3D打印技术新突破！快速制造商业级光学透镜

加拿大的研究人员开发了一种名为“模糊层析法”的新型3D打印技术，能够快速生产具有商业级光学质量的微透镜。这种新方法可能会使设计和制造各种光学设备变得更加容易和快捷。

“我们故意为这种3D打印方法使用的光束添加了光学模糊，以制造精密的光学元件，”加拿大国家研究委员会的Daniel Webber说。“这使得生产光学平滑表面成为可能。”

在《Optica》期刊上，这些研究人员通过使用该方法制造了一个毫米级平面-凸透光学透镜，展示了这种新方法，其成像性能与商业可获得的玻璃透镜相似。他们还表明，该方法可以在短短30分钟内生产出准备使用的光学元件。

Webber说：“我们预计这种方法对于光学元件的成本效益和快速原型制作非常有价值，这要归功于层析3D打印机和使用的材料的可负担性。此外，层析3D打印的固有自由形态特性可以使光学设计师通过用具有复杂形状的打印光学元件替换多个标准光学元件，来简化设计。”

层析体积增材制造是一种相对新的制造方法，它使用投射光来固化特定区域的光敏树脂。它允许整个部件一次性打印而无需任何支撑结构。然而，现有的层析方法不能直接打印成像质量的透镜，因为使用的铅笔状光束会导致条纹，从而在元件表面形成小脊。尽管可以使用后处理步骤来创建平滑表面，但这些方法增加了时间和复杂性，这削弱了与层析打印相关的快速原型制造优势。

Webber博士说：“由于对功能性透镜所需的严格技术规格，以及复杂且耗时的制造过程，制造光学元件的成本很高。模糊层析法可以以低成本的方式制作自由形态设计。随着技术的成熟，它可以为新光学设备的快速原型制造提供便利，这对于从商业制造商到车库发明家都有用。”

为了测试这种新方法，研究人员首先创建了一个简单的平面-凸透镜，并展示了它具有与具有相同物理尺寸的商业玻璃透镜相当的成像分辨率。它还展示了微米级形状误差、亚纳米级表面粗糙度和接近玻璃透镜的点扩散函数。

他们还使用模糊层析法制作了一个3×3的微透镜阵列，并将其与传统层析法3D打印的阵列进行了比较。他们发现，由于表面粗糙度大，不可能使用传统方法打印的阵列来成像一张名片，但可以使用模糊层析法打印的阵列来完成。此外，研究人员还演示了在光纤上覆印球透镜，这以前只能使用称为双光子聚合的增材制造技术来实现。

他们现在正在通过优化光模式和将材料参数纳入打印过程中来提高组件精度。他们还希望引入打印时间的自动化，使系统足够稳健，以满足商业用途。

Webber说：“层析3D打印是一个正在迅速成熟的领域，在许多应用领域都找到了用途。在这里，我们利用这种3D打印方法的固有优势，制造毫米级光学元件。通过这样做，我们为光学制造技术增加了一种快速且低成本的替代方案，这可能对未来技术产生影响。”

这项研究不仅展示了3D打印技术在光学元件制造中的潜力，而且强调了模糊层析法在快速原型制造中的应用前景。那么，您如何看待这种新型3D打印技术对未来光学设备设计和制造的影响？您认为它将如何改变光学行业的生产方式？欢迎在评论区分享您的想法，与我们共同探讨这一激动人心的技术进步。

参考资料：DOI： 10.1364/OPTICA.519278.