Kanadensiska forskare har utvecklat en ny 3D-utskriftsmetod som kallas blurred tomography som snabbt kan producera mikrolinser med optisk kvalitet på kommersiell nivå. Den nya metoden kan göra det enklare och snabbare att designa och tillverka en mängd olika optiska enheter.
"Vi har medvetet lagt till optisk suddighet till ljusstrålarna som används för denna 3D-utskriftsmetod för att tillverka optiska precisionskomponenter", säger Daniel Webber från National Research Council of Canada. "Detta möjliggör produktion av optiskt släta ytor."
I en studie publicerad i Optica , demonstrerar dessa forskare den nya metoden genom att använda den för att göra en millimeterstor plankonvex optisk lins med en bildprestanda som liknar en kommersiellt tillgänglig glaslins. De visar också att metoden kan producera optiska komponenter som är klara att användas på bara 30 minuter.
"Vi förväntar oss att den här metoden är värdefull för kostnadseffektiv och snabb prototypframställning av optiska komponenter på grund av den tomografiska 3D-skrivarens prisvärdhet och de material som används", säger Webber. "Dessutom kan den inneboende friformsnaturen hos tomografisk 3D-utskrift göra det möjligt för optiska designers att förenkla design genom att ersätta flera standardoptik med tryckt optik som har komplexa former."
Tomografisk volymetrisk additiv tillverkning är en relativt ny tillverkningsmetod som använder projicerat ljus för att stelna ett ljuskänsligt harts i specifika områden. Det gör att en hel del kan skrivas ut på en gång utan några stödstrukturer.
Befintliga tomografiska metoder kan dock inte direkt skriva ut linser av bildkvalitet eftersom de pennliknande strålarna som används orsakar ränder som leder till små åsar på komponentens yta. Även om efterbearbetningssteg kan användas för att skapa släta ytor, tillför dessa tillvägagångssätt tid och komplexitet, vilket tar bort den snabba prototypfördelen som är förknippad med tomografiskt tryck.
"Tillverkning av optiska komponenter är kostsamt på grund av de stränga tekniska specifikationer som krävs för en fungerande lins, såväl som den komplexa och tidskrävande tillverkningsprocessen", säger Dr. Webber. "Suddig tomografi kan användas för att göra friformsdesigner på ett billigt sätt. När tekniken mognar kan den möjliggöra mycket snabbare prototyper för nya optiska enheter, vilket skulle vara användbart för alla från kommersiella tillverkare till garagebaserade uppfinnare."
För att testa den nya metoden skapade forskarna först en enkel plankonvex lins och visade att den hade en bildupplösning som var jämförbar med en kommersiell glaslins med samma fysiska dimensioner. Den uppvisade också ett formfel i mikronskala, ytjämnhet under nanometer och en punktspridningsfunktion nära glaslinsen.
De gjorde också en 3x3-array av mikrolinser med suddig tomografi och jämförde den med en array som skrivs ut med konventionell tomografisk 3D-utskrift. De fann att det inte var möjligt att avbilda ett visitkort med arrayen tryckt med konventionella medel på grund av stor ytråhet, men det kunde göras med arrayen tryckt med suddig tomografi. Dessutom visade forskarna övertryck av en kullins på en optisk fiber, vilket tidigare endast var möjligt med hjälp av en additiv tillverkningsteknik känd som tvåfotonpolymerisation.
De arbetar nu för att förbättra komponenternas noggrannhet genom att optimera ljusmönstermetoden och genom att införliva materialparametrar i tryckprocessen. De vill också införa automatisering av trycktiden för att göra systemet tillräckligt robust för kommersiellt bruk.
"Tomografisk 3D-utskrift är ett snabbt mogna område som får användning inom många applikationsområden", säger Webber. "Här utnyttjar vi de inneboende fördelarna med denna 3D-utskriftsmetod för att tillverka millimeterstora optiska komponenter. Genom att göra det har vi lagt till repertoaren av optiska tillverkningstekniker ett snabbt och billigt alternativ som potentiellt kan ha en inverkan i framtiden teknologier."
Mer information: Daniel Webber et al, Tillverkning av mikrooptik med suddig tomografi, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.519278
Journalinformation: Optica
Tillhandahålls av Optica
