3D打印@光學應用的正確打開方式

光學制造業(yè)涵蓋了一系列產品,，從工業(yè)裝置中高透明度的部件,，到光線柔和的床頭燈,，從眼鏡鏡片,，到相機鏡頭，無一不包,。盡管在很多人的概念里,，照明、光學儀器制造,、玻璃制造等已經是相當“傳統(tǒng)”的行業(yè),，但這些行業(yè)的背后，也正在醞釀著一場“真正意義上的革命”,。一個好的光學元件,，價格要十幾萬元甚至幾十萬元——3D打印走進光學應用，對于光學產業(yè)來說,，簡直是一個“大地震”,。今天，《3D打印世界》為你開啟3D打印在光學應用中的神奇之門,。

荷蘭LUXeXcel — 革命性的光學打印技術Printoptical Technology
荷蘭LUXeXcel目前是世界上唯一一家能夠通過3D打印機直接打印出光學鏡片的公司,。該公司發(fā)明了一種使用3D打印制造功能性光學產品及其原型的技術——Printoptical，并在此基礎上推出了一種光學產品的增材制造平臺和新型的LUX-Opticlear,，該公司可3D打印最高達20毫米厚的光學產品。

Printoptical3D打印技術本質上是一種“從CAD設計到光學部件”的一站式技術,，其打印出來的光學部件不需要進行像拋光,、研磨和著色這樣的后處理。他們的技術主要基于成熟的寬幅工業(yè)噴墨打印設備,�,？赏ㄟ^紫外線固化的透明聚合物液滴噴射出來，然后被集成在打印頭上的強紫外線燈固化,，最終可以形成各種各樣的幾何形狀,，包括透明棱鏡或透鏡、以及全彩色3D圖形和紋理等,。

LUXeXcel指出,，3D打印在光學行業(yè)中擁有兩大優(yōu)勢：加快交付速度、定制化,。

一,、速度。從設計到交付,，3D打印的光學鏡片,、部件，甚至整個照明裝置都可能在一天之內制作完成,，printoptical過程不需要模具,，模具或后處理,，如拋光、研磨,、或著色,，交貨時間大大減少。另外,，在保證在生產時間內完成的同時,，還兼顧了客戶的設計形狀和復雜性。3D打印的光學燈具也因此更具成本效益,。

二,、定制。在激烈競爭的市場中,，個性化無疑是產品突圍而出的最佳策略之一,。3D打印能夠實現(xiàn)本地化、按需生產,，讓消費者充分享受定制化制造的便利,。另一方面，也能讓設計師和工程師們不斷迭代和持續(xù)改進產品設計方案,、生產出新型的燈具,、靈活調整光的分布——此時，他們可以不再依賴于現(xiàn)有的標準,、現(xiàn)成的零件,。

據(jù)了解，去年9月,，LUXeXcel已經與3D打印服務平臺及軟件開發(fā)商trinckle3D合作,，客戶只需創(chuàng)建出自己的設計方案，并輸入焦距長度和直徑,，便可生成3D效果預覽圖,。


Graphene3D — 可打印LED燈光源的新型3D打印技術
3D打印在光學部件制造，見證了世界上最薄LED燈的誕生,，石墨烯3D打印則叩開了有機LED光源設置即打即用的大門,。

公司不久前為他們的首個3D打印機設計——Romulus III——遞交了一份臨時專利申請。這是一款先進的多功能3D打印機,。有趣的是,，根據(jù)專利申請的描述，Romulus III還可以使用一種獨特的工藝3D打印有機LED光源,，而且一打印出來立即就能用,。

美國Proto Labs——可3D打印的光學級LSR材料
美國3D打印上市公司ProtoLabs旗下子公司Protomold開發(fā)出了一種可3D打印的光學級液體硅橡膠。Protomold表示,，這種光學級LSR呈透明液體狀,，質地柔軟,，可在許多光學應用中取代玻璃材料。

