Выбор световой схемы LCD принтера

Фактически, это продолжение темы http://3dtoday.ru/blogs/ajsn/another-aka-instrumental-evaluation-of-the-lcd-screenprinter/ Сразу же хочу поблагодарить Романа (aka pl32) за правильную наводку в той теме на правильный УФ светодиод.

После покупки принтера KLD-LCD-1268-A1 сразу стало очевидно, что с равномерностью освещенности экрана все плохо. Непонятно было, насколько плохо. Выяснилось, что хуже не бывает - и это в нынешнем виде сокращает реальную область печати 3Д принтера до квадрата со стороной 30...40 мм всего лишь.

Конкурентом моего принтера на рынке является Wanhao Duplicator 7 - c такой же отвратительной световой схемой.

Правильнее было бы говорить об отсутствии таковой.

Главные требования при конструировании световой схемы определил так:

- равномерность засветки экрана

- перпендикулярность к плоскости экрана падающих на него лучей светового потока

Сопутствующие критерии:

- минимизация потерь светового потока

- увеличение энергии светового потока

- увеличение освещенности

Последний критерий:

- стоимость модернизации

Если чего упустил, буду признателен за дополнения.

Первой мыслью было поставить большую коллиматорную линзу кварцевого стекла с потерями в диапазоне 365-405 нм не более 3%. И диаметром не менее 140 мм, по длине диагонали экрана.

Источником света имеем такой сдвоенный диод на 20 Вт.Прикинув прохождение лучей выяснилось, что этот источник УФ надо опускать минимум на 150-200 мм, чтобы хоть как-то его можно было считать точечным - для получения на выходе коллиматора параллельного пучка света. А такого места нет в корпусе, и ставить корпус на высокие дополнительные ноги как-то не гламурно.

Кроме того, выяснил у производителей у нас и в Китае, что такая линза будет стоить 150-200 долларов.

Вторая мысль - неужели никто не озаботился раньше меня этой проблемой? Полез лазить по известному китайскому сайту, и по слову 'коллиматор' нашел кучу предложений такого типа.Сразу же смутило наличие рефлектора - из этих зон лучи только чудом могли собраться в параллельный пучок. Стал искать информацию по геометрии этих китайских линз, по световому потоку после них - он оказался в лучшем случае 60 гр., и никакой не параллельный.

Почему китайские друзья употребляют для такой оптической схемы слово 'коллиматор' - не понимаю. В оптике такая штука называется конденсор.

Вдобавок, потери в этом, как они называют, 'линзовом стекле', сделанном, наверно, из обычного акрила, составляют, по разным источникам, 9-15%. Пришлось идти за новой мыслью.

Мысль оказалась такой - поставить маленькие источники света равномерно по всему полю экрана.

Коллиматор делать не из китайских линз (которые не коллиматорные, а конденсорные) - а простейший, ячеистый. С ячейкой или в виде соты, или в виде прямоугольника. Преимущества - нет потерь прохождения лучей, высотой ячеек можно регулировать угол излучения каждой ячейки.

Первыми кандидатами были SMD 3528 диоды, и трехваттные.

SMD 3528 пришлось бы паять 500 штук, стало грустно. Да и угол излучения 120 гр., что совсем плохо. большие потери. И совершенно не понятно, как отводить тепло от этого массива светодиодов.

Трехватные получше. Пришлось бы покупать дополнительный блок питания ватт на 150, паять драйверы для цепочек светодиодов, придумать схему сопряжения драйверов с платой контроллера из принтера, ставить серьезный радиатор с вентилятором для отвода тепла. Но расположить их с мелким шагом не получится из-за приличных собственных размеров, значит останется значительная паразитная ХУ засветка.

И тут, о чудо, Роман (aka pl32) обратил внимание на обычные светодиоды диаметром 5 мм, о которых я по глупости совершенно забыл.

И пошло, поехало.

Ниже сравнительная табличка характеристик УФ светодиодов для сборки распределенного источника света.По ссылке, которую дал Роман, угол излучения УФ диода 20 гр. У остальных продавцов и производителей - 30 гр.

Полез в загашник, и нашел у себя в точности такой диод, но белого свечения. Решил проверить на нем световые характеристики.

Еще пара заходов в загашник, и получился такой стенд для измерений.Все компоненты надежно зафиксировал силой тяготения.

Точность измерений теперь гарантирует, как видите, Carl Zeiss Jena.

Микрометрический стол имеет перемещение на 25 мм по Х и У.

В стойке в красной пластмасске зафиксирован светодиод, на расстоянии 35 мм от сенсора смартфона.А вот идет процесс измерения. Кстати, видны, какие сенсоры включены на запись результатов измерений.Измерил 13 серий с шагом 1 мм от края до центра, по 25 точек в каждой серии с шагом тоже 1 мм.

Измерения проводились примерно 40-50 мин. За это время светодиод почти не нагрелся. Еле-еле на ощупь.

Результаты.Результат очень обнадеживающий - на уровне о.5 железные 30 гр. излучения.

Освещенность в пике от такого маломощного, всего 0.06 Вт, источника света составила бешеные 20000 лк. Это конечно белый свет, полный видимый спектр. Если для УФ освещенность упадет в 10, или даже в 15 раз, и если LCD экран принтера задержит еще 10-20%, все равно останется более 1000 лк. Это в 7 раз выше, чем нынешняя освещенность экрана принтера !!!

Надеюсь, удастся существенно сократить время экспозиция слоя. Будем смотреть на практике.

Так выглядит диаграмма излучения в трехмерном виде.Теперь обрезаем излучение ячейкой размером 6х6 мм. Теряем порядка 60% излучения, но освещенность в центре, естественно, при этом не изменилась.Ячейка квадратная. Просто не удалось придумать, как сделать ручками шестигранные соты без кривой геометрии. Если кто знает способ, был бы очень признателен.

Очень технологично и точно светодиоды можно смонтировать на фольгированный стеклотекстолит. Ножки светодиодов ни в коем случае не откусываем после пайки - это 'естественный' отличный медный радиатор, отводящий тепло.И так монтируем ячеистый коллиматор.Сначала думал делать ячейки из очень хорошего алюминия от пивных банок, у них толщина 0.1 мм. Но с учетом общей мощности осветителя всего 15 Вт, КПД светодиодов не более 30% - сдувать с ячеек потребуется всего 3 Вт, при очень большой собственной площади ячеек. Думаю, можно обойтись обычной мелованной тонкой бумагой, окрашенной черной акриловой краской из баллончика. Этот материал традиционно используется в светотехнике с конца 19 века.

Еще один бенефит - не придется переделывать схему питания диодов. а можно будет просто подключить их к имеющейся на плате управления схеме.

В общем, несколько дней назад закупил 1000 шт. таких диодов. Правда не по 10 руб. в Чип и Дип, а по 87 копеек. Надеюсь, через 3-4 недели диоды приедут и можно будет модернизировать принтер.

Имеются диоды такого типоразмера и с длиной волны излучения 365 нм. Как бы из ничего имеем прирост энергии излучения в 20%.

И здесь говорили, что проницаемость смолы резко падает с уменьшением длины УФ, и при 365 не превышает 50 мкм. Понятно, это важно в борьбе с паразитной засветкой по оси Z, помимо основного способа - введением пигментов в состав смолы.

Поделитесь, пожалуйста, информацией на эту тему, у кого она есть.

Спасибо за внимание.

Буду очень признателен за любую конструктивную критику!!!