Metodo per fabbricare matrici di microlenti usando la stampa 3D

I RICERCATORI SUTD E SUSTECH SVILUPPANO LA STAMPA 3D DLP ASSISTITA DA OSCILLAZIONE PER LA FABBRICAZIONE DI MATRICI DI MICROLENTI

I ricercatori dell’Università di Tecnologia e Design di Singapore (SUTD) e della Southern University of Science and Technology (SUSTech) di Shenzhen, in Cina, hanno proposto un metodo per fabbricare matrici di microlenti usando la stampa 3D a elaborazione di luce digitale (DLP) assistita da oscillazione .

Un array di microlenti è costituito da più lenti di dimensioni micron con levigatezza della superficie ottica. In genere, la maggior parte dei metodi di stampa 3D non ha avuto successo nella fabbricazione di componenti ottici a causa della presenza di rugosità superficiale grossolana negli oggetti stampati in 3D. Tuttavia, utilizzando l’oscillazione dell’obiettivo di proiezione, il team di ricerca ha sviluppato un approccio per produrre array di microlenti con levigatezza della superficie ottica utilizzando la stampa 3D DLP.

Spiegando il processo, il leader del progetto e il professore associato Qi Ge di SUSTech ha dichiarato: “Nel nostro approccio, i modelli in scala di grigi progettati computazionalmente vengono impiegati per realizzare profili microlenti su una singola esposizione UV che rimuove l’effetto scala esistente nel tradizionale 3D strato per strato metodo di stampa e l’oscillazione dell’obiettivo di proiezione viene applicata per eliminare ulteriormente la superficie frastagliata formata a causa degli spazi tra i pixel discreti. “

Un microlente è una lente di piccole dimensioni, che spesso misura fino a 10 micrometri. Le matrici Microlens contengono più lenti formate in una matrice monodimensionale o bidimensionale su un substrato di supporto. Hanno attirato un’attenzione significativa a causa della crescente domanda di miniaturizzazione dell’optoelettronica, che sono dispositivi e sistemi elettronici che alimentano, rilevano e controllano la luce. Gli array Microlens sono quindi diventati un importante dispositivo di micro-ottica utilizzato in varie applicazioni di imaging ottico, rilevamento e comunicazione ottica.

La produzione di array di microlenti si è rivelata difficile, secondo i ricercatori, in quanto esistono ancora limitazioni come elevato consumo di tempo, elevata complessità di processo, mancanza di flessibilità di fabbricazione e difficoltà nel controllo della coerenza per molte tecniche di produzione.

La stampa 3D DLP è un processo che utilizza un proiettore digitale per polimerizzare la resina fotopolimerica e produrre parti stampate in 3D. Viene spesso utilizzato per la stampa 3D altamente dettagliata ed è considerato un metodo più veloce rispetto allo SLA, un processo di stampa 3D simile. Sebbene la stampa 3D DLP offra una grande flessibilità nella fabbricazione di matrici di microlenti con dimensioni, geometrie e profili diversi, non è stata in grado di produrre parti con superfici otticamente lisce.

Per ovviare a questo, i ricercatori SUTD e SUSTech hanno suggerito di integrare la stampa 3D DLP con oscillazione meccanica ed esposizione UV in scala di grigi. L’oscillazione aiuta a rimuovere la superficie frastagliata formata da pixel discreti in una parte stampata in 3D, mentre l’esposizione UV in scala di grigi rimuove l’effetto scala comune alla stampa 3D, dove sono visibili i segni di livello. Il risultato sarebbe un metodo di fabbricazione ultraveloce e flessibile per array di microlenti con levigatezza della superficie ottica.

Per dimostrare la fattibilità e l’efficacia dell’approccio, il team di ricerca ha condotto caratterizzazioni morfologiche dettagliate, tra cui la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la microscopia a forza atomica (AFM). I risultati hanno suggerito che l’integrazione dell’oscillazione dell’obiettivo di proiezione con la stampa 3D DLP riduce la rugosità della superficie da 200 nm a circa 1 nm. Il professor Ge ha aggiunto:

“RISPETTO ALL’ALTRO METODO DI FABBRICAZIONE, IL NOSTRO METODO DI STAMPA BASATO SU DLP ASSISTITO DA OSCILLAZIONE È EFFICIENTE IN TERMINI DI ENERGIA E TEMPO SENZA DEGRADO DELLE PRESTAZIONI OTTICHE, CHE È CONVENIENTE PER LA COMMERCIALIZZAZIONE E L’IMPLEMENTAZIONE NELLA PRODUZIONE DI MASSA. INOLTRE, QUESTO APPROCCIO FORNISCE ISPIRAZIONI ISTRUTTIVE PER ALTRI SETTORI PRODUTTIVI CON ELEVATE ESIGENZE DI SUPERFICI ULTRA-LISCE. “

Sebbene il team di ricerca abbia adattato specificamente il DLP per la produzione di array di microlenti, varie altre tecnologie di stampa 3D sono già adatte alla sua produzione. Ad esempio, con sede in Germania Nanoscribe produce sistemi di produzione di additivi due fotoni che sono in grado di produrre array di microlenti. Quest’anno ha lanciato una stampante 3D chiamata Quantum X , che utilizza la litografia a due fotoni per la fabbricazione di micro-ottiche rifrattive e diffrattive di dimensioni nanometriche che possono arrivare a 200 micron.

Alla fine del 2018, l’azienda ha anche introdotto la stampante 3D Photonic Professional GT2 per microfabbricazione e litografia senza maschera , in grado di produrre microlenti.

Lo studio di SUTD e SUSTech, ” Stampa tridimensionale ultraveloce di array di microlenti otticamente lisci mediante elaborazione della luce digitale assistita da oscillazione , è pubblicato in ACS Applied Materials & Interfaces ” . È scritto da Chao Yuan, Kavin Kowsari, Sahil Panjwani, Zaichun Chen, Dong Wang, Biao Zhang, Colin Ju-Xiang Ng, Pablo Valdivia y Alvarado, Qi Ge.

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