ProtoLabs公司LSR產品經理Jeff Schipper表示,，隨著光學級LSR的出現(xiàn),，可以在制造過程中將產品部件合而為一進行生產，從而降低成本和整體庫存,。此外,，這種材料所具備工程級熱固性，長期暴露高溫或紫外線環(huán)境中也不會失去透明度,，工程師能夠用它為照明行業(yè)開發(fā)產品和零部件,。這種光學LSR材料比玻璃和其他大多數(shù)塑料要輕得多，并且不易刮花及開裂,。

Proto Labs稱,，用LSR材料生成的3D對象透明度僅次于玻璃，他們能承受高瓦數(shù)LED產生的熱量,，同時還能保持足夠的柔性,。


德國斯圖加特大學 — 可用于微光學部件的激光3D打印技術
近期，德國斯圖加特大學研究團隊發(fā)布的一份研究顯示,，3D打印可以制造出更高的精度和再生產效率的微觀光學部件,。這一發(fā)現(xiàn)可能會對微光學部件的制造產生重要影響，并且有望制造出應用于傳感器和通信設備的更微觀的設備,。據(jù)了解,，他們研發(fā)的技術名為飛秒激光寫入（femtosecond laser writing），研究人員稱他們使用這種技術,，在一根只有125微米直徑（相當于人類的頭發(fā)直徑）的光纖中心直接制造了一個只有4.4微米小的光學元件。

這種技術與其他的3D激光雕刻技術并無多大差別,，只是打印層級已經達到了納米級別,，更穩(wěn)定可靠。本質上,，這種過程主要是將通過脈沖激光選擇性硬化光敏樹脂材料,，隨后去除未硬化的部分，就得到了微觀光學部件的3D模型,。


瓦克化學 — 可應用于光學的硅膠3D打印技術
瓦克化學（WackerChemie）成立了瓦克有機硅事業(yè)部WACKER SILICONES作為其硅膠生產的分支,，并與德國產品開發(fā)公司Enders Ingenieure GmbH合作研發(fā)一種紫外光固化打印方法，可以把硅膠作為3D打印材料,。因為硅膠是透明的,，所以瓦克公司開發(fā)的這種特制硅膠也可以用于光學應用，例如3D打印定制隱形眼鏡,。

他們最終開發(fā)出來的工藝類似于傳統(tǒng)的3D打印技術,，但使用的是玻璃打印床,、以及一種的書的硅膠材料，該材料具有很高的粘稠度并且對UV光很敏感,。在3D打印過程中,，類似的噴墨打印機的打印頭會在玻璃打印床上用硅膠的微小液滴鋪設一薄層，然后用UV光對其進行硫化,。每一個新的硅膠層鋪設的同時其下一層被硫化,，該過程重復進行，直到目標對象被3D打印完成,。最終打印出來的對象具有光滑的表面,，和傳統(tǒng)制造出來的硅膠部件完全一樣，是完全生物相容,、具有耐熱性和透明的,。

MTI玻璃實驗室G3DP項目——玻璃3D打印新工藝
來自麻省理工大學玻璃實驗室的Mediated Matter一直在MIT機械工程系、Wyss研究所和MIT玻璃實驗室共同開發(fā)精密玻璃3D打印的先進工藝,，他們創(chuàng)造出了令人難以置信的3D打印玻璃結構,。

這個玻璃3D打印機的工作方式其實很簡單。機器的頂部基本上是一個小窯,，用戶通過這里把玻璃放進去,。窯火的溫度能夠升至大約1900華氏度，很容易就將放置在內的玻璃熔化,。打印機的下段有一個氧化鋁—鋯石—二氧化硅材質的噴嘴,，其功能類似于FDM 3D打印機中的熱端。窯爐中熔化的玻璃通過漏斗流下來,，并通過噴嘴擠出到構建平臺上,，然后緩慢冷卻變硬。如果使用者想要停止打印玻璃的話,，只需使用壓縮空氣降低噴嘴的溫度即可,。結果表明，3D打印的對象的形狀非常規(guī)整,、準確,。

