專利名稱：一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外led聚焦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外LED聚焦裝置，可以應(yīng)用于機(jī)械、儀器儀表、計(jì)算機(jī)、汽車、航空航天、建筑、醫(yī)療工程領(lǐng)域的原型件的快速制造。
背景技術(shù)：
光固化(StereoLithography，SL)快速成形技術(shù)(Rapid Prototyping，RP)是目前世界上研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種快速成形方法。以光敏樹(shù)脂為成形材料，用紫外光或其它光源照射，引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，使被曝光的液態(tài)光敏樹(shù)脂固化成形，通過(guò)一層層固化疊加成形制作出原型件。目前，國(guó)內(nèi)外均有不少公司和大學(xué)正在研究SL方法。
目前，SL成形機(jī)上大多以半導(dǎo)體泵浦固體紫外激光器發(fā)出的激光作為能源進(jìn)行樹(shù)脂材料的光固化成形。激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性等優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行材料加工的理想光源。由于激光系統(tǒng)(包括激光器、冷卻器、電源和外光路)的價(jià)格及維護(hù)費(fèi)用昂貴，增加了快速成形機(jī)的制造成本和使用成本。
目前已有紫外燈等低廉能源代替昂貴激光器的快速成形系統(tǒng)，中國(guó)發(fā)明專利CN 1086978C，公開(kāi)了一種“非激光光源線掃描光固化成型方法及裝置”該專利以紫外燈為光源，利用光導(dǎo)纖維輸出光能。但由于紫外燈的使用壽命短，熱效應(yīng)對(duì)成形材料影響大、光能量損耗大等缺點(diǎn)，以紫外燈為光源進(jìn)行光固化快速成形加工的性價(jià)比相對(duì)較低。另外，紫外燈發(fā)出的光除了紫外波長(zhǎng)的光線外，還混有其它波長(zhǎng)的光線，使得聚焦光斑很難達(dá)到0.5mm以下，以紫外燈為光源進(jìn)行光固化加工，成型件的精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外LED聚焦裝置，該裝置成本更低，精度更高。
本發(fā)明提供的一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外LED聚焦裝置，其特征在于該裝置包括位于同一光路上的紫外LED和聚焦系統(tǒng)，紫外LED位于致冷片上，紫外LED發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)聚焦系統(tǒng)聚焦，聚焦形成的光斑直徑D≤0.3mm。
上述聚焦系統(tǒng)可以為非球面聚焦透鏡、球面聚焦透鏡或自聚焦透鏡，其光學(xué)數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6，工作面上聚焦光斑直徑D≤0.3mm。
本發(fā)明以紫外發(fā)光二極管(UV LED)為光源的新型低成本光源及其光學(xué)裝置，在滿足一定精度要求的前提下，可大幅度降低光固化快速成形機(jī)的制造成本和使用成本。具體而言，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1、以紫外發(fā)光二極管替代半導(dǎo)體泵浦固體紫外激光器，從而使快速成形裝備的制造成本和使用成本大幅度降低。
2、以紫外發(fā)光二極管替代紫外燈，降低熱效應(yīng)對(duì)材料的影響。
3、以紫外發(fā)光二極管替代紫外燈，延長(zhǎng)了連續(xù)點(diǎn)燃的壽命。
4、光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA≥0.5。
5、工作面上聚焦光斑直徑D≤0.3mm。
6、采用自動(dòng)調(diào)焦裝置，根據(jù)制件工藝要求，自動(dòng)調(diào)整工作臺(tái)上聚焦光斑直徑大小，提高制件制作效率。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明采用非球面透鏡聚焦示意圖。
圖3是本發(fā)明采用球面透鏡組聚焦示意圖。
圖4是本發(fā)明采用自聚焦透鏡聚焦示意圖。
圖5是采用本發(fā)明裝置的光固化快速成形設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明紫外LED聚焦裝置4包括位于同一光路上的紫外發(fā)光二極管(LED)1和聚焦系統(tǒng)3，為減少溫度對(duì)波長(zhǎng)的影響，紫外LED1附在致冷片2上。紫外LED1發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)聚焦系統(tǒng)3聚焦后，形成直徑D≤0.3mm的光斑5。
如圖2所示，聚焦系統(tǒng)3由兩片處于同光軸的非球面聚焦透鏡6和6’構(gòu)成，光學(xué)數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6。紫外發(fā)光二極管(LED)1發(fā)出的光線經(jīng)倒置的非球面聚焦透鏡6擴(kuò)束成平行光，再經(jīng)非球面聚焦透鏡6’聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑5。
