Un nuovo metodo per realizzare a basso costo, l'obiettivo di alta qualità che utilizza rapidamente una stampante 3D ha un potenziale promettente per creare obiettivi di imaging ottico, lenti a contatto personalizzate per correggere la visione distorta, o addirittura trasformare gli iPhone in microscopi per la diagnosi delle malattie.

Sviluppato dai ricercatori della Northwestern Engineering dopo due anni di ricerca, il componente ottico personalizzato, che è 5 millimetri di altezza e 5 millimetri di diametro, può essere stampato in 3D in circa quattro ore.

"Fino ad ora, ci siamo affidati molto al lungo e costoso processo di lucidatura delle lenti, " disse Cheng Sun, professore associato di ingegneria meccanica e il cui laboratorio ha sviluppato il processo di stampa 3D. "Con la stampa 3D, ora hai la libertà di progettare e personalizzare rapidamente un obiettivo."

La ricerca è stata pubblicata il 24 marzo in Materiale avanzato . Include immagini scattate con l'obiettivo collegato a un Apple iPhone 6s, comprese immagini dettagliate di alta qualità dell'ala di una falena al tramonto e di un punto sull'elita di un tonchio.

Come tutta la stampa 3D, la creazione di queste lenti comporta il posizionamento di strati su strati di materiale. Sun ha paragonato la costruzione dell'obiettivo al funzionamento di un proiettore cinematografico. "Invece di proiettare un fotogramma, un'immagine dopo l'altra, sovrapponiamo un fotogramma all'altro, " ha detto Sun. "È come riprodurre un film in modo verticale".

Ma quando i ricercatori hanno stampato per la prima volta l'obiettivo, i suoi strati curvi, fatto di una resina fotopolimerizzabile, ha creato un passo visibile.

"Ci siamo resi conto che gli strati uno sopra l'altro creavano rugosità superficiale. Lo spessore dello strato è in genere di 5 micron, mentre la lunghezza d'onda della luce visibile è di circa 0,5 micron. Questo crea una superficie otticamente ruvida, " ha detto. "Questo è stato il collo di bottiglia. La ruvidità ha reso l'obiettivo incapace di un'ottica chiara."

Questo ha portato alla semplice domanda di ricerca guida del gruppo:possiamo rendere la superficie liscia senza rallentare la velocità di stampa? Per risolvere questa sfida, Il gruppo di Sun ha sviluppato un processo in due fasi di stratificazione e lucidatura.

"Primo, abbiamo usato immagini in scala di grigi per creare più transizioni tra i passaggi, " disse Sun. "Allora, abbiamo rivestito la superficie con la stessa resina fotopolimerizzabile. Questo poi forma il menisco che leviga ulteriormente la superficie".

Il risultato:una lente trasparente con una superficie liscia.

"Devo aver provato più di 100 volte per farlo nel modo giusto, " disse Xiangfan Chen, un dottorando in ingegneria meccanica e autore principale dello studio.

Questa lente, però, non è il primo obiettivo di alta qualità creato dalla stampa 3D. L'azienda tedesca Nanoscribe ha sviluppato una stampante 3D a femtosecondi ad alta precisione con una precisione di 150 nanometri, ma costruisce l'obiettivo in modo punto per punto invece di stratificare, ha detto il sole.

"È un processo che richiede tempo. Questo è il loro limite, " ha aggiunto. "Volevamo realizzare qualcosa di comparabile ma più veloce e con una qualità migliore".

"Se vuoi fare una lente, vuoi realizzarlo in due ore o due settimane?" ha detto Chen. "Siamo molto entusiasti di questo obiettivo".

Questo processo potrebbe portare a una pletora di nuovi dispositivi con un'ampia varietà di applicazioni in ottica e imaging biomedico, ha detto il sole.

Prossimo, il gruppo sperimenterà la realizzazione di lenti più grandi e studierà come integrare la lente stampata in 3D con i dispositivi medici, come un endoscopio o un microscopio ottico. "Queste lenti potrebbero aiutare a rilevare qualche malattia genetica o cancro, " ha detto Biqin Dong, un borsista post-dottorato incentrato sull'ingegneria biomedica e meccanica, che ha anche lavorato alla ricerca.

Dong prevede anche che queste lenti possano essere utilizzate dai medici in aree sottosviluppate per l'imaging diagnostico o dagli scienziati sul campo come microscopi portatili. La lente potrebbe anche essere modellata in una lente a contatto personalizzata per le persone con cornea distorta causata dal cheratocono. "La lente a contatto dovrebbe presentare la superficie personalizzata, abbinandolo alla forma della cornea del paziente, " ha detto Sole.