光学アプリケーションで3Dプリントを開く正しい方法

光学製造は、産業機器の透明度の高い部品から柔らかな光を放つベッドサイドランプ、眼鏡レンズからカメラレンズまで、幅広い製品をカバーしています。照明、光学機器製造、ガラス製造などは、多くの人々の心の中ではすでにかなり「伝統的な」産業ですが、これらの産業の背後では「本当の革命」が起こっています。良質の光学部品は数万元、あるいは数十万元もする。光学分野における3Dプリントの応用は光学業界にとって大きな転機となる。今日、「3D Printing World」は、光学アプリケーションにおける 3D プリントへの魔法の扉を開きます。

オランダのLUXeXcel — 革新的な印刷光学技術
オランダのLUXeXcel社は現在、3Dプリンターを使用して光学レンズを直接印刷できる世界で唯一の企業です。同社は、3Dプリントを使用して機能的な光学製品やプロトタイプを製造する技術「Printoptical」を発明し、これを基に光学製品向けの積層造形プラットフォームと新しいLUX-Opticlearを立ち上げ、最大20mmの厚さの光学製品を3Dプリントできるようになりました。

Printoptical 3D 印刷技術は、本質的に「CAD 設計から光学部品まで」のワンストップ技術です。印刷された光学部品は、研磨、研削、着色などの後処理を必要としません。同社の技術は、主に成熟したワイドフォーマットの産業用インクジェット印刷装置に基づいています。 UV 硬化性の透明ポリマー液滴が噴射され、プリントヘッドに統合された強力な UV ランプによって硬化され、最終的に透明なプリズムやレンズ、フルカラーの 3D グラフィックスやテクスチャなどのさまざまな幾何学的形状が形成されます。

LUXeXcel は、光学業界において 3D プリントには、納品の迅速化とカスタマイズという 2 つの大きな利点があると指摘しました。

1. スピード。設計から納品まで、3D プリントされた光学レンズ、部品、さらには照明器具全体を 1 日以内に製造できます。プリント光学プロセスでは、金型やダイ、研磨、研削、着色などの後処理が不要なため、納品時間が大幅に短縮されます。また、お客様のデザインの形状や複雑さを考慮しながら、生産時間内での完成を保証します。したがって、3D プリントされた光学ランプはよりコスト効率が高くなります。

2. カスタマイズ。競争の激しい市場において、パーソナライゼーションは間違いなく製品を目立たせるための最善の戦略の 1 つです。 3D プリントは、ローカライズされたオンデマンド生産を実現できるため、消費者はカスタマイズされた製造の利便性を十分に享受できます。一方、デザイナーやエンジニアは、製品設計を継続的に反復して改善し、新しいタイプのランプを生産し、光の分布を柔軟に調整することも可能になり、この時点で、既存の標準や既製の部品に頼る必要がなくなります。

昨年9月、LUXeXcelは3Dプリントサービスプラットフォームおよびソフトウェア開発会社のtrinckle3Dと提携したと理解されている。顧客は独自の設計プランを作成し、焦点距離と直径を入力するだけで、3D効果のプレビューが生成されます。

Graphene3D — LED光源を印刷できる新しい3D印刷技術
光学部品の製造における 3D プリンティングにより、世界最薄の LED ランプが誕生し、グラフェン 3D プリンティングにより、すぐに使用できる有機 LED 光源への扉が開かれました。

同社は最近、初の3Dプリンター設計であるRomulus IIIの暫定特許出願を提出した。これは高度な多機能 3D プリンターです。興味深いことに、特許出願によると、ロムルス III は独自のプロセスを使用して有機 LED 光源を 3D プリントすることもでき、プリント後すぐに使用できるとのことです。

Proto Labs、米国 - 3D プリント可能な光学グレード LSR 材料 米国の3Dプリント上場企業ProtoLabsの子会社であるProtomoldは、3Dプリント可能な光学グレードの液体シリコンゴムを開発した。プロトモールド社によると、この光学グレードのLSRは柔らかい質感の透明液体の形をしており、多くの光学用途でガラス材料の代替となる可能性があるという。

