Generalità
Il progetto nasce da una esigenza di aumentare la velocità di costruzione dei modelli 3D in stereolitografia. Le stampanti stereolitografiche sono basate su diodi monomodali, questo permette di avere un diametro di spot piccolo e molto ben controllabile, grazie alla buona qualità del fascio della sorgente, per contro questa soluzione è intrinsecamente limitata in potenza: la conformazione fisica di un diodo monomodale non permette di generare in modo sicuro e affidabile più di circa 100mW di radiazione coerente. Si è quindi sviluppata una sorgente a diodo multimodale dato che questi componenti hanno una potenza di un ordine di grandezza maggiore rispetto ai monomodali anche se a scapito della qualità del fascio. Lo sviluppo ha permesso individuare e testare un componente multimodale adatto all’applicazione e sviluppare un’ottica di beam delivery che permetta di ottenere uno spot accettabile sia dal punto di vista delle dimensioni sia dal punto di vista della distribuzione spaziale di energia.
Descrizione dell’attività di ricerca e sviluppo
L’attività di ricerca e sviluppo si è svolta partendo dall’analisi di alcuni componenti di vari fornitori, Opnext, Sony, Nichia; in base alle caratteristiche e parametri si sono sviluppati calcoli e simulazione per ipotizzarne l’uso. Si è poi progettata una ottica di beam delivery basata su un collimatore e un sistema anamorfico opportunamente dimensionato per ottenere un fascio collimato di sezione circolare di sufficiente qualità, con dimensioni variabili a seconda del diametro ( “waist” ) di spot che si vuole ottenere sul target. Questo diametro è stato calcolato e simulato in ottica gaussiana, in modo da prevedere sia il diametro sia il profilo di distribuzione di energia all’interno dello spot; i risultati sono stati calcolati in base anche alle caratteristiche della lente f-theta dei diversi sistemi di scansione che possono venire adottati. È stato quindi realizzato un prototipo dell’ottica per un test pratico su un sistema di stereolitografia che ha permesso di individuare il componente adatto e verificare che l’ottica risponde alle specifiche e alle aspettative.
Risultati ottenuti e ripercussioni positive
Lo studio ha permesso di ottenere, a seconda del diametro richiesto, valori di qualità del fascio Mquadro compresi tra 2 e 4, comparabili con i tipici 1,2, 1,3 dei diodi monomodali, ma con potenze circa 5 volte maggiori. L’ottica di beam delivery è stata interamente sviluppata con componenti ottici di commercio, evitando di dover sviluppare ottiche custom che implicano tempi e costi impegnativi. Grazie alla maggiore potenza e alla possibilità di aumentare il diametro del fascio mantenendo una distribuzione di energia uniforme all’interno dello spot è stato possibile aumentare di un fattore 4-5 la velocità di accrescimento di modelli in stereolitografia.
