Исследователи использовали несфокусированный свет для 3D-печати готовых линз

Канадские исследователи разработали новый метод 3D-печати, который назвали размытой томографией. Изобретение позволяет быстро создавать микролинзы высокого качества, фактически сразу же готовые для продажи.


Дэниел Уэббер из Национального исследовательского совета Канады рассказал, что они с коллегами намеренно добавили оптическое размытие к лучам лазера, используемым для 3D-печати. В результате удалось изготовить прецизионные оптические компоненты, то есть выполненные с высокой точностью.

В статье, опубликованной в журнале Optica, исследователи описали, как применили свой метод для печати плосковыпуклой оптической линзы миллиметрового размера. У изделия были характеристики, аналогичные доступным в продаже стеклянным линзам. Разработанный метод позволяет производить готовые детали оптики всего за полчаса.

Томографическое (послойное) объёмное аддитивное производство, то есть томографическая 3D-печать — это относительно новый подход, который использует проецируемый свет для отверждения светочувствительной смолы в заданных участках. Метод позволяет печатать всю деталь сразу без какой-либо специальной оснастки и подпорок.

В новой технологии используется специальная проекционная линза для размытия лазерных лучей, необходимых для отверждения светочувствительной смолы. В результате получается гладкая поверхность, которая позволяет печатать линзы коммерческого качества

Томографические методы печати прежнего поколения не позволяют непосредственно, за один этап, создавать линзы высокого качества. Используемые в них лучи заострены, как карандаши, а потому оставляют бороздки. Гладкости потом можно добиться при дополнительной обработке. Но каждый новый этап производства существенно замедляет процесс и повышает стоимость.

Дэниел Уэббер отметил, что изготовление оптических компонентов традиционными способами обходится дорого из-за строгих технических требований, а также сложного и трудоёмкого процесса производства. А размытую томографию можно использовать для создания оптики произвольной формы, причём недорого.

Чтобы испытать предлагаемый метод, исследователи сначала создали простую плосковыпуклую линзу и показали, что её характеристики сравнимы с коммерческой стеклянной линзой тех же размеров. Доскональный анализ показал, что погрешности формы были микронного масштаба, шероховатость поверхности измерялась в субнанометрах, а функция рассеяния точки (ФРТ) — как у стеклянной линзы. ФРТ описывает картину при наблюдении точечного объекта.

Изобретатели изготовили комплект микролинз в форм-факторе 3×3 с помощью размытой томографии. А затем сравнили результат с аналогичным комплектом, напечатанным с помощью обычной томографической 3D-печати. Оказалось, что невозможно спроецировать изображение визитной карточки с помощью матрицы, напечатанной обычными средствами. Причина — чрезмерная шероховатость. Зато нужный результат можно сразу получить с помощью линз, напечатанных методом размытой томографии.

Кроме того, исследователи надпечатали шаровую линзу сверху на оптоволокно. Ранее такое было возможно только с использованием трёхмерной печати, известной как двухфотонная полимеризация.

Сейчас изобретатели работают над повышением точности. С этой целью они пытаются оптимизировать создание светового рисунка и учесть параметры материала в процессе печати. Исследователи также хотят автоматизировать этапы, чтобы их система производства была достаточно надёжной для коммерческого использования.