研究人员利用模糊光3D打印高质量光学元件

发布时间：2024-06-12 15:47:41 栏目：生活

导读 加拿大研究人员开发了一种名为模糊断层扫描的新型3D 打印方法，可以快速生产具有商业级光学质量的微透镜。这种新方法可能使设计和制造各种

加拿大研究人员开发了一种名为模糊断层扫描的新型3D 打印方法，可以快速生产具有商业级光学质量的微透镜。这种新方法可能使设计和制造各种光学设备变得更容易、更快捷。



加拿大国家研究委员会的丹尼尔·韦伯表示：“我们特意在用于这种 3D 打印方法的光束中添加光学模糊，以制造精密光学元件。” “这使得能够生产出光学光滑的表面。”

在Optica Publishing Group旗下高影响力研究期刊《Optica》上，这些研究人员展示了这项新方法，他们利用该方法制作出毫米级的平凸光学透镜，其成像性能与市售玻璃透镜相似。他们还表明，该方法可以在短短 30 分钟内生产出可立即使用的光学元件。

“我们预计这种方法对于经济高效且快速地制作光学元件原型非常有用，因为断层扫描 3D 打印机和所用材料价格实惠，”韦伯说。“此外，断层扫描 3D 打印固有的自由曲面特性可以使光学设计师通过用具有复杂形状的打印光学元件替换多个标准光学元件来简化设计。”

平滑边缘

断层扫描体积增材制造是一种相对较新的制造方法，它使用投射光来固化特定区域的感光树脂。它允许一次性打印整个部件而无需任何支撑结构。然而，现有的断层扫描方法无法直接打印成像质量的镜头，因为使用的铅笔状光束会造成条纹，导致部件表面出现小脊。虽然可以使用后处理步骤来创建光滑的表面，但这些方法增加了时间和复杂性，从而消除了断层扫描打印的快速原型优势。

“光学元件的制造成本很高，因为功能齐全的镜头需要严格的技术规格，而且制造过程复杂且耗时，”韦伯博士说。“模糊断层扫描可用于以低成本的方式进行自由曲面设计。随着技术的成熟，它可以更快地为新光学设备制作原型，这对从商业制造商到车库发明家的任何人都很有用。”

创造微型透镜

为了测试这一新方法，研究人员首先制作了一个简单的平凸透镜，并证明其成像分辨率可与具有相同物理尺寸的商用玻璃透镜相媲美。它还表现出微米级的形状误差、亚纳米级的表面粗糙度和接近玻璃透镜的点扩展函数。

他们还利用模糊断层扫描技术制作了一个 3x3 微透镜阵列，并将其与使用传统断层扫描 3D 打印技术打印的阵列进行了比较。他们发现，由于表面粗糙度较大，使用传统方法打印的阵列无法对名片进行成像，但使用模糊断层扫描技术打印的阵列可以做到这一点。此外，研究人员还演示了将球透镜叠加打印到光纤上，而这以前只能使用称为双光子聚合的增材制造技术来实现。

他们目前正在努力通过优化光图案化方法和将材料参数纳入打印过程来提高组件精度。他们还希望引入打印时间自动化，使系统足够坚固，可用于商业用途。

“断层扫描 3D 打印是一个快速成熟的领域，在许多应用领域都有所应用，”韦伯说。“在这里，我们利用这种 3D 打印方法的内在优势来制造毫米级的光学元件。通过这样做，我们在光学制造技术库中增加了一种快速且低成本的替代方案，可能会对未来的技术产生影响。”