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南方科技大学:振荡DLP技术3D打印高光滑度微透镜阵列

时间:2021-11-17 18:13 点击次数:
  本文摘要:2019年10月,新加坡SingaporeUniversityofTechnologyandDesign(SUTD)和深圳南方科技大学SouthernUniversityofScienceandTechnology(SUSTech)的研究人员,明确提出了一种用于波动辅助数字光处置(DLP)3D打印机生产微透镜阵列的方法。△DLP3D打印机的高质量微透镜阵列微透镜阵列由具备光学表面光滑度的多个微米大小的透镜构成。

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2019年10月,新加坡SingaporeUniversityofTechnologyandDesign(SUTD)和深圳南方科技大学SouthernUniversityofScienceandTechnology(SUSTech)的研究人员,明确提出了一种用于波动辅助数字光处置(DLP)3D打印机生产微透镜阵列的方法。△DLP3D打印机的高质量微透镜阵列微透镜阵列由具备光学表面光滑度的多个微米大小的透镜构成。一般来说,3D打印机物体的表面坚硬,大多数3D打印机方法在生产光学组件方面皆不顺利。但是,研究团队利用投影透镜的振动,研发了一种用于DLP3D打印机技术生产具备光学表面光滑度的微透镜阵列的方法。

项目负责人和南方科技大学的QiGe副教授说明了这一过程,他说道:“在我们的方法中,使用计算出来设计的灰度图案可在一次UV曝光下覆盖面积微透镜轮廓,从而避免了传统的逐级3D打印机中不存在的阶梯效应。再加投影透镜波动,以更进一步避免由于线性像素间隙而构成的锯齿状表面。”△灰度图案的分解。

(a)具备(2n+1)讫和(2n+1)佩的灰度数据矩阵。Gij回应坐落于第i和第j像素的灰度值。Dij回应给定像素与中心像素之间的距离。(b)沿直径的三个圆形图案的灰度产于。

机械波动改良DLP3D打印机微透镜是一个小透镜,一般来说只有10微米。微透镜阵列包括在承托基板上以一维或二维阵列构成的多个透镜。

获取检测和掌控光的电子设备和系统,光电子小型化的日益增长的市场需求,引发人们很大的注目。因此,微透镜阵列早已沦为在各种微型化的光学、传感和光通信应用于中的最重要微光学器件。

据研究人员称之为,生产微透镜阵列很艰难,因为许多生产技术依然不存在诸如时间宽、工艺简单、不灵活性以及无法掌控一致性等局限性。DLP3D打印机是一种用于数字投影仪烧结光敏聚合物树脂,生产3D打印机零件的过程。它一般来说用作高精度的3D打印机,并且被指出是比SLA更慢的方法。

尽管DLP3D打印机在生产具备有所不同尺寸、几何形状和轮廓的微透镜阵列时获取了很大的灵活性,但它仍然无法生产出有平滑表面的光学零件。为了解决这个问题,SUTD和SUSTech研究人员将DLP3D打印机与机械波动和灰度UV曝光构建在一起。

波动有助避免3D打印机部件中线性像素构成的锯齿状表面,而灰度级UV曝光则避免了3D打印机少见的层纹阶梯效应。这样就可以生产出有具备光学特征光滑度的微透镜阵列,而且超快和灵活性。为了证明该方法的可行性和有效性,研究团队展开了详尽的形态学密切相关,还包括扫瞄电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)。

结果表明,投影透镜波动与DLP3D打印机的构建,将表面粗糙度从200nm减少到大约1nm。Ge教授补足说道:“相对于其他生产方法,我们基于振动辅助DLP的打印机方法既节约能源又省时,会减少光学性能,便于商业化和大规模生产。此外,这种方法也为其他对光学表面拒绝低的生产领域获取了灵感启发”。

3D打印机微透镜尽管研究团队用DLP技术生产出微透镜阵列,但其他3D打印机技术也有可能某种程度合适。例如,德国的Nanoscribe生产需要生产微透镜阵列的双光子增材生产系统。2019年,发售了一款取名为QuantumX的3D打印机,用于双光子光刻技术来生产纳米级的反射和散射微光学元件,可小至200微米;2018年底,还发售了PhotonicProfessionalGT23D打印机,用作微加工和无掩模光刻,也需要生产微透镜。

△在QuantumX机器上打印机的3D微透镜阵列。图片来自Nanoscribe。在中国,也有一家公司可以3D打印机透镜阵列——摩方材料,并且质量也很高。SUTD和SUSTech的研究,UltrafastThree-DimensionalPrintingofOpticallySmoothMicrolensArraysbyOscillation-AssistedDigitalLightProcessing,早已公开发表在ACSAppliedMaterialsInterfaces上.作者还包括ChaoYuan,KavinKowsari,SahilPanjwani,ZaichunChen,DongWang,BiaoZhang,ColinJu-XiangNg,PabloValdiviayAlvarado,QiGe.。


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