Stampa 3D di componenti ottici in plastica e confronto con i metodi di produzione tradizionali

Università della Finlandia orientale: tesi di studio sul potenziale per la stampa 3D di componenti ottici

Juuso Uusimaki ha presentato una tesi al Master in Fotonica presso l’ Università della Finlandia orientale . In ” Stampa 3D di componenti ottici in plastica e confronto con i metodi di produzione tradizionali “, l’autore esplora il potenziale dei componenti ottici in applicazioni industriali, nonché i vantaggi della stampa 3D di tali parti.

Poiché le ottiche sono generalmente realizzate con una varietà di diversi tipi di vetro, ci sono sfide nel gestire i costi e la quantità limitata di strutture che possono essere create a parte le sfere – portando alcuni produttori a utilizzare polimeri plastici a base di carbonio come alternativa – anche più possibile oggi dopo un’intensa ricerca ha portato a una produzione più efficiente che vince sui metodi tradizionali.

“Le lenti sono utilizzate per focalizzare la luce in un certo modo, sia per convergere o divergere il fronte d’onda incidente, essenzialmente alterando la sua direzione di propagazione o curvatura del fronte d’onda”, afferma Uusimaki. “Le lenti hanno spesso almeno due superfici di rifrazione, di cui di solito una o entrambe sono curve in modo sferico o asferico (quasi sferico), anche se le superfici possono anche essere a forma libera, il che significa qualsiasi forma geometrica che rifrange la luce nel modo desiderato. ”

Le lenti possono anche essere utilizzate per aumentare o ridurre le dimensioni dell’immagine mediante ingrandimento, o viceversa, e i sistemi ottici vengono creati impostando numerosi obiettivi, spesso visti in dispositivi come fotocamere, microscopi e telescopi.

Notando che i processi convenzionali come la stampa 3D FDM non sono “realmente adatti” per la fabbricazione di componenti ottici, Uusimaki spiega che esistono soluzioni tramite la stampa SLA.

“I metodi SLA convenzionali, in generale, sono relativamente economici e facili per la prototipazione rapida, ma gli oggetti stampati tendono a richiedere tecniche di post-elaborazione, come la lucidatura e il rivestimento, prima che siano pronti per l’uso ottico”, afferma Uusimaki. “Questo perché durante la stampa di una superficie curva strato per strato, nell’oggetto possono apparire bordi visibili e le impurità nel materiale e le imprecisioni della macchina possono creare imperfezioni nel prodotto.”

Uusimaki sostiene che tecniche come la produzione continua di interfacce liquide (CLIP) potrebbero essere la risposta per ottenere “elevata chiarezza ottica e risoluzione superficiale su scala nanometrica”, insieme a metodi come la stereolitografia multifotone (MPS). Qui, l’autore si è concentrato sulle lenti asferiche AM di Senop Oy stampate in 3D con la tecnologia Printoptical®.

Numerosi campioni di due diversi obiettivi sono stati fabbricati utilizzando una varietà di parametri di processo, dando come risultato quattro obiettivi “ritenuti accettabili”.

“Le misurazioni effettuate con un interferometro ad onda inclinata hanno dimostrato che la tecnologia può già produrre accuratezze di superficie in scala micrometrica su tutta l’area del componente senza alcun ciclo di post-elaborazione o iterativo, suggerendo che la stampa di obiettivi in ​​scala centimetrica potrebbe diventare un notevole opzione per le esigenze di prototipazione in fase iniziale dei produttori di ottica nel prossimo futuro “, ha concluso il ricercatore.

“Inoltre, dopo aver introdotto le teorie di base che governano l’ottica moderna, come la propagazione della luce e le qualità dispersive dei comuni componenti ottici, un’indagine generale sui materiali polimerici trasparenti ha mostrato entrambi i loro difetti di fortuna rispetto ai materiali di vetro ottico: anche se la plastica i componenti generalmente non possono competere con le loro controparti in vetro quando considerano la stabilità o le qualità ottiche, hanno un vantaggio competitivo in determinate situazioni a causa dei loro bassi pesi e costi, efficienti capacità di produzione in serie e più ampie possibilità optomeccaniche “.

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