加拿大研究人員開發(fā)出一種名為模糊層析成像的新型3D打印方法，可快速制造出具有商業(yè)級光學品質(zhì)的微透鏡。這種新方法可能會使設計和制造各種光學設備變得更容易、更快捷。

加拿大國家研究理事會Daniel Webber說："我們特意為這種用于制造精密光學元件的3D打印方法所使用的光束添加了光學模糊。這樣就能制造出光學上光滑的表面。"

在發(fā)表于《光學》（Optica）的一項研究中，這些研究人員展示了這種新方法，他們用這種方法制造了一個毫米大小的平凸透鏡，其成像性能與市面上的玻璃透鏡類似。他們還表明，這種方法能在短短 30 分鐘內(nèi)制造出可隨時使用的光學元件。

圖片:researchers-harness-bl.jpg

鑷子夾持一組微型透鏡陣列

Webber說：“由于層析 3D 打印機和所使用的材料價格低廉，我們預計這種方法對于經(jīng)濟高效地快速制作光學元件原型非常有價值。此外，層析 3D打印固有的自由形態(tài)特性可以使光學設計人員用形狀復雜的打印光學器件取代多個標準光學器件，從而簡化設計�！�

磨平邊緣

層析體積增材制造是一種相對較新的制造方法，它使用投射光在特定區(qū)域固化光敏樹脂。它允許在沒有任何支撐結(jié)構(gòu)的情況下一次性打印出整個部件。

然而，現(xiàn)有的層析成像方法無法直接打印出成像質(zhì)量的透鏡，因為所使用的鉛筆狀光束會產(chǎn)生條紋，導致部件表面出現(xiàn)細小的棱角。雖然可以使用后處理步驟來創(chuàng)建光滑的表面，但這些方法增加了時間和復雜性，從而失去了與層析成像打印相關(guān)的快速原型優(yōu)勢。

Webber博士說：“光學元件的制造成本很高，因為一個正常的透鏡需要嚴格的技術(shù)指標，而且制造過程復雜耗時。模糊層析掃描技術(shù)可用于以低成本的方式進行自由形態(tài)設計。隨著技術(shù)的成熟，它可以更快地制作出新光學設備的原型，這對從商業(yè)制造商到車庫發(fā)明家的任何人都非常有用�！�

制造微小透鏡

為了測試這種新方法，研究人員首先制作了一個簡單的平凸透鏡，結(jié)果表明，它的成像分辨率與具有相同物理尺寸的商用玻璃透鏡相當。它還表現(xiàn)出微米級的形狀誤差、亞納米級的表面粗糙度和接近玻璃透鏡的點擴散函數(shù)。

圖片:researchers-harness-bl-1.jpg

新技術(shù)使用定制的投影透鏡來模糊用于固化光敏樹脂的激光束。這樣就產(chǎn)生了光學上光滑的表面，從而可以打印出商業(yè)質(zhì)量的鏡片，如左下圖所示。

他們還利用模糊層析技術(shù)制作了一個3x3的微透鏡陣列，并將其與傳統(tǒng)層析 3D 打印技術(shù)打印的陣列進行了比較。他們發(fā)現(xiàn)，由于表面粗糙度較大，用傳統(tǒng)方法打印的陣列無法對名片成像，但用模糊層析成像技術(shù)打印的陣列卻可以。此外，研究人員還演示了將球透鏡疊印到光纖上，這在以前只能通過一種稱為雙光子聚合的快速成型技術(shù)來實現(xiàn)。

目前，他們正致力于通過優(yōu)化光圖案化方法和將材料參數(shù)納入打印過程來提高組件精度。他們還希望實現(xiàn)打印時間的自動化，使系統(tǒng)足夠強大，可以用于商業(yè)用途。

Webber說：“層析三維打印是一個迅速成熟的領(lǐng)域，正在許多應用領(lǐng)域得到應用。在這里，我們利用這種三維打印方法的內(nèi)在優(yōu)勢來制造毫米級的光學元件。這樣，我們就為光學制造技術(shù)增加了一種快速、低成本的替代方法，有可能對未來技術(shù)產(chǎn)生影響。”

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1364/OPTICA.519278