Sottotitolo
Un gruppo di ricercatori della University of Melbourne usa silicone e resina PolyJet per costruire un waveguide liquido economico, semplificando le fasi di fabbricazione degli elementi ottici per realtà aumentata.
Introduzione
Le near‑eye display per applicazioni di realtà aumentata richiedono guide d’onda ottiche in grado di sovrapporre immagini virtuali al campo visivo con elevata efficienza. Tradizionalmente si impiegano lastre di vetro stratificate e trattate con rivestimenti riflettenti, lavorazioni costose e dispendiose. La proposta del team australiano sostituisce questi passaggi con un telaio 3D printed in resina trasparente, riempito di olio di silicone e dotato di riflettori dielettrici inseriti in sede, ottenendo un prototipo funzionale con un investimento materiale di 18 USD.
Contesto tecnologico
Nel contesto AR, le guide ottiche devono garantire: trasmissione efficiente della luce, ridotta perdita spettrale, alta qualità di immagine e compattezza. Le tecniche industriali prevedono taglio di vetro, incollaggio di film riflettenti e lucidatura, con tolleranze sub‑microniche.
Design e materiali
- Telaio: stampato su sistema PolyJet J826 di Stratasys, usando resina RGD810 trasparente e supporti SUP707 solubili. Le pareti interne ospitano feritoie da 180 µm per l’inserimento dei riflettori.
- Riflettori: tre lastre dielettriche spesse 175 µm, angolate a 25° e allineate a 2,024 mm di passo, installate manualmente sotto microscopio.
- Olio di silicone: viscosità 20 cSt, indice di rifrazione 1,41, stabilità termica e chimica, iniettato a 0,2 ml/min e sigillato con resina UV.
Parametri ottici e prestazioni
- Efficienza di trasmissione: diminuzione media del 3 % fra 400 e 700 nm.
- MTF (Modulation Transfer Function): 70 % in see‑through mode, 24 % per immagine virtuale a 15 cicli/°.
- Eyebox: orizzontale 1 mm, verticale 2 mm; espandibile con l’aggiunta di elementi riflettenti ma a scapito dell’efficienza.
- Field of View: 19,52° × 12,56°, misurato proiettando un pattern a 25 cm di distanza.
Processo di fabbricazione e costi
- Stampa: 3 h con PolyJet, 2 h di rimozione supporti e polimerizzazione UV.
- Assemblaggio: 4 h per inserire riflettori, iniettare olio e sigillare le aperture.
- Spesa: 12 USD per i riflettori, 1,10 USD resina, 0,70 USD olio, 0,60 USD vetri copertura; costi di macchina e manodopera inclusi nel totale di 18 USD.
Prospettive di sviluppo
- Automazione: FiconTEC ha sviluppato un sistema robotizzato per l’allineamento e l’incollaggio dei componenti, in collaborazione con il gruppo di ricerca.
- Materiali alternativi: studio su vetri hard‑coated (sapphire) per aumentare resistenza a graffi e stress termico, e rivestimenti antiriflesso in MgF₂ o TiO₂/SiO₂.
- Applicazioni: visori AR di fascia consumer, occhiali industriali per manutenzione e chirurgia, sistemi di addestramento militare.
