Investigadores canadienses han desarrollado un nuevo método de impresión 3D llamado tomografía borrosa que puede producir rápidamente microlentes con calidad óptica de nivel comercial. El nuevo método puede hacer que sea más fácil y rápido diseñar y fabricar una variedad de dispositivos ópticos.
«Añadimos deliberadamente desenfoque óptico a los haces de luz utilizados en este método de impresión 3D para fabricar componentes ópticos de precisión», dijo Daniel Webber del Consejo Nacional de Investigación de Canadá. «Esto permite la producción de superficies ópticamente lisas».
En óptica, la revista de investigación de alto impacto de Optica Publishing Group, estos investigadores demuestran el nuevo método usándolo para fabricar una lente óptica plano-convexa de tamaño milimétrico con un rendimiento de imagen similar al de una lente de vidrio disponible comercialmente. También muestran que el método puede producir componentes ópticos que estén listos para usar en sólo 30 minutos.
«Anticipamos que este método será valioso para la creación rápida y rentable de prototipos de componentes ópticos debido a la asequibilidad de la impresora tomográfica 3D y los materiales utilizados», dijo Webber. «Además, la naturaleza inherente de forma libre de la impresión tomográfica 3D podría permitir a los diseñadores ópticos simplificar los diseños reemplazando múltiples ópticas estándar con ópticas impresas que tengan formas complejas».
Suavizando los bordes
La fabricación aditiva volumétrica tomográfica es un enfoque de fabricación relativamente nuevo que utiliza luz proyectada para solidificar una resina sensible a la luz en áreas específicas. Permite imprimir una pieza completa a la vez sin estructuras de soporte. Sin embargo, los métodos tomográficos existentes no pueden imprimir directamente lentes con calidad de imagen porque los haces en forma de lápiz utilizados causan estrías que conducen a pequeñas crestas en la superficie del componente. Aunque se pueden utilizar pasos de posprocesamiento para crear superficies lisas, estos enfoques añaden tiempo y complejidad, lo que elimina la ventaja de la creación rápida de prototipos asociada con la impresión tomográfica.
«La fabricación de componentes ópticos es costosa debido a las estrictas especificaciones técnicas necesarias para que una lente funcione, así como al complejo y lento proceso de fabricación», dijo el Dr. Webber. «La tomografía borrosa se puede utilizar para crear diseños de forma libre a bajo costo. A medida que la tecnología madure, podría permitir la creación de prototipos mucho más rápidos para nuevos dispositivos ópticos, lo que sería útil para cualquiera, desde fabricantes comerciales hasta inventores de garaje».
Creando lentes diminutos
Para probar el nuevo método, los investigadores primero crearon una lente plano-convexa simple y demostraron que tenía una resolución de imagen comparable a una lente de vidrio comercial con las mismas dimensiones físicas. También exhibió un error de forma a escala micrométrica, una rugosidad superficial subnanométrica y una función de dispersión de puntos cerca de la lente de vidrio.
También crearon una matriz de microlentes de 3×3 utilizando tomografía borrosa y la compararon con una matriz impresa con impresión tomográfica 3D convencional. Descubrieron que no era posible crear imágenes de una tarjeta de presentación con la matriz impresa con medios convencionales debido a la gran rugosidad de la superficie, pero se podía hacer con la matriz impresa con tomografía borrosa. Además, los investigadores demostraron la sobreimpresión de una lente esférica sobre una fibra óptica, lo que anteriormente solo era posible mediante una técnica de fabricación aditiva conocida como polimerización de dos fotones.
Ahora están trabajando para mejorar la precisión de los componentes optimizando el método de patrones de luz e incorporando parámetros del material en el proceso de impresión. También quieren introducir la automatización del tiempo de impresión para que el sistema sea lo suficientemente robusto para uso comercial.
«La impresión tomográfica 3D es un campo que está madurando rápidamente y que está encontrando uso en muchas áreas de aplicación», afirmó Webber. «Aquí aprovechamos las ventajas intrínsecas de este método de impresión 3D para fabricar componentes ópticos de tamaño milimétrico. Al hacerlo, hemos agregado al repertorio de técnicas de fabricación óptica una alternativa rápida y de bajo costo que potencialmente podría tener un impacto en el futuro. tecnologías.»
