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  基于光固化成型（Vat Photopolymerization）的三維打印技術(shù)，由于其良好的定制性和無需裝配的一體成型能力，在制造自定義光學(xué)元件方面具有極大的潛力。然而，光學(xué)透鏡的加工工藝需要具備納米級的表面粗糙度和微米級的形狀精度，這種精度要求超出了大多數(shù)三維打印技術(shù)的能力范圍�，F(xiàn)有的透鏡三維打印工藝，例如雙光子聚合光固化成型，通過降低打印層厚和固化單元面積來實(shí)現(xiàn)納米級表面粗糙度，但這限制了加工速度和加工面積。目前，對于大尺度光滑表面光學(xué)透鏡的一體成型三維打印仍然存在挑戰(zhàn)。

  為了解決光固化成型在制造光學(xué)透鏡時(shí)面臨的表面粗糙度和形狀精度問題，美國南加州大學(xué)的Yong Chen教授和其博士后Han Xu開發(fā)了一種基于變焦距光固化的三維打印工藝（Zooming Focused Mask Image Projection based Vat Photopolymerization）。該工藝采用特殊變焦連續(xù)三維打印技術(shù)，在連續(xù)液面生長（Continuous liquid interface production）的基礎(chǔ)上, 通過改變焦距實(shí)現(xiàn)投影圖像的連續(xù)變化，從原理上消除了加工表面的臺階畸變。 這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對光學(xué)透鏡的一體成型，無需后處理加工。其加工表面粗糙度可以達(dá)到納米級，加工形狀精度可以達(dá)到微米級，完全滿足光學(xué)透鏡的制造需求。論文以Continuous Vat Photopolymerization for Optical Lens Fabrication為題， 發(fā)表在《Small》期刊。南加州大學(xué)博士后Han Xu 為第一作者，其它合作者包括Shuai Chen，Renzhi Hu， Muqun Hu，Yang Xu，和Yeowon Yoon。

 圖1：（a）連續(xù)梯臺式層疊加原理。（b-c）連續(xù)變焦打印實(shí)現(xiàn)從點(diǎn)1到點(diǎn)2的連續(xù)梯臺式層疊加。（d）連續(xù)變焦三維打印的復(fù)合拋物面光集中器。（e）光集中器的表面電子顯微鏡照片。

圖2：（a）連續(xù)變焦三維打印的魚眼透鏡。（b）使用USAF1951靶標(biāo)標(biāo)定打印魚眼透鏡的成像解析度原理圖。（c）USAF1951 靶標(biāo)在打印魚眼透鏡下的成像結(jié)果。（d）打印的魚眼透鏡對白、藍(lán)、紅三種波長的圖像的調(diào)制傳遞函數(shù)。（e-f）連續(xù)變焦三維打印的激光擴(kuò)束器設(shè)計(jì)圖。（g）連續(xù)變焦三維打印的激光擴(kuò)束器實(shí)物圖。（h）打印的激光擴(kuò)束器對激光的擴(kuò)束效果比較。

  為進(jìn)一步展現(xiàn)該工藝的通用性，該團(tuán)隊(duì)打印了不同設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)凸透鏡（圖2a），和一體成型的激光擴(kuò)束器（圖2e-2g）。得益于良好的形狀精度與表面粗糙度，打印的透鏡展現(xiàn)出高于傳統(tǒng)三維打印透鏡的成像解析度，如圖2b-2d所示。激光擴(kuò)束器由兩個(gè)同軸的凸透鏡組成。三維打印對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一體成型能力，消除了傳統(tǒng)加工中的激光擴(kuò)束器的裝配誤差，降低了裝配成本。其打印結(jié)果與激光擴(kuò)束效果在圖2h中展示。

  論文信息：Han Xu, Shuai Chen, Renzhi Hu, Muqun Hu, Yang Xu, Yeowon Yoon, and Yong Chen, “Continuous Vat Photopolymerization for Optical Lens Fabrication”. Small 2300517

  全文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202300517