一种用于快速成型的紫外光学系统 【技术领域】
本发明涉及一种用于快速成型的紫外光学系统。
背景技术
目前，用于快速成型领域的紫外光学系统中，一般采用的光源大多为He-Cd紫外激光器和Ar离子紫外激光器，导光机构多采用反射光学系统和多纤芯石英光纤系统，聚光机构有的采用锥度光纤，有的为了追求聚焦光斑的微小化而采用多种透镜组合。这种系统体系存在如下弊端：上述采用的紫外激光器光源能量输出稳定性较差，且成本费用较高；采用的导光机构中，反射光学系统受环境影响大，而且机构复杂，多纤芯石英光纤系统中因单丝集束时空隙率引起的耦合能量损耗较大；采用的聚光机构中，锥度光纤传输能量损耗大，多种透镜组合的系统结构又给加工装调带来较大难度。以上这些弊端在一定程度上限制了利用紫外光进行快速成型技术的推广应用。
【发明内容】
为克服上述不足，本发明的目地是提供一种输出稳定、传导率能量高、有效聚焦光斑、用于快速成型的紫外光学系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由紫外光源发生器、传输导光机构和聚光机构组成，所述紫外光源发生器采用基于球形高压汞灯的紫外光照射装置；传输导光机构由光纤和连接端口A、B组成；聚光机构由光学组合机构实现；连接端口A与紫外光源发生器相连接，连接端口B与聚光机构的光学组合机构相连接；其特征是所述传输导光机构中光纤采用液芯光纤；
其中所述液芯光纤数值孔径：NA≥0.5；数值孔径角：2φ≥60°；有效传光直径：d＝5mm；光纤最小弯曲半径：r＝60mm；光窗端面耐温可达200℃；工作环境温度为：-10℃～40℃。
本发明的有益效果是：
1.采用基于球形高压汞灯的紫外光源发生器，实现了出射光能量稳定，与成型光波长要求匹配效果好，同时降低了成本。
2.本发明传输导光机构核心部分采用的液芯光纤具有大芯径、大数值孔径、光谱传输范围广、传输效率高、使用寿命长等特点，并能够高效率地传导前端送来的紫外光。
3.聚光机构的多片式光学组合机构，能够有效地将紫外光会聚在工作焦平面上，同时保证了用于固化成型材料所需的能量和光斑大小，结构紧凑。
【附图说明】
图1本发明紫外光学系统原理图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的结构及其工作原理作进一步详细说明。
如图1所示，本发明由紫外光源发生器、传输导光机构和聚光机构组成，其中：紫外光源发生器采用基于球形高压汞灯的紫外光照射装置1，用于产生波长在250～500nm的紫外光，其中峰值波长为365nm；根据成型材料(光敏树脂)的固化特点(要求紫外光波长在320～480nm之间)，本紫外光源发生器产生的紫外光与其要求匹配相当。紫外光源发生器产生的紫外光通过连接端口A21传入传输导光机构2的光纤系统中，光纤系统能够高效地传导前端送来的多光谱段紫外光；光纤系统将多光谱段通过连接端口B22传送至多片式聚光机构中，最后由聚光机构将紫外光会聚至工作焦平面上，同时保证了用于固化成型材料所需的能量和光斑大小。
传输导光机构2由液芯光纤和连接端口A21、B22组成；聚光机构由光学组合机构3实现；连接端口A21与紫外光源发生器1相连接，连接端口B22与聚光机构的光学组合机构3相连接；
本发明的传输导光机构核心器件采用液芯光纤，其数值孔径：NA≥0.5(本实施例NA为0.6)；数值孔径角：2φ≥60°(本实施例2φ＝65.5°)；有效传光直径：d＝5mm；光纤最小弯曲半径：r＝60mm；光窗端面耐温可达200℃；工作环境温度为：-10℃～40℃(本实施例30℃～40℃)，从而有效地适应了快速成型系统工作时对紫外光学系统的要求：1)传输光纤往复运动且发生较大变形；2)成型环境温度达30℃～40℃。
本发明的聚光机构为一种用于传输与聚焦的光学透射组合机构(本实施例采用聚光系统KX-1)，它与传输导光机构的液芯光纤同轴，能够最大限度地接收传来的发散角度为：θ＝40°～50°的、波长为：λ＝250nm～500nm的紫外光，提高聚焦光斑功率密度4倍以上，同时其后工作距离长，有利于整体结构的调整。
本发明有效地克服了现有紫外光固化成型系统体系存在的弊端，在快速成型领域中具有较高的实用价值。