Un nuevo método para hacer rápidamente una lente de bajo costo y alta calidad usando una impresora 3D tiene un potencial prometedor para crear lentes de imágenes ópticas, lentes de contacto personalizadas para corregir la visión distorsionada, o incluso convertir los iPhones en microscopios para el diagnóstico de enfermedades.
Desarrollado por investigadores de Northwestern Engineering después de dos años de investigación, el componente óptico personalizado, que mide 5 milímetros de altura y 5 milímetros de diámetro, puede imprimirse en 3D en aproximadamente cuatro horas.
"Hasta ahora, dependíamos en gran medida del costoso y costoso proceso de pulido de lentes", dijo Cheng Sun, profesor asociado de ingeniería mecánica y cuyo laboratorio desarrolló el proceso de impresión en 3D.libertad para diseñar y personalizar una lente rápidamente "
La investigación fue publicada el 24 de marzo en Materiales avanzados . Incluye imágenes tomadas con la lente conectada a un Apple iPhone 6s, incluidas imágenes detalladas de alta calidad del ala de una polilla al atardecer y un lugar en el elyta de un gorgojo.
Al igual que todas las impresiones en 3D, la creación de estas lentes implica colocar una capa sobre otra capa de material. Sun comparó la construcción de la lente con el funcionamiento de un proyector de películas "."Dijo Sun." Es como reproducir una película en forma vertical ".
Pero cuando los investigadores imprimieron la lente por primera vez, sus capas curvas, hechas de una resina fotocurable, crearon un paso visible.
"Nos dimos cuenta de que las capas una encima de la otra creaban rugosidad de la superficie. El espesor de la capa es típicamente de 5 micras, mientras que la longitud de onda de la luz visible es de alrededor de 0,5 micras. Esto crea una superficie ópticamente rugosa", dijo.el cuello de botella. La aspereza hizo que la lente fuera incapaz de una óptica clara "
Esto condujo a la simple pregunta de investigación orientadora del grupo: ¿Podemos suavizar la superficie sin disminuir la velocidad de impresión? Para resolver ese desafío, el grupo de Sun desarrolló un proceso de dos pasos de capas y pulido.
"Primero, usamos imágenes en escala de grises para crear más transiciones entre los pasos", dijo Sun. "Luego, recubrimos la superficie con la misma resina fotocurable. Eso luego forma el menisco que suaviza aún más la superficie".
El resultado: una lente transparente con una superficie lisa.
"Debo haber intentado más de 100 veces para hacer esto correctamente", dijo Xiangfan Chen, un candidato a doctorado en ingeniería mecánica y autor principal del estudio.
Esta lente, sin embargo, no es la primera lente de alta calidad creada por la impresión 3D. La empresa alemana Nanoscribe ha desarrollado una impresora 3D femto-segundo de alta precisión con una precisión de 150 nanómetros, pero construye la lente en un puntopor punto de moda en lugar de capas, dijo Sun.
"Es un proceso que lleva mucho tiempo. Esa es su limitación", agregó. "Queríamos hacer algo comparable pero más rápido y con mejor calidad".
"Si quieres hacer una lente, ¿quieres hacerlo en dos horas o dos semanas?", Dijo Chen. "Estamos muy entusiasmados con esta lente".
Este proceso podría conducir a una gran cantidad de nuevos dispositivos con una amplia variedad de aplicaciones en óptica e imágenes biomédicas, dijo Sun.
A continuación, el grupo experimentará en la fabricación de lentes más grandes e investigará cómo integrar la lente impresa en 3D con dispositivos médicos, como un endoscopio o un microscopio óptico. "Estas lentes podrían ayudar a detectar alguna enfermedad genética o cáncer", dijoBiqin Dong, un becario postdoctoral enfocado en ingeniería biomédica y mecánica, que también trabajó en la investigación.
Dong también imagina que estos lentes podrían ser utilizados por médicos en áreas subdesarrolladas para imágenes de diagnóstico o por científicos de campo como microscopios portátiles. El lente también podría convertirse en un lente de contacto personalizado para personas con córneas distorsionadas causadas por queratocono ". El contactola lente presentaría la superficie personalizada, que coincidiría con la forma de la córnea del paciente ", dijo Sun.
El trabajo fue apoyado por la National Science Foundation bajo la subvención EEC-1520734 y DBI-1353952, junto con una donación de la Fundación Farley.
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Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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