根据3D科学谷的市场观察，伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究人员通过亚微米级增材制造技术-多光子直接激光写入，制造了一种微型龙勃透镜。该透镜具有高度专业化的聚光能力，研究人员表示，这种3D打印微透镜有望显著提高计算机芯片和其他光学系统的数据路由能力，从而来改善成像、计算和通信。

SciTech Daily

最小的龙勃透镜

多光子直接激光写入(direct laser writing, DLW)是一种新兴的亚微米级增材制造技术，用于制造微型三维(3D)光子器件。

在DLW中，飞秒脉冲激光通过多光子聚合过程在光刻胶中形成亚微米体素分辨率的光学组件。DLW现已用于形成透镜、反射镜、波导、光子晶体、相位掩膜以及其他相关的光学元件，以及用于光束整形、成像和光子集成。

由于仪器和光致抗蚀剂化学的发展，现在可以广泛使用DLW，但DLW制造的微型光学器件仍然受光致抗蚀剂单一折射率的限制。此外，DLW工艺无法制造独立式元件，从而限制了复合透镜和复杂的波导光子网络的形成。

a. 用SCRIBE在PSi内部印刷的球型Luneburg镜片的形成。b示意图显示了使用SCRIBE在多孔支架内印刷的四类微光学元件

来自美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign, UIUC)的研究人员通过光束曝光(SCRIBE)方法介绍了表面下可控的折射率。这是一种光刻方法，可以改变可以用DLW渲染的设备的范围。

c. 在蓝色PSi DBR内打印的三个伊利诺伊大学印章的光学图像，并且打印激光的曝光从左到右增加。随着书写曝光的增加，在阻带中观察到更大的红移。d. 在蓝色PSi DBR上印有5 mm × 7 mm的伊利诺伊大学“ I”徽标。

通过SCRIBE，研究人员展示了第一个3D梯度折射率(gradient refractive index, GRIN) 制造工艺，该工艺可实现亚微米级的空间和折射率分辨率。SCRIBE光刻技术的参数多功能性实现了传统DLW以前无法实现的几何和GRIN配置。这项研究中提出的微透镜包括在可见波长范围内经过色彩校正的双合透镜，级联的光子纳米射流发生器以及具有球形折射率分布和几何形状的3D 龙勃透镜。

直径15 µm的球型龙勃 GRIN透镜在同时控制3D空间中的几何形状和折射率的能力方面展示了SCRIBE最强大的制造优势之一。这款透镜可聚焦可见波长的光，是迄今为止我们所知的最小的球形龙勃透镜。

亚表面菲涅耳双棱镜产生的干涉图的示意图。b由有效折射率为1.82的菲涅耳双棱镜产生的在633 nm处模拟和测量的干涉图的xz平面截面。

在633 nm下模拟和测量的双峰的聚焦行为

研究人员认为，这种折射率控制是聚合物固化过程的结果。截留在孔中的聚合物的数量由激光强度和曝光条件控制。尽管聚合物本身的光学特性没有改变，但材料的总折射率却随激光曝光而受到控制。

团队成员表示，他们希望这一方法将对复杂的光学组件和成像系统的制造产生重大影响，并对推进个人计算有用。其中一个很好的例子将是对个人计算机内数据传输的影响。当前的计算机使用电气连接来传输数据，但是，由于可以使用不同颜色的光来并行发送数据，因此可以使用光波导以更高的速率发送数据。一个主要的挑战是只能将传统波导制造在单个平面上，因此可以连接芯片上点的数量有限。而三维波导，可以显著改善数据路由、传输速度和能源效率。

本文相关研究论文：

Christian R. Ocier et al, Direct laser writing of volumetric gradient index lenses and waveguides, Light: Science & Applications (2020). DOI: 10.1038/s41377-020-00431-3.

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Lithoz专有的基于光刻的陶瓷制造（LCM）技术最近首次应用于3D打印康宁玻璃陶瓷材料。这项成功的实验现已为Lithoz的陶瓷3D打印系列生产了一种新的潜在材料，从而为一种坚韧的、生物相容的超导体开辟了新的应用领域。

 康宁玻璃陶瓷

玻璃陶瓷结合了其基材的优良性能，不仅易于制造，而且与前体玻璃相比具有优异的机械韧性，耐辐射、耐化学损伤，具有良好的压电和光电效应。玻璃陶瓷最早出现于20世纪50年代，在商业上被用于制造雷达天线、牙科植入物、电炉灶台和其他热厨具的外壳。

康宁是玻璃陶瓷材料的发明者，目前通过三个不同的品牌提供:

–可加工的MACOR®,

–射频透明PYROCERAM ®玻璃代码9606，具有高强度和导热系数，低辩证常数，

–具有较低热膨胀系数(CTE) 的康宁玻璃陶瓷，具有更好的抗热震性能。

 康宁公司利用Lithoz设备3D打印的MACOR®玻璃陶瓷

Lithoz LCM 3D打印技术是由维也纳技术大学（TU Wien）于2006年开发的。它使用带有分散陶瓷颗粒的可光固化材料进行工作。逐层聚合后，将生坯从3D打印机中取出，进行后处理，然后烧结形成固态陶瓷零件。

Lithoz的合作伙伴康宁公司也采用了同样的工艺，用康宁玻璃陶瓷制作3D打印零件。将康宁公司玻璃粉末制成的浆料与Lithoz树脂混合，再进行3D打印，烧结，然后退火。康宁公司报道，使用Lithoz设备打印的玻璃陶瓷满足了康宁公司复杂、高分辨率的要求。经测试，烧结密度为2.69 – 2.7克/厘米³, ,双轴抗弯强度为152 – 172 MPa，以及导热系数(在25°C下)为2.25 W / m·K。

LCM技术目前可通过四台商用机器使用LCM技术，包括最新发布的CeraFab系统S65。

Lithoz公司的 CeraFab系统S65

 玻璃陶瓷的应用

机械工程领域

玻璃陶瓷因具有良好的机械性能而在机械工程领域获得应用。利用其强度高、耐磨性好等特性，可用作球机内衬、研磨体等；利用其可切削性，可以使用普通刀具进行精加工，极大地扩展了其使用范围；玻璃陶瓷的热膨胀系数也是作为结构材料使用时的重要参数，低的膨胀系数对于构件的尺寸稳定性及抗热震性有利。

生物医学领域

生物微晶玻璃具有许多优越、独特的性能，如良好的化学稳定性、生物兼容性或者生物活性等。目前，主要用作牙齿材料、人造骨骼、铁磁性抗癌材料等。

航空航天及军事领域

有些微晶玻璃陶瓷材料极为坚固耐用，耐受极高的温度，极强的耐腐蚀性和极低的热底胀系数的特点，并且可被雷达波穿透，可用于制造对空导弹弹头和雷达外罩。

光学领域

微晶玻璃通常没有气孔,且含有一定的玻璃相,因此它可以具有良好的透明性,微晶玻璃具有接近零膨胀的特性,这类微晶玻璃通常用作天文望远镜的镜片。

奥地利Lithoz公司是全球顶尖陶瓷3D打印设备及材料的供应商，由Lithoz陶瓷3D打印机生产的产品，表面粗糙度可达0.4-0.6 μm，致密度高达99.4%以上，产品物理化学性能与传统工艺产品相当。目前，可打印氧化铝、氧化锆、磷酸三钙、氮化硅、硅基材料、金属陶瓷等20余种材料。

文章来源：博瑞科三维

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