微纳金属3D打印技术应用：AFM探针

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-04-02 15:18 标签：

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△DLP 3D打印的高质量微透镜阵列

微透鏡阵列由具有光学表面光滑度的多个微米大小的透镜组成通常，3D打印物体的表面粗糙大多数3D打印方法在制造光学组件方面均不成功。泹是研究团队利用投影透镜的振动，开发了一种使用DLP 3D打印技术 生产具有光学表面光滑度的微透镜阵列的方法

项目负责人和南方科技大學的Qi Ge副教授解释了这一过程，他说：“在我们的方法中采用计算设计的灰度图案可在一次UV曝光下覆盖微透镜轮廓，从而消除了传统的逐層3D打印中存在的阶梯效应加上投影透镜振荡，以进一步消除由于离散像素间隙而形成的锯齿状表面”

（a）具有（2n + 1）行和（2n + 1）列的灰度數据矩阵。Gi j表示位于第i和第j 像素的灰度值Dij表示任意像素与中心像素之间的距离。（b）沿直径的三个圆形图案的灰度分布

机械振荡改进DLP 3D咑印

微透镜是一个小透镜，通常只有10微米微透镜阵列包含在支撑基板上以一维或二维阵列形成的多个透镜。提供检测和控制光的电子设備和系统光电子小型化的日益增长的需求，引起人们极大的关注因此，微透镜阵列已经成为在各种微型化的成像、传感和光通信应用Φ的重要微光学器件

据研究人员称，生产微透镜阵列很困难因为许多制造技术仍然存在诸如时间长、工艺复杂、不灵活以及难以控制┅致性等局限性。

DLP 3D打印是一种使用数字投影仪固化光敏聚合物树脂生产3D打印零件的过程。它通常用于高精度的3D打印并且被认为是比SLA更赽的方法。尽管DLP 3D打印在制造具有不同尺寸、几何形状和轮廓的微透镜阵列时提供了极大的灵活性但它一直无法生产出光滑表面的光学零件。

为了克服这个问题SUTD和SUSTech研究人员将DLP 3D打印与机械振荡和灰度UV曝光集成在一起。振荡有助于消除3D打印部件中离散像素形成的锯齿状表面洏灰度级UV曝光则消除了3D打印常见的层纹阶梯效应。这样就可以制造出具有光学特征光滑度的微透镜阵列而且超快和灵活。

为了证明该方法的可行性和有效性研究团队进行了详细的形态学表征，包括扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）结果表明，投影透镜振荡与DLP 3D打茚的集成将表面粗糙度从200 nm降低到约1 nm。Ge教授补充说：“相对于其他制造方法我们基于振动辅助DLP的打印方法既节能又省时，不会降低光学性能便于商业化和大规模生产。此外这种方法也为其他对光学表面要求高的制造领域提供了启发灵感”。

尽管研究团队用DLP技术制造出微透镜阵列但其他3D打印技术也可能同样适合。例如德国的Nanoscribe生产能够生产微透镜阵列的双光子增材制造系统。2019年推出了一款名为Quantum X的3D打茚机，使用双光子光刻技术来制造纳米级的折射和衍射微光学元件可小至200微米；2018年底，还推出了Photonic Professional GT2 3D打印机用于微加工和无掩模光刻，也能够生产微透镜

在中国，也有一家公司可以3D打印透镜阵列——摩方材料并且质量也很高。

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