Matriz de microlentes para impressão 3D

Os pesquisadores desenvolveram um novo método de impressão 3D chamado tomografia borrada, que pode produzir rapidamente microlentes com qualidade óptica de nível comercial. Eles usaram a técnica para imprimir um conjunto de microlentes, que é mostrado sendo segurado por um conjunto de pinças. Crédito: Daniel Webber, Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá

Novo método de impressão 3D produz microlentes de nível comercial com superfícies lisas, o que pode avançar no design de dispositivos ópticos.

Pesquisadores no Canadá desenvolveram um novo método de impressão 3D chamado tomografia borrada, que pode produzir rapidamente microlentes com qualidade óptica de nível comercial. O novo método pode tornar mais fácil e rápido projetar e fabricar uma variedade de dispositivos ópticos.

“Adicionamos propositalmente desfoque óptico aos feixes de luz usados ​​neste método de impressão 3D para fabricar componentes ópticos de precisão”, disse Daniel Webber, do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá. “Isso permite a produção de superfícies opticamente lisas.”

Em ÓPTICO, revista do Optica Publishing Group para pesquisas de alto impacto, esses pesquisadores demonstram o novo método usando-o para fazer uma lente óptica plano-convexa de tamanho milimétrico com um desempenho de imagem semelhante a uma lente de vidro disponível comercialmente. Eles também mostram que o método pode produzir componentes ópticos prontos para uso em apenas 30 minutos.

“Prevemos que este método seja valioso para a prototipagem rápida e econômica de componentes ópticos devido ao preço acessível da impressora tomográfica 3D e dos materiais usados”, disse Webber. “Além disso, a natureza inerente de forma livre da impressão tomográfica 3D poderia permitir que os projetistas ópticos simplificassem os projetos, substituindo múltiplas ópticas padrão por ópticas impressas que possuem formas complexas.”

Técnica de impressão de lentes com luz desfocada

A nova técnica utiliza uma lente de projeção personalizada para desfocar os feixes de laser usados ​​para solidificar uma resina sensível à luz. Isso produz uma superfície opticamente lisa, que permite a impressão de lentes de qualidade comercial, como a mostrada no canto inferior esquerdo. Crédito: Daniel Webber, Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá

Suavizando as bordas

A fabricação aditiva volumétrica tomográfica é uma abordagem de fabricação relativamente nova que utiliza luz projetada para solidificar uma resina sensível à luz em áreas específicas. Permite imprimir uma peça inteira de uma só vez, sem quaisquer estruturas de suporte. No entanto, os métodos tomográficos existentes não podem imprimir diretamente lentes com qualidade de imagem porque os feixes em forma de lápis usados ​​causam estrias que levam a pequenas cristas na superfície do componente. Embora as etapas de pós-processamento possam ser usadas para criar superfícies lisas, essas abordagens acrescentam tempo e complexidade, o que elimina a vantagem da prototipagem rápida associada à impressão tomográfica.

“A fabricação de componentes ópticos é cara devido às rigorosas especificações técnicas necessárias para uma lente funcional, bem como ao complexo e demorado processo de fabricação”, disse o Dr. “A tomografia desfocada pode ser usada para fazer desenhos de forma livre e de baixo custo. À medida que a tecnologia amadurece, poderá permitir uma prototipagem muito mais rápida para novos dispositivos ópticos, o que seria útil para qualquer pessoa, desde fabricantes comerciais até inventores de garagem.”

Criando lentes minúsculas

Para testar o novo método, os pesquisadores criaram primeiro uma lente plano-convexa simples e mostraram que ela tinha uma resolução de imagem comparável a uma lente de vidro comercial com as mesmas dimensões físicas. Ele também exibiu um erro de forma em escala de mícron, rugosidade de superfície subnanométrica e uma função de espalhamento de ponto próximo à lente de vidro.

Eles também fizeram um conjunto 3×3 de microlentes usando tomografia borrada e compararam-no com um conjunto impresso com impressão tomográfica 3D convencional. Eles descobriram que não era possível gerar a imagem de um cartão de visita com o array impresso com meios convencionais devido à grande rugosidade da superfície, mas isso poderia ser feito com o array impresso com tomografia borrada. Além disso, os pesquisadores demonstraram a sobreimpressão de uma lente esférica em uma fibra óptica, o que anteriormente só era possível usando uma técnica de fabricação aditiva conhecida como dois-fóton polimerização.

Eles agora estão trabalhando para melhorar os componentes precisão otimizando o método de padronização de luz e incorporando parâmetros de material no processo de impressão. Eles também querem introduzir a automação do tempo de impressão para tornar o sistema suficientemente robusto para uso comercial.

“A impressão tomográfica 3D é um campo em rápido amadurecimento e que está sendo utilizado em muitas áreas de aplicação”, disse Webber. “Aqui, aproveitamos as vantagens intrínsecas deste método de impressão 3D para fabricar componentes ópticos de tamanho milimétrico. Ao fazer isso, adicionamos ao repertório de técnicas de fabricação óptica uma alternativa rápida e de baixo custo que poderia potencialmente ter um impacto em tecnologias futuras.”

Referência: “Fabricação de microóptica usando tomografia turva” por D. Webber, Y. Zhang, KL Sampson, M. Picard, T. Lacelle, C. Paquet, J. Boisvert, A. Orth, 9 de maio de 2024, ÓPTICO.
DOI: 10.1364/OPTICA.519278.



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