ProtoLabs の LSR 製品マネージャーである Jeff Schipper 氏は、光学グレードの LSR の登場により、製造プロセス中に製品コンポーネントを一体型で生産できるようになり、コストと全体的な在庫が削減されると述べています。さらに、この材料はエンジニアリンググレードの熱硬化性を備えており、高温や紫外線に長期間さらされても透明性を失わないため、エンジニアは照明業界向けの製品や部品の開発にこの材料を使用することができます。この光学 LSR 素材はガラスや他のほとんどのプラスチックよりもはるかに軽く、傷やひび割れが起こりにくくなっています。

Proto Labs は、LSR 素材を使用して作成された 3D オブジェクトはガラスに次ぐ透明度を誇り、十分な柔軟性を保ちながら高ワット数の LED によって発生する熱に耐えられると主張しています。

シュトゥットガルト大学（ドイツ） - マイクロ光学部品向けレーザー 3D 印刷技術 最近、ドイツのシュトゥットガルト大学の研究チームが発表した研究によると、3Dプリントにより、より高精度かつ再現効率の高い微細光学部品を製造できることが示された。この発見は、マイクロ光学部品の製造に重要な意味を持つ可能性があり、センサーや通信機器に応用されるさらに小型のデバイスの開発につながる可能性があります。彼らが開発した技術はフェムト秒レーザー書き込みと呼ばれるものだと理解されている。研究者らは、この技術を使用して、直径わずか125ミクロン（人間の髪の毛の直径に相当）の光ファイバーの中心に、わずか4.4ミクロンの光学部品を直接作成したと述べた。

この技術は、印刷レベルがナノメートルレベルに達し、より安定して信頼性が高くなっている点を除いて、他の 3D レーザー彫刻技術とほとんど変わりません。基本的に、このプロセスでは、パルスレーザーを使用して感光性樹脂材料を選択的に硬化させ、その後、硬化していない部分を除去して、微細な光学部品の 3D モデルを作成します。

Wacker Chemicals - 光学用途向けシリコン 3D 印刷技術 WackerChemieはシリコーン生産部門としてWACKER SILICONESを設立し、ドイツの製品開発会社Enders Ingenieure GmbHと協力し、シリコーンを3Dプリント材料として使用できるUV硬化印刷方式を開発しました。シリコンは透明なので、WACKER が開発した特殊シリコンは、カスタマイズされたコンタクトレンズの 3D プリントなどの光学用途にも使用できます。

彼らが最終的に開発したプロセスは、従来の 3D 印刷に似ていますが、ガラスの印刷ベッドと、粘性が高く紫外線に敏感なシリコン素材の一種を使用します。たとえば、3D 印刷プロセスでは、インクジェットプリンターのプリントヘッドがガラスのプリントベッドにシリコンの小さな液滴の薄い層を置き、その後、紫外線を使用して硬化させます。次の層を加硫しながらシリコンの新しい層を敷き詰め、目的の物体が 3D プリントされるまでこのプロセスを繰り返します。最終的な印刷物は、従来製造されたシリコン部品とまったく同じように滑らかな表面を持ち、完全な生体適合性、耐熱性、透明性を備えています。

MTI Glass Lab G3DP プロジェクト - 新しいガラス 3D 印刷プロセス MIT ガラス研究所の Mediated Matter は、MIT 機械工学部、Wyss 研究所、MIT ガラス研究所と連携して、精密ガラス 3D 印刷の高度なプロセスを開発し、驚異的な 3D 印刷ガラス構造を生み出しています。

このガラス 3D プリンターの動作方法は実は非常にシンプルです。機械の上部は基本的に、ユーザーがガラスを入れる小さな窯になっています。窯の火の温度は華氏約1,900度に達し、内部のガラスは簡単に溶けてしまいます。プリンターの下部には、FDM 3D プリンターのホットエンドと同様に機能するアルミナ、ジルコン、二酸化ケイ素のノズルが収納されています。窯の中の溶融ガラスは漏斗を通って流れ、ノズルから構築プラットフォーム上に押し出され、そこでゆっくりと冷却され、硬化します。ガラスへの印刷を停止したい場合は、圧縮空気を使用してノズルの温度を下げるだけです。結果は、3D プリントされたオブジェクトの形状が非常に規則的で正確であることを示しています。

G3DP の最大の利点は、制御可能であることです。ユーザーは、完成品の透明度、色、厚さ、透過率、反射、さらには反射パラメータを選択することもできます。

Micron3DP — ガラス 3D プリントの新たなブレークスルー: 融点が 1640°C に上昇
2015 年、Micron3DP は、ガラス材料を使用した FDM (熱溶解積層法) 3D 印刷技術の開発における大きな進歩を発表しました。これは、液体のガラス材料を印刷するために熱押出機が使用された初めての事例です。

