Um novo método para fazer um baixo custo, lentes de alta qualidade rapidamente usando uma impressora 3D tem potencial promissor para criar lentes de imagens ópticas, lentes de contato personalizadas para corrigir a visão distorcida, ou mesmo para transformar iPhones em microscópios para diagnóstico de doenças.

Desenvolvido por pesquisadores da Northwestern Engineering após dois anos de pesquisa, o componente óptico personalizado, que tem 5 milímetros de altura e 5 milímetros de diâmetro, pode ser impresso em 3D em cerca de quatro horas.

"Até agora, confiamos muito no processo demorado e caro de polir lentes, "disse Cheng Sun, professor associado de engenharia mecânica e cujo laboratório desenvolveu o processo de impressão 3D. "Com a impressão 3D, agora você tem a liberdade de projetar e personalizar uma lente rapidamente. "

A pesquisa foi publicada em 24 de março em Materiais avançados . Inclui imagens tiradas com a lente conectada a um Apple iPhone 6s, incluindo imagens detalhadas de alta qualidade da asa de uma mariposa do pôr-do-sol e uma mancha no elita de um gorgulho.

Como toda impressão 3D, a criação dessas lentes envolve a colocação de camadas sobre camadas de material. Sun comparou a construção da lente ao funcionamento de um projetor de filmes. "Em vez de projetar um quadro, uma imagem após a outra, colocamos uma moldura em cima da outra, "Disse Sun." É como passar um filme verticalmente. "

Mas quando os pesquisadores primeiro imprimiram as lentes, suas camadas curvas, feito de uma resina fotocurável, criou um passo visível.

"Percebemos que as camadas umas sobre as outras criavam a rugosidade da superfície. A espessura da camada é normalmente de 5 mícrons, enquanto o comprimento de onda da luz visível é de cerca de 0,5 mícron. Isso cria uma superfície opticamente áspera, "disse ele." Esse era o gargalo. A aspereza tornou a lente incapaz de uma ótica nítida. "

Isso levou à pergunta de pesquisa simples do grupo:Podemos tornar a superfície lisa sem diminuir a velocidade de impressão? Para resolver esse desafio, O grupo da Sun desenvolveu um processo de duas etapas de camadas e polimento.

"Primeiro, usamos imagens em tons de cinza para criar mais transições entre as etapas, "Disse Sun." Então, revestimos a superfície com a mesma resina fotocurável. Isso então forma o menisco que alisa ainda mais a superfície. "

O resultado:uma lente transparente com uma superfície lisa.

"Devo ter tentado mais de 100 vezes para acertar, "disse Xiangfan Chen, candidato a doutorado em engenharia mecânica e autor principal do estudo.

Esta lente, Contudo, não é a primeira lente de alta qualidade criada pela impressão 3D. A empresa alemã Nanoscribe desenvolveu uma impressora 3D femto-segundo de alta precisão com 150 nanômetros de precisão, mas constrói a lente ponto a ponto em vez de camadas, Sun disse.

“É um processo demorado. Essa é a limitação deles, "Ele acrescentou." Queríamos fazer algo comparável, mas mais rápido e com melhor qualidade. "

"Se você quiser fazer uma lente, você quer fazê-lo em duas horas ou duas semanas? ", disse Chen." Estamos muito entusiasmados com esta lente. "

Este processo pode levar a uma infinidade de novos dispositivos com uma ampla variedade de aplicações em óptica e imagens biomédicas, Sun disse.

Próximo, o grupo fará experiências na fabricação de lentes maiores, bem como investigará como integrar as lentes impressas em 3D com dispositivos médicos, como um endoscópio ou microscópio óptico. "Essas lentes podem ajudar a detectar algumas doenças genéticas ou câncer, "disse Biqin Dong, um pós-doutorado com foco em engenharia biomédica e mecânica, que também trabalhou na pesquisa.

Dong também prevê que essas lentes possam ser usadas por médicos em áreas subdesenvolvidas para diagnóstico por imagem ou por cientistas de campo como microscópios portáteis. As lentes também podem ser transformadas em lentes de contato personalizadas para pessoas com córneas distorcidas causadas por ceratocone. "As lentes de contato teriam uma superfície customizada, combinando com a forma da córnea do paciente, "Sun disse.