经济高效地批量生产微型复杂透镜系统，欧盟资助250 万欧元用于3D打印镜片

| 3DScienceValley · 2023/08/28

根据3D科学谷的市场观察，Printoptix 和 Viewpointsystem 公司正在欧盟的支持下致力于开发微光学 3D 打印的突破性技术。 “3DPrintoptixMarket”项目由欧洲创新理事会 (EIC) 资助 250 万欧元，目标是经济高效地批量生产微型复杂透镜系统。

在保持相同光学质量的同时，微光学器件的尺寸将进一步减小 50%
© Printoptix

根据3D科学谷，无需庞大的库存，无需复杂的供应链，更高的产品设计自由度，以及实现定制化镜片批量生产，这是3D打印技术为光学镜片制造行业所带来的特殊意义。

镜片3D打印的逻辑

全新设计的可能性

据总部位于德国斯图加特的 Printoptix 称，特殊的3D打印工艺能够生产使用传统方法无法生产的微型部件。“3DPrintoptixMarket”项目的目标是将微光学器件的尺寸减小 50%，以便它们也可以用于增强现实眼镜，3D打印时间也应该可以减少到十分钟以内。

3D 打印光学器件是对小型和大型公司都有吸引力的解决方案，作为 “3DPrintoptixMarket”项目合作伙伴，维也纳公司Viewpointsystem 将在其智能眼镜中使用和测试光学器件。

根据Viewpointsystem，对于智能眼镜，能够根据不同的脸型和个人眼睛特征调整微光学器件非常重要。3D 打印工艺的灵活性和个性化可能性能够以可管理的成本进一步改进光学器件的功能和用户体验。

根据Printoptix，3D打印技术开辟了全新的设计可能性和自由形状，这在传统制造工艺中根本不可行。这使得医学内窥镜或增强现实等领域的技术创新成为可能。此外，由于不再需要光学元件的组装和机械对准，制造过程变得更加稳健。

科研与商业化并进

早在2016年，德国斯图加特大学的科学家，提出了一个光学透镜制造的新概念，克服了上述困难，并打开了纳米级3D打印技术在微观纳米复杂透镜设计领域中的全新应用。在研究过程中，科学家进行了将多层透镜直接打印到针形设备上的完整过程，包括透镜的设计、使用双光子激光直写技术进行制造，以及进行100µm大小的多层透镜应用测试、通过多次调整传递函数和偏差的定量测量验证其性能和功能。该成果已发表在 Nature Photonics杂志上。他们使用纳米级的3D打印技术制造的微型透镜仅相当于人类头发直径的2倍。有了这样的微型透镜，像盐粒一样大小的微型镜头、微型医学成像系统、带成像系统的微型无人机等设备的出现将成为可能。斯图加特大学科学家的研究为微型内窥镜、细胞生物纤维成像系统、新一代成像系统、光纤光镊系统、集成量子发射器和探测器、带自主视觉的微型无人机等微型光学仪器的制造铺平了道路。

根据3D科学谷的市场观察，2016年中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室的科研团队在光学期刊《激光与光子评论》发表论文[Laser & Photonics Review. 10(4), 665-672 (2016), Three-dimensional Luneburg lens at optical frequencies]。该论文开创性地利用纳米级的3D打印技术——超衍射多光子直写加工技术制备了聚合物三维Luneburg透镜器件，其大小仅相当于人类头发直径的1/2，第一次将真三维的Luneburg透镜的工作波段从微波推广至光波段，使对三维Luneburg透镜的研究从宏观的微波领域转向光学领域迈进了坚实的一步。该研究成果将进一步促进微小光学和变换光学的发展，并打开了纳米级3D打印技术在微纳米器件领域中的全新应用。

在3D打印光学产品商业化方面，根据3D科学谷，美国科技巨头 Facebook 的母公司 Meta 于2022年收购了比利时-荷兰公司 Luxexcel。Luxexcel专注于复杂眼镜镜片的3D打印技术。而Meta越来越多地将数字技术融入镜片本身，为光学领域的增强现实 (AR) 技术铺平道路。早在2017年，Luxexcel的3D打印镜片就通过了ISO质量检测，达到了ISO质量标准。意味着3D打印光学镜片的质量与传统镜片是不相伯仲的，同时也为3D打印光学产品在市场上的普及奠定了基础。这其中软件技术也发挥了重要作用，LUXeXcel打印的使用TracePro中的纹理优化功能，通过纹理和深度的调整，开发人员可以设计在整个阵列中创造漫射光。TracePro软件可以把LUXeXcel材料整合到其设计考虑范围中，因此，设计人员可以预见到材料品质将如何影响产品的光输出。整个迭代过程被缩短到几天之内完成，无论制造成本和交货周期都大幅缩短。创造的透镜阵列可以提供随机均匀的光输出，无论是透过阵列的光，还是反射出去的光。通过改变纹理，使强光区被削弱，而弱光区由则获得来自强光区的光的增强来实现的。