Anhand der Bilder dieses SLA-printers mal ein paar Schätzberechnungen:
Bei einer geschätzten Brennweite der Fokuslinse von 300mm (nach den Bildern Abstand Galvos<>Bearbeitungsfläche), einer Wellenlänge von 405nm und einem Strahl von 3mm ergibt sich ein ungefährer Fokuspunkt von Faustformel:
1,27 x Brennweite x Wellenlänge x M2 / Strahldurchmesser
M2 ist die Beugungsmesszahl. Ich nehme mal für einen singlemode Diodenlaser einen Schätzwert von 2.
Ergibt 1,27 x 300 x 0,000405mm x 2 / 3 = 102 Mikrometer.
Das entspricht meiner spontanen Schätzung im letzten Posting.
Die vom Hersteller angegebenen 70 Mikrometer KÖNNTEN eventuell durch eine bessere Beugungsmesszahl von 1,5 oder eine geringere Brennweite erreicht werden. Ich halte die 70 Mikrometer aber für "sehr optimistisch"
Nehmen wir mal an, der maximale Scanwinkel ist 30 Grad (15 Grad Halbwinkel).
Der Strahlweg ist in der Mitte der Zielfläche, also bei Null-Ablenkwinkel, kürzer als am Rand bei Vollauslenkung. Und zwar um 1 / cos(halbwinkel) = 1 / cos (15 Grad) = 1,035.
Wenn der Abstand Galvo<>Bearbeitungsfläche 250mm beträgt, sind dies 250 x 1,035 = 258,8mm.
Der Fokuspunkt am Rand liegt also zirka 8,8 Millimeter (exakt cos(15°)x8,8 = 8,5)) "unterhalb" der Bearbeitungsfläche !
Praktischerweise stellt man den Fokus so ein, dass die Maximalschärfe bei etwa 70% der Maximalauslenkung liegt, so dass in diesem Fall dann der Fokus im Randbereich um 4 Millimeter "zu niedrig" liegen würde und im Zentrum bei Nullauslenkung um 4 Millimeter "zu hoch".
Diese +/-4 Millimeter bzw. 8 Millimeter sind also unsere benötigte "Schärfentiefe".
Schärfentiefe ist in etwa 2,5 x Wellenlänge x (Brennweite / Strahldurchmesser)2
= 2,5 x 0,000405 x (300 / 3)zum Quadrat = 10,12 Millimeter. Würde also bei diesem Aufbau reichen!
Gehen wir nun einen Schritt weiter und nehmen eine starke Strahlaufweitung auf 20 Millimeter und riesige Galvospiegel, um einen möglichst feinen Fokuspunkt hinzubekommen.
Fokus = 1,27 x 300 x 0,000405mm x 2 / 20 = 15 Mikrometer. Whow!!!
Aber Schärfentiefe = 2,5 x 0,000405 x (300 / 20)zum Quadrat = 0,228 Millimeter. Öha!!!
Das Gemeine an der Sache ist nämlich, dass der Fokus sich linear zur Änderung eines Eingangsparameters (Strahldurchmesser, Brennweite, Wellenlänge etc.) ändert, die Schärfentiefe sich aber zum Quadrat ändert.
Habe ich also einen 5fach fetteren Eingangsstrahl, bekomme ich theoretisch einen 5mal kleineren Fokuspunkt, aber einen 25fach kleineren Schärfentiefebereich.
Mich würde mal bezüglich dieses Geräts interessieren, wie sich das ganze auf die Aushärtung des Materials auswirkt. Denn mit 10mm Schärfentiefe würde der Strahl ja weit in transparentes Material eindringen und dieses sehr tief aushärten, was ja nicht Sinn der Sache sein kann.
Und ohne diese Schärfentiefe bekomme ich am Rand keinen scharfen Fokus hin.
Oder zerstreut das Resin den Laser nach dem ersten Auftreffen so, dass er keine Aushärtung mehr bewirkt? Das kann vielleicht jemand sagen, der sich mit SLA auskennt.
Meine bisherigen Anwendungen beziehen aich auf das Ausbelichten von Fotos auf Fotopapier. Die optischen Anforderungen sind aber exakt die selben.
Die F-Theta Linse würde den Fokus so korrigieren, dass sich dieser immer auf gleicher Ebene befinden würde (deshalb Flachfeld- oder Planfeldlinse).
Dies erlaubt es, mit einem sehr sehr kleinen Schärfentiefenbereich auszukommen (theoretisch Null) und dann natürlich den Fokus extremst zu verkleinern (theoretisch nur begrenzt durch die Wellenlänge und Strahlqualität des Lasers).
Noch anzumerken, dass es sich hier um Faustformeln handelt und dass andere Faktoren, die das Ergebnis verändern können, nicht berücksichtigt sind.
Gruß
Joachim
