Forskere udnytter sløret lys til at 3D-printe optiske komponenter af høj kvalitet

Canadiske forskere har udviklet en ny 3D-printmetode kaldet sløret tomografi, der hurtigt kan producere mikrolinser med optisk kvalitet på kommercielt niveau. Den nye metode kan gøre det nemmere og hurtigere at designe og fremstille en række optiske enheder.

"Vi har med vilje tilføjet optisk sløring til lysstrålerne, der blev brugt til denne 3D-printmetode til fremstilling af optiske præcisionskomponenter," sagde Daniel Webber fra National Research Council of Canada. "Dette muliggør produktion af optisk glatte overflader."

I en undersøgelse offentliggjort i Optica , demonstrerer disse forskere den nye metode ved at bruge den til at lave en plano-konveks optisk linse i millimeterstørrelse med en billeddannelse, der ligner en kommercielt tilgængelig glaslinse. De viser også, at metoden kan producere optiske komponenter, der er klar til brug på kun 30 minutter.

"Vi forventer, at denne metode vil være værdifuld til omkostningseffektiv og hurtig prototyping af optiske komponenter på grund af den overkommelige pris for den tomografiske 3D-printer og de anvendte materialer," sagde Webber. "Den iboende frie form af tomografisk 3D-printning kunne også gøre det muligt for optiske designere at forenkle design ved at erstatte flere standardoptikker med printet optik, der har komplekse former."

Udjævning af kanterne

Tomografisk volumetrisk additiv fremstilling er en relativt ny fremstillingsmetode, der bruger projiceret lys til at størkne en lysfølsom harpiks i specifikke områder. Det gør det muligt at printe en hel del på én gang uden nogen støttestrukturer.

Eksisterende tomografiske metoder kan dog ikke direkte udskrive linser i billedkvalitet, fordi de anvendte blyantlignende stråler forårsager striber, der fører til små riller på komponentens overflade. Selvom efterbehandlingstrin kan bruges til at skabe glatte overflader, tilføjer disse tilgange tid og kompleksitet, hvilket fjerner den hurtige prototyping-fordel forbundet med tomografisk udskrivning.

"Fremstilling af optiske komponenter er dyr på grund af de strenge tekniske specifikationer, der er nødvendige for en fungerende linse, såvel som den komplekse og tidskrævende fremstillingsproces," sagde Dr. Webber. "Sløret tomografi kan bruges til at lave freeform-designs på en billig måde. Efterhånden som teknologien modnes, kan den tillade meget hurtigere prototyper til nye optiske enheder, hvilket ville være nyttigt for alle fra kommercielle producenter til garagebaserede opfindere."

Oprettelse af små linser

For at teste den nye metode skabte forskerne først en simpel plankonveks linse og viste, at den havde en billedopløsning, der kan sammenlignes med en kommerciel glaslinse med de samme fysiske dimensioner. Den udviste også en formfejl i mikronskala, en overfladeruhed på subnanometer og en punktspredningsfunktion tæt på glaslinsen.

De lavede også et 3x3-array af mikrolinser ved hjælp af sløret tomografi og sammenlignede det med et array printet med konventionel tomografisk 3D-print. De fandt ud af, at det ikke var muligt at afbilde et visitkort med arrayet printet med konventionelle midler på grund af stor overfladeruhed, men det kunne gøres med arrayet printet med sløret tomografi. Derudover demonstrerede forskerne overprintning af en kuglelinse på en optisk fiber, hvilket tidligere kun var muligt ved hjælp af en additiv fremstillingsteknik kendt som to-foton polymerisation.

De arbejder nu på at forbedre komponentnøjagtigheden ved at optimere lysmønstermetoden og ved at inkorporere materialeparametre i printprocessen. De ønsker også at indføre automatisering af udskrivningstiden for at gøre systemet tilstrækkeligt robust til kommerciel brug.

"Tomografisk 3D-printning er et hurtigt voksende felt, som finder anvendelse i mange anvendelsesområder," sagde Webber. "Her udnytter vi de iboende fordele ved denne 3D-printmetode til at fremstille optiske komponenter i millimeterstørrelse. På den måde har vi tilføjet repertoiret af optiske fremstillingsteknikker et hurtigt og billigt alternativ, som potentielt kan få indflydelse i fremtiden teknologier."

Flere oplysninger: Daniel Webber et al., Fremstilling af mikrooptik ved brug af sløret tomografi, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.519278

Journaloplysninger: Optica

Leveret af Optica