科学家利用模糊光三维打印高质量镜片

研究人员开发了一种名为模糊层析成像的新型 3D 打印方法，可以快速生产出具有商业级光学质量的微透镜。他们使用这种技术打印了一个微型透镜阵列，图中的微型透镜阵列由一组镊子夹持。图片来源：加拿大国家研究理事会丹尼尔-韦伯

在光学出版集团（Optica Publishing Group）的高影响力研究期刊《光学》（Optica）上，这些研究人员展示了这种新方法，用它制作了一个毫米大小的平凸透镜，其成像性能与市售玻璃透镜类似。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。

韦伯说："由于层析 3D 打印机和所使用的材料价格低廉，我们预计这种方法对于经济高效地快速制作光学元件原型非常有价值。此外，层析 3D打印固有的自由形态特性可以让光学设计师用形状复杂的打印光学器件取代多个标准光学器件，从而简化设计。"

这项新技术使用定制的投影透镜来模糊用于固化光敏树脂的激光束。这样就产生了光学上光滑的表面，从而可以打印出商业质量的镜片，如左下角所示的镜片。资料来源：加拿大国家研究理事会丹尼尔-韦伯

断层体积增材制造是一种相对较新的制造方法，它利用投射光在特定区域固化光敏树脂。它可以在没有任何支撑结构的情况下一次性打印出整个部件。然而，现有的层析成像方法无法直接打印出成像质量的透镜，因为所使用的铅笔状光束会造成条纹，从而导致部件表面出现小棱角。虽然可以使用后处理步骤来创建光滑的表面，但这些方法增加了时间和复杂性，从而失去了与断层打印相关的快速原型制作优势。

韦伯博士说："光学元件的制造成本很高，因为一个正常的透镜需要严格的技术指标，而且制造过程复杂耗时。模糊层析成像技术可用于以低成本的方式进行自由形态设计。随着技术的成熟，它可以更快地制作出新光学设备的原型，这对从商业制造商到车库发明家的任何人都非常有用。"

为了测试这种新方法，研究人员首先制作了一个简单的平凸透镜，结果表明它的成像分辨率与具有相同物理尺寸的商用玻璃透镜相当。它还表现出微米级的形状误差、亚纳米级的表面粗糙度和接近玻璃透镜的点展宽函数。

他们还利用模糊层析技术制作了一个 3×3 的微透镜阵列，并将其与用传统层析 3D 打印技术打印的阵列进行了比较。他们发现，由于表面粗糙度较大，用传统方法打印的阵列无法对名片成像，但用模糊层析成像技术打印的阵列却可以。此外，研究人员还演示了将球透镜叠印到光纤上，这在以前只能通过一种称为双光子聚合的增材制造技术来实现。

目前，他们正致力于通过优化光图案设计方法和将材料参数纳入打印过程来提高组件精度。他们还希望实现打印时间的自动化，使系统足够强大，使其能够用于商业用途。

韦伯说："断层三维打印技术是一个迅速成熟的领域，在许多应用领域都得到了应用。在这里，我们利用这种三维打印方法的内在优势来制造毫米级的光学元件。这样，我们就为光学制造技术增加了一种快速、低成本的替代方法，有可能对未来技术产生影响。"

编译来源：ScitechDaily