研究人员利用模糊的光来3d打印高质量的光学元件
发布时间：2024-05-21 09:37:29 阅读数： 262
研究人员开发了一种新的3D打印方法，称为模糊断层扫描，可以快速生产具有商业级光学质量的微透镜。他们利用这项技术打印了一个微透镜阵列，如图所示，微透镜阵列被一组镊子夹住。来源:Daniel Webber，加拿大国家研究委员会
加拿大研究人员开发了一种新的3D打印方法，称为模糊断层扫描，可以快速生产具有商业级光学质量的微透镜。这种新方法可以使设计和制造各种光学器件变得更容易、更快捷。加拿大国家研究委员会的丹尼尔·韦伯说:“我们有意在这种3D打印方法的光束中添加光学模糊，以制造精密的光学元件。”“这使得光学光滑表面的生产成为可能。”
在《光学》杂志上发表的一项研究中，这些研究人员展示了这种新方法，他们用这种方法制造了一毫米大小的平凸光学透镜，其成像性能与商用玻璃透镜相似。他们还表明，这种方法可以在30分钟内生产出可以使用的光学元件。
Webber说:“由于层析3D打印机和所用材料的可负担性，我们预计这种方法对于光学元件的成本效益和快速原型制作有价值。”“此外，层析3D打印固有的自由形状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取代多个标准光学元件来简化设计。”
平滑边缘
层析体积增材制造是一种相对较新的制造方法，它使用投影光在特定区域固化光敏树脂。它允许在没有任何支撑结构的情况下一次打印整个部件。正在打印的微透镜阵列。资料来源:丹尼尔·韦伯，加拿大国家研究委员会。
然而，现有的层析成像方法不能直接打印成像质量的透镜，因为所使用的铅笔状光束会产生条纹，导致组件表面出现小脊。虽然后处理步骤可以用来创建光滑的表面，但这些方法增加了时间和复杂性，从而剥夺了与层析打印相关的快速原型优势。
韦伯博士说:“光学元件的制造成本很高，因为镜片需要严格的技术规范，而且制造过程复杂而耗时。”“模糊断层扫描可以以低成本的方式制作自由形状的设计。随着技术的成熟，它可以让新的光学设备更快地成型，这将对任何人都很有用，从商业制造商到车库的发明者。"
创造微型镜头
为了测试这种新方法，研究人员首先制造了一个简单的平凸透镜，并证明它具有与相同物理尺寸的商用玻璃透镜相当的成像分辨率。它还具有微米级的形状误差，亚纳米级的表面粗糙度和接近玻璃透镜的点扩展函数。
这项新技术使用一个定制的投影透镜来模糊用于固化光敏树脂的激光束。这产生了一个光学光滑的表面，这使得商业质量的镜头可以打印，如左下角所示。来源:Daniel Webber，加拿大国家研究委员会
他们还使用模糊层析成像技术制作了一个3 × 3的微透镜阵列，并将其与传统层析成像3D打印的阵列进行了比较。他们发现，由于表面粗糙度大，用传统方法打印的阵列无法对名片进行成像，但用模糊断层扫描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套印到光纤上，这在以前只能通过双光子聚合的增材制造技术来实现。他们现在正致力于通过优化光图案方法和将材料参数纳入印刷过程来提高组件的精度。他们还想引入打印时间的自动化，使系统足够健壮，可以用于商业用途。韦伯说:“层析3D打印是一个迅速成熟的领域，在许多应用领域都有应用。”“在这里，我们利用这种3D打印方法的固有优势来制造毫米大小的光学元件。在这样做的过程中，我们为光学制造技术增加了一种快速、低成本的替代方案，可能对未来的技术产生影响。"
