3D打印@光學(xué)應(yīng)用的正確打開(kāi)方式

光學(xué)制造業(yè)涵蓋了一系列產(chǎn)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(jī)鏡頭，無(wú)一不包。盡管在很多人的概念里，照明、光學(xué)儀器制造、玻璃制造等已經(jīng)是相當(dāng)“傳統(tǒng)”的行業(yè)，但這些行業(yè)的背后，也正在醞釀著一場(chǎng)“真正意義上的革命”。一個(gè)好的光學(xué)元件，價(jià)格要十幾萬(wàn)元甚至幾十萬(wàn)元——3D打印走進(jìn)光學(xué)應(yīng)用，對(duì)于光學(xué)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直是一個(gè)“大地震”。今天，《3D打印世界》為你開(kāi)啟3D打印在光學(xué)應(yīng)用中的神奇之門(mén)。

荷蘭LUXeXcel — 革命性的光學(xué)打印技術(shù)Printoptical Technology
荷蘭LUXeXcel目前是世界上唯一一家能夠通過(guò)3D打印機(jī)直接打印出光學(xué)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(xué)產(chǎn)品及其原型的技術(shù)——Printoptical，并在此基礎(chǔ)上推出了一種光學(xué)產(chǎn)品的增材制造平臺(tái)和新型的LUX-Opticlear，該公司可3D打印最高達(dá)20毫米厚的光學(xué)產(chǎn)品。

Printoptical3D打印技術(shù)本質(zhì)上是一種“從CAD設(shè)計(jì)到光學(xué)部件”的一站式技術(shù)，其打印出來(lái)的光學(xué)部件不需要進(jìn)行像拋光、研磨和著色這樣的后處理。他們的技術(shù)主要基于成熟的寬幅工業(yè)噴墨打印設(shè)備�？赏ㄟ^(guò)紫外線固化的透明聚合物液滴噴射出來(lái)，然后被集成在打印頭上的強(qiáng)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(xué)行業(yè)中擁有兩大優(yōu)勢(shì)：加快交付速度、定制化。

一、速度。從設(shè)計(jì)到交付，3D打印的光學(xué)鏡片、部件，甚至整個(gè)照明裝置都可能在一天之內(nèi)制作完成，printoptical過(guò)程不需要模具，模具或后處理，如拋光、研磨、或著色，交貨時(shí)間大大減少。另外，在保證在生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)完成的同時(shí)，還兼顧了客戶的設(shè)計(jì)形狀和復(fù)雜性。3D打印的光學(xué)燈具也因此更具成本效益。

二、定制。在激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)中，個(gè)性化無(wú)疑是產(chǎn)品突圍而出的最佳策略之一。3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)本地化、按需生產(chǎn)，讓消費(fèi)者充分享受定制化制造的便利。另一方面，也能讓設(shè)計(jì)師和工程師們不斷迭代和持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案、生產(chǎn)出新型的燈具、靈活調(diào)整光的分布——此時(shí)，他們可以不再依賴(lài)于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)成的零件。

據(jù)了解，去年9月，LUXeXcel已經(jīng)與3D打印服務(wù)平臺(tái)及軟件開(kāi)發(fā)商trinckle3D合作，客戶只需創(chuàng)建出自己的設(shè)計(jì)方案，并輸入焦距長(zhǎng)度和直徑，便可生成3D效果預(yù)覽圖。


Graphene3D — 可打印LED燈光源的新型3D打印技術(shù)
3D打印在光學(xué)部件制造，見(jiàn)證了世界上最薄LED燈的誕生，石墨烯3D打印則叩開(kāi)了有機(jī)LED光源設(shè)置即打即用的大門(mén)。

公司不久前為他們的首個(gè)3D打印機(jī)設(shè)計(jì)——Romulus III——遞交了一份臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)。這是一款先進(jìn)的多功能3D打印機(jī)。有趣的是，根據(jù)專(zhuān)利申請(qǐng)的描述，Romulus III還可以使用一種獨(dú)特的工藝3D打印有機(jī)LED光源，而且一打印出來(lái)立即就能用。

