利用模糊层析成像3D 打印高质量光学元件

　　本刊编译整理

　　加拿大研究人员开发出一种名为模糊层析成像的新型3D 打印方法，可快速生产出具有商业级光学质量的微透镜。这种新方法可使各种光学设备的设计和制造变得更容易、更快捷。“我们特意为这种用于制造精密光学元件的3D 打印方法所使用的光束，添加了光学模糊处理，”加拿大国家研究理事会的Daniel Webber说，“这样就能制造出光学上光滑的表面。”

　　在发表于《光学》（Optica）的一项研究中，研究人员展示了这种新方法，用它制作了一个毫米大小的平凸透镜，其成像性能与市售玻璃透镜类似。他们还表明，这种方法能在短短30 分钟内制造出可随时使用的光学元件。

　　Webber说：由于层析3D打印机和所使用的材料价格低廉，我们预计这种方法对于经济高效地快速制作光学元件原型非常有价值。此外，层析3D 打印固有的自由形态特性可使光学设计人员简化设计，用形状复杂的打印光学器件取代多个标准光学器件。”

　　磨平边缘

　　层析成像体积增材制造是一种相对较新的制造方法，它利用投射光在特定区域固化光敏树脂。它可以在没有任何支撑结构的情况下，一次性打印出整个零件。然而，现有的层析成像方法无法直接打印出成像质量的透镜，因为使用的铅笔状光束会产生条纹，导致部件表面出现小棱角。虽然可以使用后处理步骤来创建光滑表面，但这些方法会增加时间和复杂性，从而失去了与断层打印相关的快速原型制造优势。

　　Webber 谈到：光学元件的制造成本很高，因为一个正常的透镜需要严格的技术指标，而且制造过程复杂耗时。模糊层析成像技术可用于以低成本方式进行自由形态设计。随着技术逐渐成熟，它可以更快地制作出新光学设备的原型，这对从商业制造商到车库发明家的任何人都非常有用。

　　为了测试这种新方法，研究人员首先制作了一个简单的平凸透镜，结果表明它的成像分辨率与具有相同物理尺寸的商用玻璃透镜相当。它还表现出微米级的形状误差、亚纳米级的表面粗糙度和接近玻璃透镜的点展宽函数。

　　他们还利用模糊层析技术制作了一个3×3的微透镜阵列，并将其与利用传统层析3D 打印技术打印的阵列进行了比较。他们发现，由于表面粗糙度较大，用传统方法打印的阵列无法对名片成像，但用模糊层析成像技术打印的阵列却可以。此外，研究人员还演示了将球透镜叠印到光纤上，这在以前只能通过一种称为双光子聚合的增材制造技术来实现。

　　目前，研究人员正致力于通过优化光图案方法和将材料参数纳入打印过程，以提高组件精度。他们还希望实现打印时间的自动化，使系统足够强大，可以用于商业用途。Webber表示：层析3D 打印是一个迅速成熟的领域，正在许多应用领域得到应用。在这里，我们利用这种打印方法的内在优势制造毫米级光学元件。这样，我们就为光学制造技术增加了一种快速、低成本的替代方法，有可能对未来技术产生影响。