Un nuevo método para hacer un bajo costo, lentes de alta calidad que utilizan rápidamente una impresora 3D tienen un potencial prometedor para crear lentes de imágenes ópticas, lentes de contacto personalizados para corregir la visión distorsionada, o incluso convertir iPhones en microscopios para el diagnóstico de enfermedades.

Desarrollado por investigadores de Northwestern Engineering después de dos años de investigación, el componente óptico personalizado, que tiene 5 milímetros de altura y 5 milímetros de diámetro, se puede imprimir en 3D en unas cuatro horas.

"Hasta ahora, Confiamos en gran medida en el costoso y lento proceso de pulido de lentes, "dijo Cheng Sun, profesor asociado de ingeniería mecánica y cuyo laboratorio desarrolló el proceso de impresión 3D. "Con la impresión 3D, ahora tiene la libertad de diseñar y personalizar una lente rápidamente ".

La investigación fue publicada el 24 de marzo en Materiales avanzados . Incluye imágenes tomadas con la lente conectada a un Apple iPhone 6s, que incluyen imágenes detalladas de alta calidad del ala de una polilla al atardecer y una mancha en el elyta de un gorgojo.

Como toda impresión 3D, La creación de estas lentes implica colocar capa sobre capa de material. Sun comparó la construcción de la lente con el funcionamiento de un proyector de películas. "En lugar de proyectar un cuadro, una imagen tras otra, colocamos un fotograma sobre otro, ", Dijo Sun." Es como reproducir una película de forma vertical ".

Pero cuando los investigadores imprimieron la lente por primera vez, sus capas curvas, hecho de una resina fotopolimerizable, creó un paso visible.

"Nos dimos cuenta de que las capas una encima de la otra creaban rugosidad en la superficie. El grosor de la capa suele ser de 5 micrones, mientras que la longitud de onda de la luz visible es de alrededor de 0,5 micrones. Esto crea una superficie ópticamente rugosa, ", dijo." Ese fue el cuello de botella. La aspereza hizo que la lente fuera incapaz de tener una óptica clara ".

Esto llevó a la sencilla pregunta de investigación orientadora del grupo:¿Podemos suavizar la superficie sin reducir la velocidad de impresión? Para resolver ese desafío, El grupo de Sun desarrolló un proceso de dos pasos de capas y pulido.

"Primero, utilizamos imágenes en escala de grises para crear más transiciones entre los pasos, "Dijo Sun". Entonces, recubrimos la superficie con la misma resina fotopolimerizable. Eso luego forma el menisco que alisa aún más la superficie ".

El resultado:una lente transparente con una superficie lisa.

"Debo haberlo intentado más de 100 veces para hacerlo bien, "dijo Xiangfan Chen, candidato a doctorado en ingeniería mecánica y autor principal del estudio.

Esta lente sin embargo, no es la primera lente de alta calidad creada mediante impresión 3D. La empresa alemana Nanoscribe ha desarrollado una impresora 3D de femto-segundo de alta precisión con una precisión de 150 nanómetros, pero construye la lente punto por punto en lugar de capas, Dijo Sun.

"Es un proceso que requiere mucho tiempo. Esa es su limitación, ", agregó." Queríamos hacer algo comparable pero más rápido y con mejor calidad ".

"Si quieres hacer una lente, ¿Quieres hacerlo en dos horas o dos semanas? ", dijo Chen." Estamos muy entusiasmados con este objetivo ".

Este proceso podría conducir a una plétora de nuevos dispositivos con una amplia variedad de aplicaciones en óptica e imágenes biomédicas. Dijo Sun.

Próximo, el grupo experimentará en la fabricación de lentes más grandes y también investigará cómo integrar la lente impresa en 3D con dispositivos médicos, como un endoscopio o un microscopio óptico. "Estos lentes podrían ayudar a detectar alguna enfermedad genética o cáncer, "dijo Biqin Dong, un becario postdoctoral enfocado en ingeniería biomédica y mecánica, quien también trabajó en la investigación.

Dong también prevé que estos lentes podrían ser utilizados por médicos en áreas subdesarrolladas para diagnóstico por imágenes o por científicos de campo como microscopios portátiles. La lente también podría convertirse en una lente de contacto personalizada para personas con córneas distorsionadas causadas por queratocono. "La lente de contacto presentaría la superficie personalizada, haciéndolo coincidir con la forma de la córnea del paciente, "Dijo Sun.