Druk 3D stwarza nowe możliwości w produkcji czujników
Dzięki drukowi 3D, w którym materiał jest dodawany warstwowo, można szybko i skutecznie tworzyć przedmioty o złożonych kształtach. Produkcja czujników optycznych to jedna z branż, w której potencjał tej metody przemysłowej jest ogromny. „Czujniki optyczne są już wszędzie”, mówi Harald Giessen, koordynator projektu 3DPRINTEDOPTICS i profesor fizyki eksperymentalnej na Uniwersytecie w Stuttgarcie w Niemczech. „Stosuje się je w aparatach smartfonów, samochodach i urządzeniach do obrazowania medycznego, takich jak endoskopy”. Jednak czynnikiem ograniczającym ich stosowanie są ich rozmiary. Niełatwo jest bowiem wyprodukować dobrej jakości czujniki mikrooptyczne znacznie mniejsze niż 1 mm, które będą cechować się odpowiednimi parametrami roboczymi. Rozwiązaniem może okazać się druk 3D. „W ramach poprzedniego projektu finansowanego ze środków UE opracowaliśmy technologię druku 3D, dzięki której możliwe jest wytwarzanie elementów mikro- i nanooptycznych”, wspomina Giessen. „Ta technologia dobrze się sprawdziła. Wyniki naszych badań spotkały się ze sporym zainteresowaniem, więc zaczęliśmy zastanawiać się, czy udałoby nam się wprowadzić tę technologię do przemysłu i uruchomić start-up”. To właśnie było inspiracją dla projektu 3DPRINTEDOPTICS. Giessen wraz z zespołem skoncentrował się na dopracowaniu procesu produkcji, tak by pozwalał na wytwarzanie małych i elastycznych prototypów elementów mikrooptycznych o rozmiarze mniejszym niż jeden milimetr. Jest to możliwe dzięki precyzyjnemu wykorzystaniu wiązki laserowej do kształtowania małych, złożonych struktur. Gotowe elementy mikrooptyczne, o rozmiarach wielokrotnie mniejszych niż główka zapałki, można następnie umieścić na końcówce światłowodu lub czujnika obrazu.
Oszacowanie popytu w branży
Potencjalnie głównymi odbiorcami produktu będą czołowi producenci sprzętu medycznego. „Jesteśmy w stanie drukować elementy mikrooptyczne bezpośrednio na światłowodach”, mówi Giessen. „To rozwiązanie świetnie sprawdza się w obrazowaniu medycznym. Takie światłowody zmieszczą się nawet w małych naczyniach. Na przykład dentyści mogliby wykorzystywać te układy do badania kanałów korzeniowych”. Inne potencjalne zastosowania medyczne obejmują wykonywanie zdjęć wnętrza macicy lub badanie wewnętrznej struktury naczyń, ucha wewnętrznego lub jelit w jak najmniej inwazyjny sposób. Potencjał mikrooptyki wykracza poza zastosowania w wyrobach medycznych. W samochodach nowej generacji znajduje się około 60 czujników optycznych, a ich liczba ma rosnąć. „Możliwe, że lusterka wsteczne zostaną ostatecznie zastąpione kamerami, natomiast w samochodach samojeżdżących kamery są konieczne do monitorowania otoczenia”, dodaje badacz. „Nikt jednak nie chce, żeby jego samochód był pokryty czujnikami. Jedną z zalet opracowanej technologii jest to, że na jednym chipie można umieścić wiele elementów mikrooptycznych o różnym przeznaczeniu. Niektóre mogą mieć mocno zakrzywione powierzchnie, dzięki czemu idealnie nadają się m.in. do obrazowania otaczającej przestrzeni”.
Optyka nowej generacji
Sukces projektu umożliwił Giessenowi i jego współpracownikom uruchomienie spółki spin-off pod nazwą PrintOptics GmbH, w której opracowywane są prototypowe produkty przeznaczone dla branży obrazowania medycznego i motoryzacyjnej w Europie i poza nią. „Te firmy prowadzą obecnie testy”, dodaje badacz. „Badane są takie kwestie, jak skuteczność, ponowne użycie, a w przypadku obrazowania medycznego – kwestie bezpieczeństwa”. Giessen uważa, że start-up będzie w stanie oferować wiele usług, począwszy od doradztwa, poprzez realizację projektów na zamówienie, kończąc na produkcji prototypów i małych serii. Zarządzający firmą już teraz planują jej rozwój, aby sprostać potencjalnemu zapotrzebowaniu. Naukowiec widzi wiele możliwości zastosowania elementów mikrooptycznych w przyszłości. „Optyka nowej generacji to na przykład mikropodzespoły wbudowane w okulary, dające dostęp do rozszerzonej i wirtualnej rzeczywistości. Takie zastosowanie pozwoliłoby na tworzenie hologramów, co uprościłoby przekazywanie instrukcji dotyczących dojazdu oraz prowadzenie wideokonferencji”, dodaje badacz.
Słowa kluczowe
3DPRINTEDOPTICS, 3D, optyczne, czujniki, elementy mikrooptyczne, laser, medyczne, obrazowanie