光指示灯与激光器连接的无铠甲光纤中的光线整合在一起，提高光信号传输的可靠性。此外，合束器还可通过合并多束光线，可以将多个激光源的能量有效地整合在一起，从而提高总体的输出功率，增强设备的工作效率和性能。合束器可以精确控制每个光线的方向、强度和聚焦点位置，实现对光束的精准调节和控制，满足不同应用场景下对光束参数的要求。合束器能够保证不同光线之间的相位匹配和光路稳定性，确保多束光线合并后的光学性能达到最佳状态，提高系统的可靠性和一致性。
11、作为一个可以实现的实施方式，所述激光模块系统还包括盖板，所述盖板盖合在所述安装板设置有绕线肋板的一侧，且所述盖板与安装板之间的间隙被所述绕线肋板所密封，所述盖板用于覆盖并保护所述无铠甲光纤，所述铠甲光纤位于所述盖板沿y轴方向在所述安装板上的投影区域之外。
12、在该实施方式中，盖板能够有效地覆盖和保护无铠甲光纤，防止外部环境对光纤的物理损坏，提高光纤的使用寿命和稳定性。通过绕线肋板密封盖板与安装板之间的间隙，可以有效地防止灰尘、水分等外界杂质进入光路系统，降低光纤的污染和故障概率。由于铠甲光纤位于盖板沿y轴方向在安装板上的投影区域之外，可以最大限度地利用空间，在有限的空间内布置光纤系统，提高设备的紧凑性和集成度。
13、作为一个可以实现的实施方式，所述安装板和盖板上开设有让位孔，所述让位孔的边沿区域设置有密封环，所述密封环围绕所述让位孔的边沿设置，以密封所述安装板和盖板之间因开设让位孔所形成的开放区域。
14、在该实施方式中，让位孔的设置便于在壳体内安装位于安装板下方的部件，同时也方便电路控制系统的走线以及光纤的走线，而且也能够对安装板和盖板进行减重，实现打印光机的轻量化。通过密封环围绕让位孔的边沿设置，在安装板和盖板之间形成的开放区域得以有效密封，防止外部灰尘、水分等杂质侵入系统内部，保证系统的稳定运行和长期可靠性。
15、作为一个可以实现的实施方式，所述壳体还包括底板，所述底板平行于空间直角坐标系的x轴和z轴构成的平面，且所述底板覆盖所述安装腔的开口；所述安装板安装在所述底板上。
16、在该实施方式中，通过在激光模块系统中增加底板和安装板的设计，可以有效提高系统的机械稳定性、密封效果、维护管理便捷性、组装效率和外观美观度等优势，为激光模块系统的可靠性和稳定性提供了重要支持。
17、作为一个可以实现的实施方式，所述dmd控制板通过排线与所述主控制板垂直连接。
18、在该实施方式中，主控制板与dmd驱动板通过排线垂直连接实现数据交换与控制，既避开了主控制板与光路系统机械结构的干涉问题，也会更好地利用设备内部的空间，使整个系统更为紧凑和高效，进而使整个光机变得更薄，有利于多台光机拼接，提高打印速度。
19、作为一个可以实现的实施方式，所述照明光路包括依次连接的反射光位置调节部、扩束部和光棒匀光整形部。
20、在该实施方式中，反射光位置调节部可以对照明光路中的光线进行精确的位置调节，确保光线准确地传输到下一个部分。这有助于提高系统的光学性能和输出效果。扩束部的存在可以将光线从较小的光斑扩展为更大的光斑，增加了光线的投射范围和照射强度。光棒匀光整形部可以进一步调整和均匀分布光线，消除不均匀照明和光斑的不均匀性。通过反射光位置调节部、扩束部和光棒匀光整形部的合理设计和优化，可以最大程度地提高光线的传输效率和利用率，减少光能的损失和浪费。
21、作为一个可以实现的实施方式，所述冷却系统包括第一冷却子系统、第二冷却子系统和第三冷却子系统；其中，所述第一冷却子系统包括第一水冷块，所述第一水冷块覆盖在所述dmd芯片的正面和背面；所述第二冷却子系统包括第二水冷块，所述第二水冷块与所述激光模块系统相连；所述第三冷却子系统包括送气管，所述送气管通过吹扫气对dmd芯片的正面进行风冷降温。
