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Blurred tomography로 광학적으로 매끄러운 표면을 갖춘 맞춤형 마이크로렌즈 제작 - Physics World

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<a href="https://zephyrnet.com/wp-content/uploads/2024/05/blurred-tomography-fabricates-custom-microlenses-with-optically-smooth-surfaces-physics-world-3.jpg" data-fancybox data-src="https://zephyrnet.com/wp-content/uploads/2024/05/blurred-tomography-fabricates-custom-microlenses-with-optically-smooth-surfaces-physics-world-3.jpg" data-caption="광학적으로 매끄러운 표면 블러 단층 촬영(Blurred Tomography)이라고 불리는 3D 프린팅 방법은 이 마이크로렌즈 어레이와 같은 상용 수준의 광학 품질을 갖춘 부품을 신속하게 생산할 수 있습니다. (제공: 다니엘 웨버, 캐나다 국립연구위원회)”>
3D 프린팅된 마이크로렌즈 배열
광학적으로 매끄러운 표면 블러 단층 촬영(Blurred Tomography)이라고 불리는 3D 프린팅 방법은 이 마이크로렌즈 어레이와 같은 상용 수준의 광학 품질을 갖춘 부품을 신속하게 생산할 수 있습니다. (제공: 다니엘 웨버, 캐나다 국립연구위원회)

3D 프린팅이라고도 알려진 적층 제조는 속도, 유연성 및 비교할 수 없는 설계 자유로 많은 분야에 혁명을 일으켰습니다. 그러나 적층 제조 방법을 사용하여 고품질 광학 부품을 만들려는 이전 시도는 종종 다양한 장애물에 부딪혔습니다. 이제 연구진은 캐나다 국립 연구위원회 맞춤형 광학 부품을 만들기 위해 단층촬영(VAM) 방법의 확장인 흐린 단층촬영으로 전환했습니다.

“3D 프린팅은 제조의 모든 부문을 변화시키고 있습니다.”라고 수석 저자는 말합니다. 다니엘 웨버. “저는 광학 시스템 설계에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력 때문에 항상 3D 프린팅 광학에 관심을 가져왔습니다. 나는 NRC에서 마이크로 광학의 체적 3D 프린팅을 원하는 박사후 연구원 자리를 보았고 나머지는 역사였습니다.”

적층 제조 문제

과거에는 층별 접근 방식을 통해 광학 부품을 제작하는 데 디지털 조명 처리, 광조형술, 잉크젯 인쇄 및 2광자 중합(XNUMXPP)과 같은 기술이 사용되었습니다. 그러나 제조 공정은 느린 경향이 있고 많은 부품에 필요한 곡률이 있는 광학 부품을 제조하기가 어렵고 기판과 평행하지 않은 표면은 층 두께에 따라 정의된 높이 단계를 갖습니다.

VAM은 또한 VAM에 사용되는 좁은 기록 빔이 빔과 평행한 평면에서 인쇄 속도를 증가시키는 자체 기록 도파관 효과로 인해 부품 품질이 좋지 않은 문제(예: 줄무늬라고 불리는 표면의 융기 부분)로 인해 어려움을 겪었습니다. 일반적으로 부품 품질을 높이고 표면을 매끄럽게 하기 위해서는 후처리 방법이 필요하지만, 별도의 단계가 필요하지 않은 직접적인 VAM 방법이 모색되었습니다.

흐린 단층 촬영으로 인한 문제 극복

최근 연구에서 Webber와 그의 팀은 신속한 프로토타이핑을 위해 적층 제조가 제공하는 설계의 자유를 유지하면서 이러한 직접적인 VAM 방법을 달성했습니다.

