应用于树脂材料光固化的轮廓再现光学系统设计及分析

发布时间：2020-03-22 00:16

【摘要】：3D打印技术与传统的去材加工‖相比,具有生产效率高,精度高,一体化成型以及能够制备结构复杂、弧度抽象等模型的特点,越来越多的被人们所认识。但是传统的3D打印都是扫描式打印,需要将模型用分层软件处理,打印机逐层将打印材料成形,精度及生产效率较低,越来越不能满足人们对高质量、快节奏‖生活的追求。本论文在总结了现有光固化3D打印方法的基础上,基于高精度3D打印提出了利用聚焦镜头使光斑会聚的方法,并研究了会聚镜头的不同入射点及成像距离等对成像光斑大小的影响,在高效率的光固化3D打印的设计中,提出了一种利用光学设计软件DOEMaster,设计衍射光学元件,改变多激光器的传播相位,使其与实体模型相位一致,共同照射到光敏树脂材料,再现出三维模型的打印方案。在本论文中,对方案所需要用到的扩束系统进行了设计,首先在几何光学的原理下,对初始结构进行选择与计算,利用ZEMAX模拟软件进行模拟及优化,设计出了一个入射波长为405nm,入瞳直径为2mm,光束类型为高斯,全视场角为3°,材料为融石英的三片式十倍扩束系统,最终设计的系统,在不同视场下波像差最大为0.025λ,远小于λ/4,初级像差很小,场曲小于0.2mm,畸变小于0.002%。并在此基础上,保持透镜材料、系统总长以及透镜间隔都不变的基础上,设计优化了满足指标要求的五倍和十五倍激光扩束系统。在本论文中,利用ZEMAX软件,模拟了实验室现有405nm会聚镜头在不同入射位置以及不同成像距离情况下的光斑大小,并对模拟数据进行了分析,得出在不同位置以及不同距离,光斑大小的具体数值以及变化趋势。在本论文中,利用定制的会聚镜头进行3D打印实验;利用双光束会聚的方式提出了新的打印方式。对多激光束的分束方案做了介绍,对需要的可调谐输出板条激光器的谐振腔提出了设计方法,并对需要的光学系统做了总结。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH74;TP391.73

【参考文献】