精密旋涂辅助3D打印光学镜片制造技术

光学镜头在从显微镜到机器视觉系统等许多领域都必不可少。传统的镜头制造是一个多步骤的过程，涉及研磨、抛光、成型和涂层，这既耗时又昂贵，尤其是对于定制、小批量生产而言。

增材制造已成为制造光学元件有前途的替代方案。材料喷射和液槽光聚合 (VPP) 等技术可提供高精度和高速度，但由于 3D打印的逐层特性，实现高质量镜片所需的平滑度仍然具有挑战性。

△基于VPP 的 3D 打印设置和旋涂镜片的图像。（图片来源：普渡大学）

普渡大学的研究人员通过开发基于 VPP 的镜头打印工艺解决了这些挑战，可最大限度地减少横向和纵向阶梯状缺陷。该工艺集成了未聚焦图像投影和精密旋涂。通过在打印过程中稍微散焦固化图像，可以减少横向像素化，而不会牺牲构建尺寸。随后的旋涂使垂直阶梯变得平滑。

相关研究以题为“3D Printing of Optical LensesAssisted by Precision Spin Coating/精密旋涂辅助光学镜片 3D 打印”的论文被发表在《先进功能材料》杂志上。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202407165

研究结果表明精密旋涂工艺可以得到精确控制和预测，而此前这种工艺被认为在曲面上不可靠。如果涂上足够的液体，涂层轮廓不会受到打印台阶效应的影响，从而使表面处理得非常光滑。涂层厚度可控制在 1 微米以内。

△3D打印系统示意图

研究人员成功制作出直径从 3 毫米到70 毫米的多尺度透镜，表面粗糙度小于 1 纳米，轮廓精度在1 微米以内。透镜表现出优异的光学性能，包括高调制传递函数 (MTF) 分辨率和最小的畸变。

△测试系统示意图

这种方法可以实现快速、低成本、可定制的高质量光学元件生产，从而改变镜片制造行业，可能使定制眼镜、科学仪器和医疗设备等领域受益。进一步的研究将探索优化打印参数、新材料和多材料镜片，以增强光学功能。