Ny metode fremskynder 3D-udskrivning af billedlinser i millimeterstørrelse

En ny metode til lavpris, høj kvalitet linse hurtigt ved hjælp af en 3D-printer har lovende potentiale til at skabe optiske billeddannelseslinser, tilpassede kontaktlinser til at korrigere forvrænget syn, eller endda forvandle iPhones til mikroskoper til sygdomsdiagnose.

Udviklet af Northwestern Engineering-forskere efter to års forskning, den tilpassede optiske komponent, som er 5 millimeter i højden og 5 millimeter i diameter, kan 3D-printes på cirka fire timer.

"Indtil nu, vi stolede stærkt på den tidskrævende og dyre proces med polering af linser, "sagde Cheng Sun, lektor i maskinteknik, og hvis laboratorium udviklede 3D -printprocessen. "Med 3D -print, nu har du friheden til hurtigt at designe og tilpasse et objektiv. "

Forskningen blev offentliggjort den 24. marts i Avancerede materialer . Det inkluderer billeder taget med objektivet tilsluttet en Apple iPhone 6s, inklusive detaljerede billeder af høj kvalitet af en solnedgangsmøls vinge og en plet på en snudebilles elyta.

Som al 3D -udskrivning, at skabe disse linser indebærer at placere lag på lag af materiale. Sun sammenlignede opbygningen af ​​linsen med at køre en filmprojektor. "I stedet for at projicere én ramme, det ene billede efter det andet, vi lægger den ene ramme oven på den anden, "Sagde Sun." Det er som at spille en film lodret. "

Men da forskere først trykte linsen, dens buede lag, lavet af en fotohærdende harpiks, skabt et synligt trin.

"Vi indså, at lagene oven på hinanden skabte overfladeruhed. Lagtykkelsen er typisk 5 mikron, mens bølgelængden af ​​synligt lys er omkring 0,5 mikron. Dette skaber en optisk ru overflade, " sagde han. "Det var flaskehalsen. Råheden gjorde linsen ude af stand til klar optik. "

Dette førte til gruppens enkle vejledende forskningsspørgsmål:Kan vi gøre overfladen glat uden at bremse udskrivningshastigheden? For at løse den udfordring, Suns gruppe udviklede en totrinsproces med lagdeling og polering.

"Først, vi brugte gråtonebilleder til at skabe flere overgange mellem trin, "Solen sagde." Så, vi har belagt overfladen med den samme fotohærdende harpiks. Det danner derefter menisken, der yderligere glatter overfladen. "

Resultatet:en gennemsigtig linse med en glat overflade.

"Jeg må have forsøgt mere end 100 gange for at få det helt rigtigt, "sagde Xiangfan Chen, en ph.d. -kandidat i maskinteknik og hovedforfatter på undersøgelsen.

Denne linse, imidlertid, er ikke det første objektiv i høj kvalitet skabt af 3D-print. Det tyskbaserede firma Nanoscribe har udviklet en femto-sekunders 3D-printer med høj præcision med 150 nanometer præcision, men det bygger linsen punkt-for-punkt i stedet for lagdeling, Sagde Sun.

"Det er en tidskrævende proces. Det er deres begrænsning, "tilføjede han." Vi ville lave noget, der var sammenligneligt, men hurtigere og med bedre kvalitet. "

"Hvis du vil lave en linse, vil du lave det om to timer eller to uger? "sagde Chen." Vi er meget begejstrede for dette objektiv. "

Denne proces kan føre til en overflod af nye enheder med en lang række applikationer inden for optik og biomedicinsk billeddannelse, Sagde Sun.

Næste, gruppen vil eksperimentere med at lave større linser samt undersøge, hvordan 3D-printet linse kan integreres med medicinsk udstyr, såsom et endoskop eller optisk mikroskop. "Disse linser kan hjælpe med at opdage en genetisk sygdom eller kræft, "sagde Biqin Dong, en post-doc-stipendiat med fokus på biomedicinsk og maskinteknik, som også arbejdede med forskningen.

Dong forestiller sig også, at disse linser kan bruges af læger i underudviklede områder til diagnostisk billeddannelse eller af feltforskere som bærbare mikroskoper. Linsen kan også formes til en tilpasset kontaktlinse til mennesker med forvrængede hornhinder forårsaget af keratokonus. "Kontaktlinsen ville have den tilpassede overflade, at matche det til formen på patientens hornhinde, "Sagde Sun.