美國(guó)Proto Labs——可3D打印的光學(xué)級(jí)LSR材料
美國(guó)3D打印上市公司ProtoLabs旗下子公司Protomold開(kāi)發(fā)出了一種可3D打印的光學(xué)級(jí)液體硅橡膠。Protomold表示，這種光學(xué)級(jí)LSR呈透明液體狀，質(zhì)地柔軟，可在許多光學(xué)應(yīng)用中取代玻璃材料。

ProtoLabs公司LSR產(chǎn)品經(jīng)理Jeff Schipper表示，隨著光學(xué)級(jí)LSR的出現(xiàn)，可以在制造過(guò)程中將產(chǎn)品部件合而為一進(jìn)行生產(chǎn)，從而降低成本和整體庫(kù)存。此外，這種材料所具備工程級(jí)熱固性，長(zhǎng)期暴露高溫或紫外線環(huán)境中也不會(huì)失去透明度，工程師能夠用它為照明行業(yè)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品和零部件。這種光學(xué)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(kāi)裂。

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


德國(guó)斯圖加特大學(xué) — 可用于微光學(xué)部件的激光3D打印技術(shù)
近期，德國(guó)斯圖加特大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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(chǎn)效率的微觀光學(xué)部件。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)微光學(xué)部件的制造產(chǎn)生重要影響，并且有望制造出應(yīng)用于傳感器和通信設(shè)備的更微觀的設(shè)備。據(jù)了解，他們研發(fā)的技術(shù)名為飛秒激光寫(xiě)入（femtosecond laser writing），研究人員稱(chēng)他們使用這種技術(shù)，在一根只有125微米直徑（相當(dāng)于人類(lèi)的頭發(fā)直徑）的光纖中心直接制造了一個(gè)只有4.4微米小的光學(xué)元件。

這種技術(shù)與其他的3D激光雕刻技術(shù)并無(wú)多大差別，只是打印層級(jí)已經(jīng)達(dá)到了納米級(jí)別，更穩(wěn)定可靠。本質(zhì)上，這種過(guò)程主要是將通過(guò)脈沖激光選擇性硬化光敏樹(shù)脂材料，隨后去除未硬化的部分，就得到了微觀光學(xué)部件的3D模型。


瓦克化學(xué) — 可應(yīng)用于光學(xué)的硅膠3D打印技術(shù)
瓦克化學(xué)（WackerChemie）成立了瓦克有機(jī)硅事業(yè)部WACKER SILICONES作為其硅膠生產(chǎn)的分支，并與德國(guó)產(chǎn)品開(kāi)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?yàn)楣枘z是透明的，所以瓦克公司開(kāi)發(fā)的這種特制硅膠也可以用于光學(xué)應(yīng)用，例如3D打印定制隱形眼鏡。

他們最終開(kāi)發(fā)出來(lái)的工藝類(lèi)似于傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)，但使用的是玻璃打印床、以及一種的書(shū)的硅膠材料，該材料具有很高的粘稠度并且對(duì)UV光很敏感。在3D打印過(guò)程中，類(lèi)似的噴墨打印機(jī)的打印頭會(huì)在玻璃打印床上用硅膠的微小液滴鋪設(shè)一薄層，然后用UV光對(duì)其進(jìn)行硫化。每一個(gè)新的硅膠層鋪設(shè)的同時(shí)其下一層被硫化，該過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直到目標(biāo)對(duì)象被3D打印完成。最終打印出來(lái)的對(duì)象具有光滑的表面，和傳統(tǒng)制造出來(lái)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(shí)驗(yàn)室G3DP項(xiàng)目——玻璃3D打印新工藝
來(lái)自麻省理工大學(xué)玻璃實(shí)驗(yàn)室的Mediated Matter一直在MIT機(jī)械工程系、Wyss研究所和MIT玻璃實(shí)驗(yàn)室共同開(kāi)發(fā)精密玻璃3D打印的先進(jìn)工藝，他們創(chuàng)造出了令人難以置信的3D打印玻璃結(jié)構(gòu)。

