大功率激光直写设备光学系统分析与散热设计

来源：激光与红外杂志2025年第1期北京时间：

作者：胡兴涛

单位：1.安徽信息工程学院机械工程学院，安徽 芜湖 241000；2.安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽 芜湖 241000；3.安徽工业大学机械工程学院，安徽 马鞍山 243032；

摘要：本文针对一款大功率激光直写设备光学系统,采用了数值模拟与试验相结合的方法,并设计了一款镜筒的散热结构。利用有限元分析软件对光学系统结构进行了热分析与应力应变分析,分析结果显示:光学系统激光功率为100W,SUS304和AL6061材质的镜筒表面温度最高位置都集中在棱镜盒附近区域,最高温度达59016℃,整体温度均匀性和散热性能较差；AL6061材质光学镜筒棱镜盒附近区域存在较大的应力,结构性能较差。总结光学系统散热设计的一般原则,采用被动和主动相结合的散热设计,并进行了试验验证,试验结果表明:在散热系统正常工作时,系统整体温差为099℃,达到了温度均匀性指标要求；DMD标定误差小于15μm且中心位置多向同一方向漂移,满足误差小于20μm的技术指标要求,有利于系统曝光时图像拼接,验证了散热设计的有效性。

关键词：大功率激光直写设备;光学系统;热分析;应力应变分析;散热设计;试验验证

基金资助：安徽省高等学校自然科学研究项目(No.KJ2021A1205；No.KJ2021ZD0144)；安徽工程大学科研启动基金项目(No.S022022113)资助。