G3DP最大的優(yōu)勢就是可控制，甚至于用戶還可以進行成品透明度,、顏色,、厚度、透射程度,、反射甚至反射參數(shù)等的選擇,。


Micron3DP — 玻璃3D打印新突破熔點提升至1640℃
2015年，Micron3DP宣布，在使用玻璃材料的FDM（熔融沉積成型）3D打印技術開發(fā)上獲得了重大突破——首次使用熱擠出機以液體形式打印玻璃材料,。

Micron3DP反復試驗,，最終把材料溫度提升限定為850攝氏度。3D打印硼硅玻璃可用于制造更加耐用的器皿,，材料的熔化溫度則進一步提升至1640攝氏度,。這一方法的技術細節(jié)尚未披露，但相比當前常見的玻璃吹制技術,，Micron3DP宣稱會更為經濟,、更適合自動化制造。


芬蘭Glaston公司 — 全力擴張3D打印玻璃市場
在米蘭舉辦的Vitrum玻璃博覽會上,，芬蘭的格拉司通公司帶來了3D打印玻璃工藝的新進展,。Glaston的新的熱處理生產線“ Glaston FC1000 ”延續(xù)了“FC500”處理線的優(yōu)點，能3D打印出平滑,，無暇的光學玻璃,。

Glaston首席執(zhí)行官Arto說道：“3D打印是一個真實的充滿可能性的技術，它有可能改變整個玻璃生產鏈,。3D打印會影響玻璃加工設備的制造,，并且格拉司通公司希望成為這一領域發(fā)展的領軍企業(yè)�,！�


3D打印藝術大師Great Fredini — 用失PLA法制造夢幻般的玻璃作品
來自布魯克林的藝術家GreatFredini曾3D打印出世界上最大的裝置藝術作品,。2015年，大部分時間他都在美國Wheaton藝術創(chuàng)意玻璃中心研究將基于CAD的雕塑形式與玻璃鑄造結合起來,。

去年,，他決定在3D打印技術的幫助下探索一系列的鑄造技術，結果導致了一些有趣的結果,。他使用的是一種叫失PLA鑄造技術,，基本上是3D打印+PLA版本的失蠟法鑄造。

傲趣三維 — P-Glass仿玻璃3D打印耗材  透光率≥92%,！
傲趣三維于2016年2月推出高透明耗材P-Glass,，創(chuàng)新性的將PETG和PC復合制成。傲趣三維的雷周橋博士表示,，這種耗材的透光率≥92%，霧度≤0.2%,，光學性能超過了玻璃（玻璃透光率一般在80%-90%）,。

P-Glass不但擁有優(yōu)秀的光學性能，而且易于打印,、收縮率低,、成型穩(wěn)定，環(huán)保無毒。

3D打印光學器件的優(yōu)勢所在
3D打印結合了塑料光學元件的優(yōu)勢,，光學器件在紫外線的照射下,，一滴一滴被打印出來。3D打印不需要很貴的模具,，大量的治具或者后期處理,。因為沒有傳統(tǒng)的設計和制造工藝限制，這獨特的加工過程大大提高了光學器件在生產速度和靈活,。它有以前做不到的設計上的自由,，它不需要是球面的，甚至不需要是旋轉對稱的光學元件,。這種意義,，對于光學領域來說，就像鳥兒飛出了籠子,，可以隨意翱翔一樣,。

1、設計自由——可定制的形狀,非對稱設計,自由變形
2,、短交期,快速成型和同樣設計上的可迭代性
3,、無最小起訂量：想打印多少打多少
4、無需開始的模具投資
5,、不確定哪個設計更好?一次全打出來!
6,、質量輕


設計上的限制
1、3D光學打印作為技術平臺仍然在發(fā)展,，目前還不是非常完善
2,、一個表面必須是平的
3、不能有懸臂和中空結構
4,、最大尺寸380x200mm(14.960”x7.874”);20mm(0.787”)最大厚度
5,、如果太高了直墻會成為個問題;只有超過80°的才可以被打印

延伸閱讀：
《Luxexcel聯(lián)手trinckle 3D推出透明光學產品定制化服務》
《黑科技！德國用飛秒激光直寫技術3D打印出了微米級光學產品》

來源：3D打印世界