I ricercatori canadesi hanno sviluppato un nuovo metodo di stampa 3D chiamato tomografia sfocata in grado di produrre rapidamente microlenti con qualità ottica di livello commerciale. Il nuovo metodo potrebbe rendere più semplice e veloce la progettazione e la fabbricazione di una varietà di dispositivi ottici.
“Abbiamo aggiunto di proposito la sfocatura ottica ai raggi di luce utilizzati per questo metodo di stampa 3D per produrre componenti ottici di precisione”, ha affermato Daniel Webber del Consiglio nazionale delle ricerche del Canada. "Ciò consente la produzione di superfici otticamente lisce."
In uno studio pubblicato su Optica , questi ricercatori dimostrano il nuovo metodo utilizzandolo per realizzare una lente ottica piano-convessa di dimensioni millimetriche con prestazioni di imaging simili a una lente di vetro disponibile in commercio. Mostrano inoltre che il metodo può produrre componenti ottici pronti per l'uso in soli 30 minuti.
“Prevediamo che questo metodo sarà prezioso per la prototipazione rapida ed economica di componenti ottici grazie alla convenienza della stampante 3D tomografica e dei materiali utilizzati”, ha affermato Webber. "Inoltre, la natura intrinseca della stampa 3D tomografica a forma libera potrebbe consentire ai progettisti ottici di semplificare i progetti sostituendo più ottiche standard con ottiche stampate con forme complesse."
La produzione additiva volumetrica tomografica è un approccio produttivo relativamente nuovo che utilizza la luce proiettata per solidificare una resina fotosensibile in aree specifiche. Consente di stampare un'intera parte contemporaneamente senza alcuna struttura di supporto.
Tuttavia, i metodi tomografici esistenti non possono stampare direttamente lenti con qualità di imaging perché i raggi simili a matite utilizzati causano striature che portano a piccole creste sulla superficie del componente. Sebbene le fasi di post-elaborazione possano essere utilizzate per creare superfici lisce, questi approcci aggiungono tempo e complessità, il che toglie il vantaggio della prototipazione rapida associato alla stampa tomografica.
"La fabbricazione dei componenti ottici è costosa a causa delle rigorose specifiche tecniche necessarie per il funzionamento di un obiettivo, nonché del processo di produzione complesso e dispendioso in termini di tempo", ha affermato il dottor Webber. "La tomografia sfocata può essere utilizzata per realizzare progetti a forma libera a basso costo. Man mano che la tecnologia matura, potrebbe consentire una prototipazione molto più rapida per nuovi dispositivi ottici, il che sarebbe utile per chiunque, dai produttori commerciali agli inventori di garage."
Per testare il nuovo metodo, i ricercatori hanno prima creato una semplice lente piano-convessa e hanno dimostrato che aveva una risoluzione dell’immagine paragonabile a una lente di vetro commerciale con le stesse dimensioni fisiche. Presentava inoltre un errore di forma su scala micron, una rugosità superficiale sub-nanometrica e una funzione di diffusione del punto vicino alla lente di vetro.
Hanno anche realizzato una serie 3×3 di microlenti utilizzando la tomografia sfocata e l’hanno confrontata con una matrice stampata con la stampa 3D tomografica convenzionale. Hanno scoperto che non era possibile visualizzare un biglietto da visita con la matrice stampata con mezzi convenzionali a causa della grande rugosità della superficie, ma era possibile farlo con la matrice stampata con tomografia sfocata. Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato la sovrastampa di una lente sferica su una fibra ottica, che in precedenza era possibile solo utilizzando una tecnica di produzione additiva nota come polimerizzazione a due fotoni.
Ora stanno lavorando per migliorare la precisione dei componenti ottimizzando il metodo di modellazione della luce e incorporando i parametri del materiale nel processo di stampa. Vogliono anche introdurre l'automazione del tempo di stampa per rendere il sistema sufficientemente robusto per l'uso commerciale.
“La stampa 3D tomografica è un campo in rapida maturazione che sta trovando utilizzo in molte aree di applicazione”, ha affermato Webber. "Qui sfruttiamo i vantaggi intrinseci di questo metodo di stampa 3D per fabbricare componenti ottici di dimensioni millimetriche. In tal modo, abbiamo aggiunto al repertorio di tecniche di produzione ottica un'alternativa rapida ed economica che potrebbe potenzialmente avere un impatto in futuro tecnologie."
Ulteriori informazioni: Daniel Webber et al, Fabbricazione di micro-ottiche mediante tomografia sfocata, Optica (2024). DOI:10.1364/OTTICA.519278
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