Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode d’impression 3D appelée tomographie floue, capable de produire rapidement des microlentilles d’une qualité optique de niveau commercial. Ils ont utilisé cette technique pour imprimer un réseau de microlentilles, qui est montré tenu par une pince à épiler. Crédit : Daniel Webber, Conseil national de recherches du Canada
Une nouvelle méthode d’impression 3D produit des microlentilles de qualité commerciale avec des surfaces lisses, ce qui pourrait faire progresser la conception de dispositifs optiques.
Des chercheurs canadiens ont développé une nouvelle méthode d'impression 3D appelée tomographie floue, qui permet de produire rapidement des microlentilles d'une qualité optique de niveau commercial. La nouvelle méthode pourrait faciliter et accélérer la conception et la fabrication de divers dispositifs optiques.
« Nous avons délibérément ajouté un flou optique aux faisceaux de lumière utilisés pour cette méthode d'impression 3D afin de fabriquer des composants optiques de précision », a déclaré Daniel Webber du Conseil national de recherches du Canada. « Cela permet de produire des surfaces optiquement lisses. »
Dans Optique, le journal d'Optica Publishing Group pour la recherche à fort impact, ces chercheurs démontrent la nouvelle méthode en l'utilisant pour fabriquer une lentille optique plan-convexe de taille millimétrique avec des performances d'imagerie similaires à celles d'une lentille en verre disponible dans le commerce. Ils montrent également que la méthode permet de produire des composants optiques prêts à l’emploi en seulement 30 minutes.
« Nous prévoyons que cette méthode sera utile pour le prototypage rapide et rentable de composants optiques en raison du prix abordable de l'imprimante 3D tomographique et des matériaux utilisés », a déclaré Webber. « En outre, la nature libre inhérente à l'impression 3D tomographique pourrait permettre aux concepteurs optiques de simplifier leurs conceptions en remplaçant plusieurs optiques standard par des optiques imprimées aux formes complexes. »
La nouvelle technique utilise une lentille de projection personnalisée pour brouiller les faisceaux laser utilisés pour solidifier une résine sensible à la lumière. Cela produit une surface optiquement lisse, qui permet d'imprimer des lentilles de qualité commerciale telles que celle illustrée en bas à gauche. Crédit : Daniel Webber, Conseil national de recherches du Canada
Lisser les bords
La fabrication additive volumétrique tomographique est une approche de fabrication relativement nouvelle qui utilise la lumière projetée pour solidifier une résine sensible à la lumière dans des zones spécifiques. Il permet d’imprimer une pièce entière en une seule fois sans aucune structure de support. Cependant, les méthodes tomographiques existantes ne peuvent pas imprimer directement des lentilles de qualité d'imagerie car les faisceaux en forme de crayon utilisés provoquent des stries qui conduisent à de petites crêtes sur la surface du composant. Bien que des étapes de post-traitement puissent être utilisées pour créer des surfaces lisses, ces approches ajoutent du temps et de la complexité, ce qui supprime l'avantage du prototypage rapide associé à l'impression tomographique.
« La fabrication de composants optiques est coûteuse en raison des spécifications techniques strictes nécessaires au bon fonctionnement d'une lentille, ainsi que du processus de fabrication complexe et long », a déclaré le Dr Webber. « La tomographie floue peut être utilisée pour créer des conceptions de forme libre à faible coût. À mesure que la technologie évolue, elle pourrait permettre un prototypage beaucoup plus rapide de nouveaux dispositifs optiques, ce qui serait utile à tous, des fabricants commerciaux aux inventeurs en garage.
Créer de petites lentilles
Pour tester la nouvelle méthode, les chercheurs ont d’abord créé une simple lentille plan-convexe et ont montré qu’elle avait une résolution d’imagerie comparable à celle d’une lentille en verre commerciale ayant les mêmes dimensions physiques. Il présentait également une erreur de forme à l’échelle micrométrique, une rugosité de surface inférieure au nanomètre et une fonction d’étalement ponctuel proche de la lentille en verre.
Ils ont également réalisé un réseau 3×3 de microlentilles en utilisant la tomographie floue et l’ont comparé à un réseau imprimé avec l’impression 3D tomographique conventionnelle. Ils ont constaté qu’il n’était pas possible d’imager une carte de visite avec le réseau imprimé avec des moyens conventionnels en raison de la grande rugosité de la surface, mais cela pouvait être réalisé avec le réseau imprimé avec une tomographie floue. De plus, les chercheurs ont démontré la surimpression d'une lentille sphérique sur une fibre optique, ce qui n'était auparavant possible qu'en utilisant une technique de fabrication additive connue sous le nom de deux-photon polymérisation.
Ils travaillent maintenant à améliorer les composants précision en optimisant la méthode de modelage de la lumière et en intégrant les paramètres des matériaux dans le processus d'impression. Ils souhaitent également introduire l'automatisation du temps d'impression afin de rendre le système suffisamment robuste pour un usage commercial.
« L'impression 3D tomographique est un domaine en pleine évolution qui trouve des applications dans de nombreux domaines d'application », a déclaré Webber. « Ici, nous exploitons les avantages intrinsèques de cette méthode d’impression 3D pour fabriquer des composants optiques de taille millimétrique. Ce faisant, nous avons ajouté au répertoire des techniques de fabrication optique une alternative rapide et peu coûteuse qui pourrait potentiellement avoir un impact sur les technologies futures.
