加拿大的研究人員開發出一種名為模糊層析成像的新型3D 列印方法，可以快速生產具有商業級光學品質的微透鏡。這種新方法可使各種光學設備的設計和製造變得更容易、更快捷。 “我們特意為這種用於製造精密光學元件的3D 列印方法所使用的光束添加了光學模糊處理，”加拿大國家研究理事會的丹尼爾-韋伯（Daniel Webber）說。 “這樣就能製造出光學上光滑的表面。”

研究人員開發了一種名為模糊層析成像的新型3D 列印方法，可以快速生產具有商業級光學品質的微透鏡。他們使用這種技術列印了一個微型透鏡陣列，圖中的微型透鏡陣列由一組鑷子夾持。圖片來源：加拿大國家研究理事會丹尼爾-韋伯

在光學出版集團（Optica Publishing Group）的高影響力研究期刊《光學》（Optica）上，這些研究人員展示了這種新方法，用它製作了一個毫米大小的平凸透鏡，其成像性能與市售玻璃透鏡類似。他們還表明，這種方法可以在30 分鐘內生產可以使用的光學元件。

韋伯說：”由於層析3D 列印機和所使用的材料價格低廉，我們預計這種方法對於經濟高效地快速製作光學元件原型非常有價值。此外，層析3D列印固有的自由形態特性可以讓光學設計師用形狀複雜的列印光學元件取代多個標準光學元件，從而簡化設計。

這項新技術使用客製化的投影透鏡來模糊用於固化光敏樹脂的雷射光束。這樣就產生了光學上光滑的表面，從而可以列印出商業品質的鏡片，如左下角所示的鏡片。資料來源：加拿大國家研究理事會丹尼爾-韋伯

斷層體積增材製造是一種相對較新的製造方法，它利用投射光在特定區域固化光敏樹脂。它可以在沒有任何支撐結構的情況下一次列印整個零件。然而，現有的層析成像方法無法直接列印出成像品質的透鏡，因為所使用的鉛筆狀光束會造成條紋，從而導致零件表面出現小棱角。雖然可以使用後處理步驟來創建光滑的表面，但這些方法增加了時間和複雜性，從而失去了與斷層列印相關的快速原型製作優勢。

韋伯博士說：”光學元件的製造成本很高，因為一個正常的透鏡需要嚴格的技術指標，而且製造過程複雜耗時。模糊層析成像技術可用於以低成本的方式進行自由形態設計。隨著技術的成熟，它可以更快地製作新光學設備的原型，這對從商業製造商到車庫發明家的任何人都非常有用。

為了測試這種新方法，研究人員首先製作了一個簡單的平凸透鏡，結果顯示它的成像解析度與具有相同物理尺寸的商用玻璃透鏡相當。它還表現出微米級的形狀誤差、亞奈米級的表面粗糙度和接近玻璃透鏡的點展寬函數。

他們還利用模糊層析技術製作了一個3×3 的微透鏡陣列，並將其與用傳統層析3D 列印技術列印的陣列進行了比較。他們發現，由於表面粗糙度較大，使用傳統方法列印的陣列無法對名片成像，但使用模糊層析成像技術列印的陣列卻可以。此外，研究人員還展示了將球透鏡疊印到光纖上，這在以前只能透過一種稱為雙光子聚合的積層製造技術來實現。

目前，他們正致力於透過優化光圖案設計方法和將材料參數納入列印過程來提高組件精度。他們還希望實現列印時間的自動化，使系統足夠強大，使其能夠用於商業用途。

韋伯說：”斷層三維列印技術是一個迅速成熟的領域，在許多應用領域都得到了應用。在這裡，我們利用這種三維列印方法的內在優勢來製造毫米級的光學元件。這樣，我們就為光學製造技術增加了一種快速、低成本的替代方法，有可能對未來技術產生影響。

編譯來源：ScitechDaily