Micron3DP は繰り返し実験を行い、最終的に材料の温度上昇を 850 度に制限しました。 3Dプリントされたホウケイ酸ガラスは、より耐久性の高い食器の製造に使用でき、材料の融点は摂氏1640度までさらに上昇します。この方法の技術的な詳細はまだ明らかにされていないが、Micron3DPは、現在一般的なガラス吹き技術よりも経済的で、自動化された製造に適していると主張している。

フィンランドのグラストン社 - 3D プリントガラス市場の拡大に全力で取り組む ミラノで開催されたVitrumガラスフェアで、フィンランドのグラストン社が3Dプリントガラス技術の新たな開発成果を発表しました。グラストン社の新しい熱処理ライン「グラストン FC1000」は、「FC500」処理ラインの長所を活かし、滑らかで完璧な光学ガラスを 3D プリントできます。

「3D プリントは、ガラス生産チェーン全体を変える可能性を秘めた、大きな可能性を秘めた真のテクノロジーです」とグラストンの CEO、アルト氏は語ります。「3D プリントはガラス加工装置の製造に影響を与えるでしょう。グラストンはこの開発のリーダーになりたいと考えています。」

3D プリントアーティスト Great Fredini - 失われた PLA を使用して素晴らしいガラス作品を制作 ブルックリン出身のアーティスト、GreatFredini 氏が、世界最大のインスタレーションアート作品を 3D プリントしました。 2015年、彼は米国のウィートン・クリエイティブ・グラス・アート・センターでほとんどの時間を過ごし、CADベースの彫刻形態とガラス鋳造の統合について研究しました。

昨年、彼は 3D プリント技術の助けを借りてさまざまな鋳造技術を探求することを決意し、いくつかの興味深い結果をもたらしました。彼はロストワックス鋳造と呼ばれる技術を使用していますが、これは基本的にロストワックス鋳造の 3D プリント + PLA バージョンです。

Aoqu 3D - P-Glass 模造ガラス 3D プリントフィラメント、光透過率 ≥ 92%!
2016年2月、Aoqu 3DはPETGとPCを革新的に配合した透明度の高い消耗品P-Glassを発売しました。 Aoqu 3DのLei Zhouqiao博士は、この消耗材料の透過率は92％以上、ヘイズは0.2％以下であり、光学性能はガラスを上回ると述べました（ガラスの透過率は一般的に80％〜90％）。

P-Glass は光学特性が優れているだけでなく、印刷が容易で、収縮率が低く、成形が安定しており、環境に優しく、無毒です。

3Dプリント光学部品の利点
3D プリントは、プラスチック光学部品の利点を組み合わせたものです。光学デバイスは紫外線の下で一滴ずつ印刷されます。 3D プリントには、高価な金型、大規模な治具、後処理は必要ありません。この独自のプロセスは、従来の設計および製造プロセスの制約から解放されるため、光学デバイスの製造速度と柔軟性が大幅に向上します。これまでは不可能だった設計の自由度があり、球面または回転対称の光学素子である必要さえありません。光学分野にとって、この意義は、檻から逃げ出して自由に飛べる鳥のようなものです。

1. デザインの自由度 - カスタマイズ可能な形状、非対称デザイン、自由な変形
2. 短納期、迅速なプロトタイピング、反復設計
3. 最小注文数量なし：必要な数だけ印刷可能
4. 金型の初期投資は不要
5. どのデザインがよいかわからない場合は、一度にすべて入力してください。
6. 軽量

設計上の制限
1. 3D光学印刷は技術プラットフォームとしてまだ発展途上であり、まだ完璧ではない。
2. 片面は平らでなければならない
3. 片持ち梁や中空構造ではない
4. 最大サイズ 380x200mm (14.960"x7.874")、最大厚さ 20mm (0.787")
5. 高すぎると、直線壁が問題になり、80°を超えるものしか印刷できません。

さらに読む:
Luxexcelとtrinckle 3Dが共同でカスタマイズされた透明光学製品サービスを開始
「ブラックテクノロジー！」ドイツはフェムト秒レーザー直接描画技術を使用してミクロンレベルの光学製品を3Dプリントする

出典: 3Dプリンティングワールド

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