一種用於快速成型的紫外光學系統的製作方法

2023-08-12 17:24:56 1

專利名稱：一種用於快速成型的紫外光學系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於快速成型的紫外光學系統。
背景技術：
目前，用於快速成型領域的紫外光學系統中，一般採用的光源大多為He-Cd紫外雷射器和Ar離子紫外雷射器，導光機構多採用反射光學系統和多纖芯石英光纖系統，聚光機構有的採用錐度光纖，有的為了追求聚焦光斑的微小化而採用多種透鏡組合。這種系統體系存在如下弊端上述採用的紫外雷射器光源能量輸出穩定性較差，且成本費用較高；採用的導光機構中，反射光學系統受環境影響大，而且機構複雜，多纖芯石英光纖系統中因單絲集束時空隙率引起的耦合能量損耗較大；採用的聚光機構中，錐度光纖傳輸能量損耗大，多種透鏡組合的系統結構又給加工裝調帶來較大難度。以上這些弊端在一定程度上限制了利用紫外光進行快速成型技術的推廣應用。

發明內容
為克服上述不足，本發明的目的是提供一種輸出穩定、傳導率能量高、有效聚焦光斑、用於快速成型的紫外光學系統。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是由紫外光源發生器、傳輸導光機構和聚光機構組成，所述紫外光源發生器採用基於球形高壓汞燈的紫外光照射裝置；傳輸導光機構由光纖和連接埠A、B組成；聚光機構由光學組合機構實現；連接埠A與紫外光源發生器相連接，連接埠B與聚光機構的光學組合機構相連接；其特徵是所述傳輸導光機構中光纖採用液芯光纖；其中所述液芯光纖數值孔徑NA≥0.5；數值孔徑角2φ≥60°；有效傳光直徑d＝5mm；光纖最小彎曲半徑r＝60mm；光窗端面耐溫可達200℃；工作環境溫度為-10℃～40℃。
本發明的有益效果是1.採用基於球形高壓汞燈的紫外光源發生器，實現了出射光能量穩定，與成型光波長要求匹配效果好，同時降低了成本。
2.本發明傳輸導光機構核心部分採用的液芯光纖具有大芯徑、大數值孔徑、光譜傳輸範圍廣、傳輸效率高、使用壽命長等特點，並能夠高效率地傳導前端送來的紫外光。
3.聚光機構的多片式光學組合機構，能夠有效地將紫外光會聚在工作焦平面上，同時保證了用於固化成型材料所需的能量和光斑大小，結構緊湊。


圖1本發明紫外光學系統原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的結構及其工作原理作進一步詳細說明。
如圖1所示，本發明由紫外光源發生器、傳輸導光機構和聚光機構組成，其中紫外光源發生器採用基於球形高壓汞燈的紫外光照射裝置1，用於產生波長在250～500nm的紫外光，其中峰值波長為365nm；根據成型材料(光敏樹脂)的固化特點(要求紫外光波長在320～480nm之間)，本紫外光源發生器產生的紫外光與其要求匹配相當。紫外光源發生器產生的紫外光通過連接埠A21傳入傳輸導光機構2的光纖系統中，光纖系統能夠高效地傳導前端送來的多光譜段紫外光；光纖系統將多光譜段通過連接埠B22傳送至多片式聚光機構中，最後由聚光機構將紫外光會聚至工作焦平面上，同時保證了用於固化成型材料所需的能量和光斑大小。
傳輸導光機構2由液芯光纖和連接埠A21、B22組成；聚光機構由光學組合機構3實現；連接埠A21與紫外光源發生器1相連接，連接埠B22與聚光機構的光學組合機構3相連接；本發明的傳輸導光機構核心器件採用液芯光纖，其數值孔徑NA≥0.5(本實施例NA為0.6)；數值孔徑角2φ≥60°(本實施例2φ＝65.5°)；有效傳光直徑d＝5mm；光纖最小彎曲半徑r＝60mm；光窗端面耐溫可達200℃；工作環境溫度為-10℃～40℃(本實施例30℃～40℃)，從而有效地適應了快速成型系統工作時對紫外光學系統的要求1)傳輸光纖往復運動且發生較大變形；2)成型環境溫度達30℃～40℃。
本發明的聚光機構為一種用於傳輸與聚焦的光學透射組合機構(本實施例採用聚光系統KX-1)，它與傳輸導光機構的液芯光纖同軸，能夠最大限度地接收傳來的發散角度為θ＝40°～50°的、波長為λ＝250nm～500nm的紫外光，提高聚焦光斑功率密度4倍以上，同時其後工作距離長，有利於整體結構的調整。
本發明有效地克服了現有紫外光固化成型系統體系存在的弊端，在快速成型領域中具有較高的實用價值。
權利要求
1.一種用於快速成型的紫外光學系統，由紫外光源發生器、傳輸導光機構和聚光機構組成，所述紫外光源發生器採用基於球形高壓汞燈的紫外光照射裝置(1)；傳輸導光機構(2)由光纖和連接埠A(21)、B(22)組成；聚光機構由光學組合機構(3)實現；連接埠A(21)與紫外光源發生器(1)相連接，連接埠B(22)與聚光機構的光學組合機構(3)相連接；其特徵是所述傳輸導光機構中光纖採用液芯光纖。
2.按照權利要求1所述用於快速成型的紫外光學系統，其特徵在於所述液芯光纖數值孔徑NA≥0.5；數值孔徑角2φ≥60°；有效傳光直徑d＝5mm；光纖最小彎曲半徑r＝60mm；光窗端面耐溫可達200℃；工作環境溫度為-10℃～40℃。
全文摘要
本發明公開一種用於快速成型的紫外光學系統。它由紫外光源發生器、傳輸導光機構和聚光機構組成，紫外光源發生器為基於球形高壓汞燈的紫外光照射裝置；傳輸導光機構由光纖和連接埠A、B組成；聚光機構由光學組合機構實現；連接埠A與紫外光源發生器相連接，連接埠B與聚光機構的光學組合機構相連接；其特徵是所述傳輸導光機構中光纖採用液芯光纖。本發明能夠獲得能量穩定的出射光，並與快速成型所需紫外光的波長要求相匹配，能夠高效率地傳導和會聚紫外光，保證了用於固化成型材料所需的能量和光斑大小。從而為基於紫外光的快速成型系統提供有效的方法和技術參考。
文檔編號C08J3/28GK1565823SQ03133829
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月27日 優先權日2003年6月27日
發明者劉偉軍, 楊樹梅, 嶽震, 趙吉賓 申請人:中國科學院瀋陽自動化研究所