几秒内打印出高精度微型光学镜头

     3D打印有望用于制造复杂结构组件。近年来，光学制造领域对快速成形的精密光学元件进行了大量的研究。然而，制造效率、形状精度和表面粗糙度是3D打印组件用于高性能光学应用的固有限制。不同于双光子聚合(TPP)中的逐点扫描和基于喷墨的打印方法，采用逐层逐层方法的投影立体光刻被认为是一种更有效的高速制造折射率聚合物透镜的方法。虽然分层投影立体光刻技术将制造效率提高了1000倍，但由于每层组件分离和树脂填充速度缓慢，打印毫米透镜仍然需要数小时。为了节省每一层的停留时间，研究人员开发并引入了利用液滴表面或三相接触线的死区连续生产透镜的3D打印技术。利用打印组件的连续向上运动，毫米级透镜的打印时间显著减少到分钟。在这个连续的过程中，打印的分辨率和速度仍然是两个冲突的因素。此外，由于向上运动是必不可少的，需要一个昂贵的精密位移台，以保证打印的最终组件的准确性。与基于分层打印方法不同，在树脂基质内的体积3D打印方法有望实现高效的一步制造复杂组件。对于单透镜，通常根据物体的表面形状来控制光线，即自由曲面或图案曲面。因此，与其对三维结构组件进行复杂的空间光场操作，研究人员将具有调制能量分布的紫外(UV)光投射到可光固化树脂中，这是一种简单而有前景的透镜一步体积打印方法。然而，打印效率、形状精度和表面光洁度仍然是一个挑战。

       近日，南京理工大学机械工程学院朱志伟教授等人研究通过协同体投影立体光刻、弯月面平衡效应和迭代学习方案，开发了一种低成本的体3D打印方法，可用于亚纳米级粗糙度的微型透镜的超快、高精度制造。通过在迭代学习中将覆盖的液体薄膜作为打印透镜的一部分，在没有任何3D打印过程的先验知识的情况下，打印的透镜实现了微米级的低形状误差。实验结果表明，在2 s内直接打印出毫米级球面透镜，峰谷轮廓误差小于5 μm，亚纳米粗糙度rms = 0.614 nm，成像分辨率为203.2 lp mm -1。改研究表明，除了快速成型，开发的3D打印策略适用于大规模生产精密透镜。相关研究工作发表在《Advanced Optical Materials》。（丁雷）

       文章链接：Ya Xu, et al. Low-Cost Volumetric 3D Printing of High-Precision Miniature Lenses in Seconds, Adv. Optical Mater. 2022. DOI: 10.1002/adom.202200488.