如圖3所示，聚焦系統(tǒng)3由兩套處于同光軸的球面聚焦透鏡組7和7’構(gòu)成，光學(xué)數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6。紫外發(fā)光二極管(LED)1發(fā)出的光線經(jīng)倒置的球面聚焦透鏡組7擴(kuò)束成平行光，再經(jīng)球面聚焦透鏡組7’聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑5。
如圖4所示，聚焦系統(tǒng)3由兩片處于同光軸的自聚焦透鏡8和8’構(gòu)成，光學(xué)數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6。紫外發(fā)光二極管(LED)1發(fā)出的光線經(jīng)倒置的自聚焦透鏡8擴(kuò)束成平行光，再經(jīng)自聚焦透鏡8’聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑5。
如圖5所示，本發(fā)明紫外LED聚焦裝置4位于二維掃描裝置9上，在二維掃描裝置9的帶動(dòng)下，紫外LED聚焦裝置4發(fā)出的光聚焦于液槽10的工作面11上，對(duì)工作面11上光敏樹(shù)脂進(jìn)行掃描，通過(guò)層層固化，最終完成制件12的固化成形。
實(shí)例紫外發(fā)光二極管(LED)1，波長(zhǎng)＝365nm，功率≥100mW。
聚焦系統(tǒng)3采用非球面聚焦系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)聚焦，非球面聚焦透鏡6的孔徑＝25mm，焦距＝35mm，非球面聚焦透鏡6’的孔徑＝25mm，焦距＝25mm。該系統(tǒng)光學(xué)數(shù)值孔徑NA為0.5，工作面上聚焦光斑直徑D≤0.3mm。
權(quán)利要求
1.一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外LED聚焦裝置，其特征在于該裝置包括位于同一光路上的紫外LED(1)和聚焦系統(tǒng)(3)，紫外LED(1)位于致冷片(2)上，紫外LED(1)發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)聚焦系統(tǒng)(3)，聚焦形成的光斑直徑D≤0.3mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于聚焦系統(tǒng)(3)由兩片處于同光軸的非球面聚焦透鏡(6)和(6’)構(gòu)成，其光學(xué)數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6，紫外發(fā)光二極管(1)發(fā)出的光線經(jīng)倒置的非球面聚焦透鏡(6)擴(kuò)束成平行光，再經(jīng)非球面聚焦透鏡(6’)聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于聚焦系統(tǒng)(3)由兩套處于同光軸的球面聚焦透鏡組(7)和(7)’構(gòu)成，其光學(xué)數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6，紫外發(fā)光二極管(1)發(fā)出的光線經(jīng)倒置的球面聚焦透鏡組(7)擴(kuò)束成平行光，再經(jīng)球面聚焦透鏡組(7’)聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于聚焦系統(tǒng)(3)由兩片處于同光軸的自聚焦透鏡(8)和(8’)構(gòu)成，其光學(xué)數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6，紫外發(fā)光二極管(LED)1發(fā)出的光線經(jīng)倒置的自聚焦透鏡(8)擴(kuò)束成平行光，再經(jīng)自聚焦透鏡(8’)聚焦成直徑D≤0.3mm的光斑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于光固化快速成形設(shè)備的紫外LED聚焦裝置，該裝置包括位于同一光路上的紫外LED和聚焦系統(tǒng)，紫外LED位于致冷片上，紫外LED發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)聚焦系統(tǒng)聚焦，聚焦形成的光斑直徑D≤0.3mm。上述聚焦系統(tǒng)為非球面聚焦透鏡、球面聚焦透鏡或自聚焦透鏡，其光學(xué)數(shù)值孔徑NA為0.5～0.6，工作面上聚焦光斑直徑D≤0.3mm。本發(fā)明以紫外發(fā)光二極管替代紫外燈，降低熱效應(yīng)對(duì)材料的影響，延長(zhǎng)了連續(xù)點(diǎn)燃的壽命，可大幅度降低光固化快速成形機(jī)的制造成本和使用成本。
文檔編號(hào)B29C67/00GK1904664SQ200610019778
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者謝軍, 游立德, 莫健華, 黃樹(shù)槐 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)