Lenti ottiche in vetro GRIN con indice a gradiente stampate in 3d e altamente personalizzate

GLI SCIENZIATI DI LLNL STAMPANO IN 3D LENTI IN VETRO PERSONALIZZATE TRAMITE LA TECNOLOGIA DI SCRITTURA A INCHIOSTRO DIRETTO

Un team di ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ha utilizzato la stampa 3D multimateriale, ovvero la scrittura diretta a inchiostro (DIW), per fabbricare ottiche in vetro GRIN (Gradient Refractive Index) altamente personalizzate.

L’approccio consente di programmare una serie di funzioni ottiche direttamente nei componenti in vetro piano, funzioni che altrimenti richiederebbero lenti curve. Gli scienziati dell’LLNL ritengono che il loro approccio possa offrire una flessibilità di progettazione mai vista prima per parti in vetro stabili e vedere potenziali applicazioni nell’ottica militare e negli occhiali VR.

Le ottiche in vetro GRIN sono un’alternativa alle comuni ottiche finite convenzionalmente, in quanto la loro composizione del materiale contiene intrinsecamente un gradiente spaziale. Di conseguenza, è possibile osservare un gradiente nell’indice di rifrazione di un’ottica GRIN, il che significa che ci sono variazioni nel modo in cui la luce viaggia attraverso il mezzo in punti diversi. All’esterno, le lenti GRIN possono avere superfici completamente piatte, ma piegare la luce ed eseguire funzioni avanzate in modo simile a una lente curva specializzata.

L’esempio più semplice di un’ottica GRIN in natura è la lente dell’occhio, che cambia il suo indice di rifrazione in base ai livelli di luce ambientale e alla distanza di un oggetto osservato. Sebbene siano in atto variazioni meccaniche, le lenti degli occhi di molte specie cambiano i loro indici di rifrazione tramite concentrazioni di proteine ​​strutturali, che possono formare gradienti per diversi punti focali.

Fondamentalmente, l’esperimento prevedeva il controllo attivo del rapporto tra due inchiostri per la formazione del vetro in una miscela pastosa. Le varie miscele sono state quindi depositate come materiali di stampa 3D grezzi con la configurazione DIW e ulteriormente densificate per trasformarle in vetro. Come passaggio finale, il team LLNL ha terminato le stampe tramite lucidatura ottica convenzionale per produrre lenti utilizzabili. Rebecca Dylla-Spears, scienziata del LLNL e autrice principale dello studio, spiega: “Il cambiamento nella composizione del materiale porta a un cambiamento nell’indice di rifrazione una volta convertito in vetro”.

Il nuovo approccio aveva fornito al team un nuovo modo di controllare completamente spazialmente i componenti della lente finale, consentendo l’integrazione di più qualità come messa a fuoco e correzione della vista simultaneamente. Implementando queste caratteristiche a livello di materiale, è possibile ridurre le dimensioni della lente e il peso complessivo del sistema ottico. Poiché l’indice di rifrazione può essere controllato da vicino, le ottiche curve possono anche essere sostituite del tutto da lenti piatte, riducendo i costi di finitura e consentendo un assemblaggio più semplice in sistemi ottici complessi.

Dylla-Spears ha concluso: “Questa è la prima volta che abbiamo combinato due diversi materiali di vetro mediante la stampa 3D e abbiamo dimostrato la loro funzione come ottica. Sebbene dimostrato per GRIN, l’approccio potrebbe essere utilizzato anche per personalizzare altri materiali o proprietà ottiche “.

Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ‘ ottiche in vetro con indice a gradiente stampate in 3d. È coautore di Rebecca Dylla-Spears et al.

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