用于制造精密光學(xué)元件的2.5D噴墨打印技術(shù)
時(shí)間：2018-05-14 08:33 來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng) 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
光學(xué)3D打印已經(jīng)取得了許多突破，現(xiàn)在瑞士的研究人員正在引入新的突破。來(lái)自瑞士電子和微技術(shù)中心（CSEM）的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了噴墨打印技術(shù)，用于制造精密光學(xué)元件，如通過(guò)限制波的擴(kuò)展（簡(jiǎn)稱“波導(dǎo)”）允許信號(hào)傳播而不會(huì)造成大量的能量損失。
但這里有一個(gè)問(wèn)題， 實(shí)際上這種方法被認(rèn)為是2.5D打印，而不是3D打印，因?yàn)榕c3D打印相比，打印結(jié)構(gòu)雖然不平整，但復(fù)雜程度有限。“噴墨印刷是制造光學(xué)元件的一種非常有吸引力的方法，因?yàn)樘卣鞯奈恢煤统叽缈梢院苋菀椎匦薷模規(guī)缀鯖](méi)有材料浪費(fèi)。然而，油墨的表面張力使得打印具有特定高度的線條變得困難，這對(duì)于形成“波導(dǎo)”是必需的，“CSEM團(tuán)隊(duì)成員FabianLütolf說(shuō)。
噴墨印刷通常是一個(gè)步驟的過(guò)程，通過(guò)微小的噴嘴將一滴圖案沉積到基底上。但是CSEM團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，線條可以印刷更平滑的特征，并且在特定的高度上通過(guò)兩步沉積墨水。他們的技術(shù)可以打印由丙烯酸聚合物制成的2.5D光學(xué)波導(dǎo)和錐體，以及金屬油墨等其他材料。現(xiàn)在在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Lütolf和團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Rolando Ferrini的Pius M. Theiler在Optics Express期刊上發(fā)表了一篇題為《使用毛細(xì)管橋的光學(xué)波導(dǎo)的非接觸式印刷》的論文。
根據(jù)新的兩步噴墨印刷方法（h-n）和其實(shí)際印刷（o-u）的理論計(jì)算，將印刷特征與標(biāo)準(zhǔn)一步噴墨印刷（a-g）進(jìn)行比較。比例尺= 200微米。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)寬20微米，高31微米的聚合物波導(dǎo)，并帶有一個(gè)錐形，以允許來(lái)自外部激光器的光線進(jìn)入波導(dǎo)，以評(píng)估新方法。測(cè)量波導(dǎo)內(nèi)的光損耗為0.19 dB / cm，僅比光刻法制作的波導(dǎo)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
“在這篇論文中，我們報(bào)告了首批具有損耗表征的噴墨印刷波導(dǎo)。對(duì)于我們?cè)O(shè)想的應(yīng)用，波導(dǎo)將在短距離內(nèi)傳輸光線，而不是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳輸光線，“Lütolf說(shuō)。 “目前的損失水平對(duì)于這種應(yīng)用是可以容忍的。最小的波導(dǎo)由一個(gè)單獨(dú)的墨滴組成，并且其大小受打印機(jī)噴嘴的限制。但是他們研究中打印機(jī)的最窄波導(dǎo)尺寸為40微米，高度約為10微米，這與市場(chǎng)上使用工業(yè)噴墨打印機(jī)性能相似。通過(guò)我們目前的材料和硬件組合，不可能將波導(dǎo)制作在10微米以下，這對(duì)于單模操作通常是必需的。但我們很接近。然而，沒(méi)有基本的物理限制會(huì)阻止我們打印單模波導(dǎo)。“
中國(guó)3D打印網(wǎng)譯自：3dprint.com
但這里有一個(gè)問(wèn)題， 實(shí)際上這種方法被認(rèn)為是2.5D打印，而不是3D打印，因?yàn)榕c3D打印相比，打印結(jié)構(gòu)雖然不平整，但復(fù)雜程度有限。“噴墨印刷是制造光學(xué)元件的一種非常有吸引力的方法，因?yàn)樘卣鞯奈恢煤统叽缈梢院苋菀椎匦薷模規(guī)缀鯖](méi)有材料浪費(fèi)。然而，油墨的表面張力使得打印具有特定高度的線條變得困難，這對(duì)于形成“波導(dǎo)”是必需的，“CSEM團(tuán)隊(duì)成員FabianLütolf說(shuō)。
