Une nouvelle méthode pour faire un low-cost, une lentille de haute qualité utilisant rapidement une imprimante 3D a un potentiel prometteur pour créer des lentilles d'imagerie optique, lentilles de contact personnalisées pour corriger la vision déformée, ou même transformer les iPhones en microscopes pour le diagnostic des maladies.

Développé par les chercheurs de Northwestern Engineering après deux ans de recherche, le composant optique personnalisé, qui mesure 5 millimètres de hauteur et 5 millimètres de diamètre, peut être imprimé en 3D en quatre heures environ.

"Jusqu'à maintenant, nous nous sommes fortement appuyés sur le processus long et coûteux de polissage des lentilles, " dit Cheng Sun, professeur agrégé de génie mécanique et dont le laboratoire a développé le procédé d'impression 3D. "Avec l'impression 3D, vous avez désormais la liberté de concevoir et de personnaliser rapidement un objectif."

La recherche a été publiée le 24 mars dans Matériaux avancés . Il comprend des images prises avec l'objectif connecté à un Apple iPhone 6s, y compris des images détaillées de haute qualité d'une aile de papillon de nuit et d'une tache sur les élytes d'un charançon.

Comme toutes les impressions 3D, la création de ces lentilles consiste à placer couche sur couche de matériau. Sun a comparé la construction de l'objectif à l'utilisation d'un projecteur de film. "Au lieu de projeter une seule image, une image après l'autre, nous superposons un cadre sur un autre, " Sun a déclaré. "C'est comme jouer un film de façon verticale."

Mais lorsque les chercheurs ont imprimé la lentille pour la première fois, ses couches courbes, fait d'une résine photo-durcissable, créé une marche visible.

"Nous avons réalisé que les couches superposées créaient une rugosité de surface. L'épaisseur de la couche est généralement de 5 microns, tandis que la longueur d'onde de la lumière visible est d'environ 0,5 micron. Cela crée une surface optiquement rugueuse, " dit-il. " C'était le goulot d'étranglement. La rugosité a rendu l'objectif incapable d'une optique claire."

Cela a conduit à la question de recherche directrice simple du groupe :pouvons-nous rendre la surface lisse sans ralentir la vitesse d'impression ? Pour résoudre ce défi, Le groupe de Sun a développé un processus en deux étapes de stratification et de polissage.

"D'abord, nous avons utilisé des images en niveaux de gris pour créer plus de transitions entre les étapes, " dit Sun. " Alors, nous avons enduit la surface de la même résine photo-durcissable. Cela forme alors le ménisque qui lisse davantage la surface."

Le résultat :une lentille transparente avec une surface lisse.

« J'ai dû essayer plus de 100 fois pour que tout soit parfait, " a déclaré Xiangfan Chen, un doctorant en génie mécanique et auteur principal de l'étude.

Cette lentille, cependant, n'est pas le premier objectif de haute qualité créé par impression 3D. La société allemande Nanoscribe a développé une imprimante 3D femto-seconde de haute précision avec une précision de 150 nanomètres, mais il construit la lentille point par point au lieu de superposer, dit Soleil.

"C'est un processus qui prend du temps. C'est leur limite, " a-t-il ajouté. " Nous voulions faire quelque chose de comparable mais plus rapide et de meilleure qualité. "

"Si vous voulez faire une lentille, voulez-vous le faire en deux heures ou deux semaines?" a déclaré Chen. "Nous sommes très enthousiastes à propos de cet objectif. "

Ce processus pourrait conduire à une pléthore de nouveaux dispositifs avec une grande variété d'applications en optique et en imagerie biomédicale, dit Soleil.

Prochain, le groupe expérimentera la fabrication de lentilles plus grandes et étudiera comment intégrer la lentille imprimée en 3D avec des dispositifs médicaux, comme un endoscope ou un microscope optique. "Ces lentilles pourraient aider à détecter une maladie génétique ou un cancer, " dit Biqin Dong, un post-doctorant axé sur le génie biomédical et mécanique, qui a également travaillé sur la recherche.

Dong envisage également que ces lentilles pourraient être utilisées par des médecins dans des zones sous-développées pour l'imagerie diagnostique ou par des scientifiques de terrain comme microscopes portables. La lentille pourrait également être façonnée en une lentille de contact personnalisée pour les personnes ayant des cornées déformées causées par le kératocône. "La lentille de contact présenterait la surface personnalisée, l'adapter à la forme de la cornée du patient, " dit Soleil.