這個(gè)玻璃3D打印機(jī)的工作方式其實(shí)很簡(jiǎn)單。機(jī)器的頂部基本上是一個(gè)小窯，用戶通過(guò)這里把玻璃放進(jìn)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(nèi)的玻璃熔化。打印機(jī)的下段有一個(gè)氧化鋁—鋯石—二氧化硅材質(zhì)的噴嘴，其功能類(lèi)似于FDM 3D打印機(jī)中的熱端。窯爐中熔化的玻璃通過(guò)漏斗流下來(lái)，并通過(guò)噴嘴擠出到構(gòu)建平臺(tái)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(jié)果表明，3D打印的對(duì)象的形狀非常規(guī)整、準(zhǔn)確。

G3DP最大的優(yōu)勢(shì)就是可控制，甚至于用戶還可以進(jìn)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(diǎn)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(shù)開(kāi)發(fā)上獲得了重大突破——首次使用熱擠出機(jī)以液體形式打印玻璃材料。

Micron3DP反復(fù)試驗(yàn)，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(jìn)一步提升至1640攝氏度。這一方法的技術(shù)細(xì)節(jié)尚未披露，但相比當(dāng)前常見(jiàn)的玻璃吹制技術(shù)，Micron3DP宣稱(chēng)會(huì)更為經(jīng)濟(jì)、更適合自動(dòng)化制造。


芬蘭Glaston公司 — 全力擴(kuò)張3D打印玻璃市場(chǎng)
在米蘭舉辦的Vitrum玻璃博覽會(huì)上，芬蘭的格拉司通公司帶來(lái)了3D打印玻璃工藝的新進(jìn)展。Glaston的新的熱處理生產(chǎn)線“ Glaston FC1000 ”延續(xù)了“FC500”處理線的優(yōu)點(diǎn)，能3D打印出平滑，無(wú)暇的光學(xué)玻璃。

Glaston首席執(zhí)行官Arto說(shuō)道：“3D打印是一個(gè)真實(shí)的充滿可能性的技術(shù)，它有可能改變整個(gè)玻璃生產(chǎn)鏈。3D打印會(huì)影響玻璃加工設(shè)備的制造，并且格拉司通公司希望成為這一領(lǐng)域發(fā)展的領(lǐng)軍企業(yè)。”


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

去年，他決定在3D打印技術(shù)的幫助下探索一系列的鑄造技術(shù)，結(jié)果導(dǎo)致了一些有趣的結(jié)果。他使用的是一種叫失PLA鑄造技術(shù)，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(fù)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(xué)性能超過(guò)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(xué)性能，而且易于打印、收縮率低、成型穩(wěn)定，環(huán)保無(wú)毒。

3D打印光學(xué)器件的優(yōu)勢(shì)所在
3D打印結(jié)合了塑料光學(xué)元件的優(yōu)勢(shì)，光學(xué)器件在紫外線的照射下，一滴一滴被打印出來(lái)。3D打印不需要很貴的模具，大量的治具或者后期處理。因?yàn)闆](méi)有傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造工藝限制，這獨(dú)特的加工過(guò)程大大提高了光學(xué)器件在生產(chǎn)速度和靈活。它有以前做不到的設(shè)計(jì)上的自由，它不需要是球面的，甚至不需要是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的光學(xué)元件。這種意義，對(duì)于光學(xué)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，就像鳥(niǎo)兒飛出了籠子，可以隨意翱翔一樣。

1、設(shè)計(jì)自由——可定制的形狀,非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì),自由變形
2、短交期,快速成型和同樣設(shè)計(jì)上的可迭代性
3、無(wú)最小起訂量：想打印多少打多少
4、無(wú)需開(kāi)始的模具投資
5、不確定哪個(gè)設(shè)計(jì)更好?一次全打出來(lái)!
6、質(zhì)量輕


設(shè)計(jì)上的限制
1、3D光學(xué)打印作為技術(shù)平臺(tái)仍然在發(fā)展，目前還不是非常完善
2、一個(gè)表面必須是平的
3、不能有懸臂和中空結(jié)構(gòu)
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(huì)成為個(gè)問(wèn)題;只有超過(guò)80°的才可以被打印

延伸閱讀：
《Luxexcel聯(lián)手trinckle 3D推出透明光學(xué)產(chǎn)品定制化服務(wù)》
《黑科技！德國(guó)用飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)3D打印出了微米級(jí)光學(xué)產(chǎn)品》

來(lái)源：3D打印世界