22、在该实施方式中，水冷、风冷相结合，保证了内部光路及电路性能稳定，使得打印光机能够长时间工作。
23、综上，本技术通过将激光器和照明光路相关的光学器件安装在一个空间内，并通过在壳体内部进行结构排布优化，利用dlp技术获得了一款整机体积小且功率高(输出约100w)、以激光为能量源、水风冷结合的扁平结构打印光机。由于应用dlp光处理技术，使得光机精度相比于市场主流的激光选区熔化设备大大提高，其分辨率为10.8u。结合水冷和风冷装置对光机内部系统进行降温，保证了内部光路及电路性能稳定，能够长时间工作。通过光机壳体的扁平化设计，可实现多台光机联合打印，将激光的矩形光面拼接，提高打印效率。
1.一种内置激光的高功率打印光机，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种内置激光的高功率打印光机，其特征在于，所述安装板的一侧侧壁上安装有绕线肋板，绕线肋板设置有m个，m为大于1的正整数；所述绕线肋板为弧形设置，m个绕线肋板交错排布构成放置光纤的安装槽。
3.根据权利要求1所述的一种内置激光的高功率打印光机，其特征在于，所述光纤包括铠甲光纤和无铠甲光纤，用以将所述激光器所产生的激光能量源传导至光路系统。
4.根据权利要求3所述的一种内置激光的高功率打印光机，其特征在于，所述激光模块系统还包括合束器和红光指示灯；所述红光指示灯连接在所述无铠甲光纤上，用以指示激光器所产生的红外激光位置；所述合束器用以整合红光指示灯与激光器连接的无铠甲光纤和/或用于整合多个所述无铠甲光纤的激光束，实现多束光线的合并。
5.根据权利要求4所述的一种内置激光的高功率打印光机，其特征在于，所述激光模块系统还包括盖板，所述盖板盖合在所述安装板设置有绕线肋板的一侧，且所述盖板与安装板之间的间隙被所述绕线肋板所密封，所述盖板用于覆盖并保护所述无铠甲光纤，所述铠甲光纤位于所述盖板沿y轴方向在所述安装板上的投影区域之外。
6.根据权利要求5所述的一种内置激光的高功率打印光机，其特征在于，所述安装板和盖板上开设有让位孔，所述让位孔的边沿区域设置有密封环，所述密封环围绕所述让位孔的边沿设置，以密封所述安装板和盖板之间因开设让位孔所形成的开放区域。
7.根据权利要求6所述的一种内置激光的高功率打印光机，其特征在于，所述壳体还包括底板，所述底板平行于空间直角坐标系的x轴和z轴构成的平面，且所述底板覆盖所述安装腔的开口；所述安装板安装在所述底板上。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种内置激光的高功率打印光机，其特征在于，所述dmd控制板通过排线与所述主控制板垂直连接。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的一种内置激光的高功率打印光机，其特征在于，所述照明光路包括依次连接的反射光位置调节部、扩束部和光棒匀光整形部。
10.根据权利要求1-7任意一项所述的一种内置激光的高功率打印光机，其特征在于，所述冷却系统包括第一冷却子系统、第二冷却子系统和第三冷却子系统；其中，所述第一冷却子系统包括第一水冷块，所述第一水冷块覆盖在所述dmd芯片的正面和背面；所述第二冷却子系统包括第二水冷块，所述第二水冷块与所述激光模块系统相连；所述第三冷却子系统包括送气管，所述送气管通过吹扫气对dmd芯片的正面进行风冷降温。
