En ny metod för att göra en låg kostnad, högkvalitativ lins som snabbt använder en 3D-skrivare har lovande potential att skapa optiska bildlinser, anpassade kontaktlinser för att korrigera förvrängd syn, eller till och med förvandla iPhones till mikroskop för diagnos av sjukdomar.

Utvecklad av Northwestern Engineering -forskare efter två års forskning, den anpassade optiska komponenten, som är 5 millimeter i höjd och 5 millimeter i diameter, kan 3D -skrivas ut på cirka fyra timmar.

"Ända tills nu, vi litade starkt på den tidskrävande och kostsamma processen att polera linser, "sa Cheng Sun, docent i maskinteknik och vars lab utvecklade 3D -utskriftsprocessen. "Med 3D -utskrift, nu har du friheten att snabbt designa och anpassa ett objektiv. "

Forskningen publicerades den 24 mars i Avancerade material . Den innehåller bilder tagna med objektivet anslutet till en Apple iPhone 6s, inklusive detaljerade bilder av högkvalitativ bild av en solnedgångsfjärilsvinga och en fläck på en vivelelyta.

Liksom alla 3D -utskrifter, att skapa dessa linser innebär att man placerar lager på lager av material. Sun liknade att bygga linsen med att driva en filmprojektor. "Istället för att projicera en ram, den ena bilden efter den andra, vi lager en ram ovanpå en annan, "Sa Sun." Det är som att spela en film vertikalt. "

Men när forskare först skrev ut linsen, dess krökta lager, tillverkad av ett fotohärdbart harts, skapat ett synligt steg.

"Vi insåg att skikten ovanpå varandra skapade ytjämnhet. Skikttjockleken är vanligtvis 5 mikron, medan det synliga ljusets våglängd är cirka 0,5 mikron. Detta skapar en optiskt grov yta, "sa han." Det var flaskhalsen. Ojämnheten gjorde att linsen inte kunde klara optik. "

Detta ledde till gruppens enkla vägledande forskningsfråga:Kan vi göra ytan slät utan att sänka utskriftshastigheten? För att lösa den utmaningen, Suns grupp utvecklade en tvåstegsprocess med lager och polering.

"Först, vi använde gråskala bilder för att skapa fler övergångar mellan steg, "Solen sa." Då, vi belagde ytan med samma fotohärdbara harts. Det bildar sedan menisken som ytterligare slätar ut ytan. "

Resultatet:en transparent lins med en slät yta.

"Jag måste ha försökt mer än 100 gånger för att få det här rätt, "sa Xiangfan Chen, en doktorand i maskinteknik och huvudförfattare till studien.

Detta objektiv, dock, är inte det första objektivet av hög kvalitet som skapats av 3D-utskrift. Tyskbaserade företaget Nanoscribe har utvecklat en högprecision femto-sekunders 3D-skrivare med 150 nanometer precision, men det bygger linsen punkt-för-punkt istället för lager, Sa Sun.

"Det är en tidskrävande process. Det är deras begränsning, "tillade han." Vi ville göra något jämförbart men snabbare och med bättre kvalitet. "

"Om du vill göra ett objektiv, vill du göra det på två timmar eller två veckor? "sa Chen." Vi är mycket glada över det här objektivet. "

Denna process kan leda till en uppsjö av nya enheter med en mängd olika tillämpningar inom optik och biomedicinsk bildbehandling, Sa Sun.

Nästa, gruppen kommer att experimentera med att göra större linser samt undersöka hur man integrerar det 3D-tryckta objektivet med medicintekniska produkter, såsom ett endoskop eller optiskt mikroskop. "Dessa linser kan hjälpa till att upptäcka någon genetisk sjukdom eller cancer, "sa Biqin Dong, en postdoktor med fokus på biomedicinsk och maskinteknik, som också arbetat med forskningen.

Dong föreställer sig också att dessa linser kan användas av läkare i underutvecklade områden för diagnostisk bildbehandling eller av fältforskare som bärbara mikroskop. Linsen kan också utformas som en anpassad kontaktlins för personer med förvrängda hornhinnor orsakade av keratokonus. "Kontaktlinsen skulle ha den anpassade ytan, matcha den med formen på patientens hornhinna, "Sa Sun.