I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno utilizzato la stampa 3D multi-materiale per creare ottiche in vetro con indice di rifrazione gradiente su misura che potrebbero rendere migliori occhiali specializzati in ambito militare e occhiali per la realtà virtuale.

La nuova tecnica potrebbe ottenere una varietà di funzioni ottiche convenzionali e non convenzionali in un componente in vetro piano (senza curvatura superficiale), offrendo una nuova versatilità di design ottico in materiali di vetro ecocompatibili.

Il team è stato in grado di adattare il gradiente nelle composizioni dei materiali controllando attivamente il rapporto tra due diverse paste per la formazione del vetro o "inchiostri" miscelati insieme in linea utilizzando il metodo di stampa 3D con inchiostro diretto (DIW). Dopo che la preforma ottica a composizione variabile è stata costruita utilizzando DIW, viene quindi densificato a vetro e può essere rifinito utilizzando la lucidatura ottica convenzionale.

"Il cambiamento nella composizione del materiale porta a un cambiamento nell'indice di rifrazione una volta che lo convertiamo in vetro, " ha detto la scienziata LLNL Rebecca Dylla-Spears, autore principale di un articolo apparso oggi in Progressi scientifici .

Il progetto è iniziato nel 2016 quando il team ha iniziato a esaminare i modi in cui la produzione additiva potrebbe essere utilizzata per far progredire l'ottica e i sistemi ottici. Poiché la produzione additiva offre la possibilità di controllare sia la struttura che la composizione, ha fornito un nuovo percorso alla produzione di lenti in vetro con indice di rifrazione gradiente.

Le ottiche con indice di rifrazione gradiente (GRIN) forniscono un'alternativa alle ottiche con finitura convenzionale. L'ottica GRIN contiene un gradiente spaziale nella composizione del materiale, che fornisce un gradiente nell'indice di rifrazione del materiale, alterando il modo in cui la luce viaggia attraverso il mezzo. Una lente GRIN può avere una superficie piatta ma svolgere comunque la stessa funzione ottica di una lente convenzionale equivalente.

L'ottica GRIN esiste già in natura a causa dell'evoluzione delle lenti oculari. Gli esempi possono essere trovati nella maggior parte delle specie, dove il cambiamento nell'indice di rifrazione attraverso la lente dell'occhio è governato dalla concentrazione variabile di proteine ​​strutturali.

La capacità di controllare completamente spazialmente la composizione del materiale e la funzionalità ottica offre nuove opzioni per la progettazione dell'ottica GRIN. Per esempio, più funzionalità potrebbero essere progettate in un'unica ottica, come la messa a fuoco combinata con la correzione delle comuni aberrazioni ottiche. Inoltre, è stato dimostrato che l'uso di ottiche con curvatura superficiale combinata e gradienti nell'indice di rifrazione ha il potenziale per ridurre le dimensioni e il peso dei sistemi ottici.

Adattando l'indice, un'ottica curva può essere sostituita con una superficie piana, che potrebbe ridurre i costi di finitura. La curvatura della superficie potrebbe anche essere aggiunta per manipolare la luce usando sia effetti di massa che di superficie.

La nuova tecnica può anche far risparmiare peso nei sistemi ottici. Per esempio, è fondamentale che le ottiche utilizzate dai soldati sul campo siano leggere e portatili.

"Questa è la prima volta che combiniamo due diversi materiali di vetro mediante la stampa 3D e ne dimostriamo la funzione come ottica. Sebbene dimostrato per GRIN, l'approccio potrebbe essere utilizzato per adattare anche altri materiali o proprietà ottiche, " disse Dylla-Spears.