噴墨印刷通常是一個(gè)步驟的過(guò)程，通過(guò)微小的噴嘴將一滴圖案沉積到基底上。但是CSEM團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，線條可以印刷更平滑的特征，并且在特定的高度上通過(guò)兩步沉積墨水。他們的技術(shù)可以打印由丙烯酸聚合物制成的2.5D光學(xué)波導(dǎo)和錐體，以及金屬油墨等其他材料。現(xiàn)在在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Lütolf和團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Rolando Ferrini的Pius M. Theiler在Optics Express期刊上發(fā)表了一篇題為《使用毛細(xì)管橋的光學(xué)波導(dǎo)的非接觸式印刷》的論文。
由于液體的表面張力，沉積在基材上的油墨可能裂開(kāi)或凸起。但是這個(gè)兩步法可以將這個(gè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)優(yōu)勢(shì)，步驟＃2中印刷的墨水可以在第一次印刷的墨滴之間自行對(duì)齊，以降低其表面張力。這也意味著研究人員不必預(yù)先對(duì)基材進(jìn)行圖案印刷，而這對(duì)于其他噴墨印刷技術(shù)來(lái)說(shuō)是必需的，這使得制造更簡(jiǎn)單并且增加了可用的設(shè)計(jì)空間。
新技術(shù)首先打印一系列球形液滴，稱為釘帽，然后釘住由第二張照片墨水制成的液橋。這種液滴配置可防止墨水移動(dòng)，從而防止印刷線上形成凸起。這種方法還可以連接多個(gè)連接點(diǎn)以形成尖銳的邊緣和拐角，與傳統(tǒng)的光刻技術(shù)相比，它還具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，常用于制造芯片上的微小元件。研究人員使用噴墨打印方法來(lái)創(chuàng)建該波導(dǎo)。通過(guò)波導(dǎo)發(fā)送激光（紅色）可以測(cè)量波導(dǎo)的光學(xué)特性。Lütolf解釋說(shuō)：“噴墨打印不需要像光刻這樣的物理掩模，而且連接組件更容易。此外，如果您只想快速測(cè)試一個(gè)想法或改變參數(shù)，噴墨打印等增材制造方法只需要適應(yīng)數(shù)字設(shè)計(jì)。“根據(jù)新的兩步噴墨印刷方法（h-n）和其實(shí)際印刷（o-u）的理論計(jì)算，將印刷特征與標(biāo)準(zhǔn)一步噴墨印刷（a-g）進(jìn)行比較。比例尺= 200微米。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)寬20微米，高31微米的聚合物波導(dǎo)，并帶有一個(gè)錐形，以允許來(lái)自外部激光器的光線進(jìn)入波導(dǎo)，以評(píng)估新方法。測(cè)量波導(dǎo)內(nèi)的光損耗為0.19 dB / cm，僅比光刻法制作的波導(dǎo)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
“在這篇論文中，我們報(bào)告了首批具有損耗表征的噴墨印刷波導(dǎo)。對(duì)于我們?cè)O(shè)想的應(yīng)用，波導(dǎo)將在短距離內(nèi)傳輸光線，而不是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳輸光線，“Lütolf說(shuō)。 “目前的損失水平對(duì)于這種應(yīng)用是可以容忍的。最小的波導(dǎo)由一個(gè)單獨(dú)的墨滴組成，并且其大小受打印機(jī)噴嘴的限制。但是他們研究中打印機(jī)的最窄波導(dǎo)尺寸為40微米，高度約為10微米，這與市場(chǎng)上使用工業(yè)噴墨打印機(jī)性能相似。通過(guò)我們目前的材料和硬件組合，不可能將波導(dǎo)制作在10微米以下，這對(duì)于單模操作通常是必需的。但我們很接近。然而，沒(méi)有基本的物理限制會(huì)阻止我們打印單模波導(dǎo)。“
中國(guó)3D打印網(wǎng)譯自：3dprint.com
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