Tomographic VAM은 투사된 빛을 사용하여 특정 영역의 감광성 수지를 응고시켜 지지 구조 없이 부품을 제작할 수 있습니다. 기존 단층촬영 VAM 방법에 사용되는 연필 모양의 빔은 줄무늬를 유발하지만 새로운 기술은 상용 등급 품질의 마이크로렌즈를 생산할 수 있습니다. 의도적으로 선을 흐리게 하고 줄무늬를 줄이기 위해 큰 에탕듀(보다 "확산된") 소스를 사용하기 때문에 흐릿한 단층 촬영이라고 합니다.

광학 쓰기 빔의 흐림은 나노미터 미만 범위의 표면 거칠기를 생성하는 데 도움이 되어 본질적으로 분자적으로 매끄러워집니다. 이에 비해 다른 VAM 방법은 시준이 잘되고 에탕듀가 낮은 쓰기 빔을 사용하므로 설계상 흐려지지 않습니다.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/05/29-05-24-blurred-tomography.jpg" data-caption="인쇄 설정 맞춤형 프로젝션 렌즈는 감광성 수지를 굳히는 데 사용되는 레이저 빔을 흐리게 하여 왼쪽 하단에 표시된 렌즈와 같은 상업용 품질의 광학 제품을 인쇄할 수 있습니다. (제공: Daniel Webber, 캐나다 국립연구위원회)” title=”팝업에서 이미지를 열려면 클릭하세요” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/05/29-05-24- 흐린 단층 촬영.jpg”>3D 프린팅 설정

의도적으로 빔을 흐리게 하고 포토레진의 원통형 유리병(인덱스 매칭 욕조 없이)에 의해 도입된 난시와 결합함으로써 전체 인쇄 볼륨에 걸쳐 흐림이 달성될 수 있습니다. 빠른 처리 속도와 함께 흐릿한 단층 촬영 방법의 또 다른 특징은 추가 처리가 필요하지 않아 매끄러운 광학 부품을 직접 생산할 수 있는 방법이라는 점입니다.

"이 연구의 가장 중요한 발견은 우리가 광학적으로 매끄러운 표면을 직접 제작할 수 있고 30분 이내에 즉시 사용할 수 있는 자유로운 광학 구성 요소를 얻을 수 있다는 것입니다."라고 Webber는 말합니다.

전체 처리 시간은 약 30분 정도 소요되는 반면, 렌즈를 실제로 프린팅하는 데는 2분도 채 걸리지 않았습니다. 이는 다른 VAM 기술과 유사하지만 추가 표면 처리 단계가 필요하지 않습니다. 이에 비해 이전 연구에서는 2PP를 사용하여 비슷한 크기(3mm 대 3.9mm), 곡률 오류(5.4% 대 2.9%) 및 표면 거칠기(0.53 대 23nm)의 반구 렌즈를 인쇄하는 데 XNUMX시간이 걸렸다는 사실이 밝혀졌습니다. 흐릿한 단층 촬영이 얼마나 빠른지, 동시에 더 미세한 표면 특징을 생성하는지.

연구팀은 상업용 유리 렌즈에 필적하는 결상 성능을 갖춘 밀리미터 크기의 평면 볼록 광학 렌즈를 만들어 새로운 기술의 잠재력을 보여주었습니다. 적층 가공이 제공하는 본질적인 자유 설계는 연구원들이 양면 볼록 마이크로렌즈 어레이(양면 제작)를 생성하고 광섬유에 렌즈를 겹쳐 인쇄하는 데도 도움이 되었습니다.

적층 제조의 많은 분야와 마찬가지로 VAM은 특히 자유형 광학 부품과 같이 저비용으로 신속하게 프로토타입을 제작할 수 있는 방법을 제공할 수 있다고 생각됩니다. “우리는 흐린 단층촬영이 다양한 미세 광학 구성요소를 신속하게 제작할 수 있음을 입증했습니다. 앞으로 우리는 이러한 기능을 더 큰 부품 크기와 새로운 재료로 확장하고 싶습니다.”라고 Webber는 말합니다. 물리 세계.

이 연구는 Optica.

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