南方科技大学数字光处理（DLP）3D打印制造微透镜阵列

2019年10月，新加坡Singapore University of Technology and Design (SUTD) 和深圳南方科技大学 Southern University of Science and Technology (SUSTech) 的研究人员，提出了一种使用振荡辅助数字光处理（DLP）3D打印制造微透镜阵列的方法。 

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。 但是，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学的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层3D打印中存在的阶梯效应。 这个打印方法施加投影透镜振荡以进一步消除由于离散像素之间的间隙而形成的锯齿状表面。”

机械振荡改进DLP 3D打印

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。由于光电子小型化的日益增长的需求，它们引起了极大的关注，光电子是提供检测和控制光的电子设备和系统。因此，微透镜阵列已经成为在各种紧凑的成像、传感和光通信应用中使用的重要微光学器件。

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、高工艺复杂性、缺乏制造灵活性以及难以控制一致性等局限性。

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更快的方法。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研究人员建议将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，而灰度级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打印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”

3D打印微透镜

尽管研究团队专门针对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打印机，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——摩方材料。 SUTD和SUSTech的研究，“Ultrafast Three-Dimensional Printing of Optically Smooth Microlens Arrays by Oscillation-Assisted Digital Light Processing, 已经发表在ACS Applied Materials & Interfaces上“. 作者包括Chao Yuan, Kavin Kowsari, Sahil Panjwani, Zaichun Chen, Dong Wang, Biao Zhang, Colin Ju-Xiang Ng, Pablo Valdivia y Alvarado, Qi Ge.