基于光固化成型（Vat Photopolymerization）的三维打印技术，由于其良好的定制性和无需装配的一体成型能力，在制造自定义光学元件方面具有极大的潜力。然而，光学透镜的加工工艺需要具备纳米级的表面粗糙度和微米级的形状精度，这种精度要求超出了大多数三维打印技术的能力范围。现有的透镜三维打印工艺，例如双光子聚合光固化成型，通过降低打印层厚和固化单元面积来实现纳米级表面粗糙度，但这限制了加工速度和加工面积。目前，对于大尺度光滑表面光学透镜的一体成型三维打印仍然存在挑战。

  为了解决光固化成型在制造光学透镜时面临的表面粗糙度和形状精度问题，美国南加州大学的Yong Chen教授和其博士后Han Xu开发了一种基于变焦距光固化的三维打印工艺（Zooming Focused Mask Image Projection based Vat Photopolymerization）。该工艺采用特殊变焦连续三维打印技术，在连续液面生长（Continuous liquid interface production）的基础上, 通过改变焦距实现投影图像的连续变化，从原理上消除了加工表面的台阶畸变。 这种技术实现了对光学透镜的一体成型，无需后处理加工。其加工表面粗糙度可以达到纳米级，加工形状精度可以达到微米级，完全满足光学透镜的制造需求。论文以Continuous Vat Photopolymerization for Optical Lens Fabrication为题， 发表在《Small》期刊。南加州大学博士后Han Xu 为第一作者，其它合作者包括Shuai Chen，Renzhi Hu， Muqun Hu，Yang Xu，和Yeowon Yoon。

 图1：（a）连续梯台式层叠加原理。（b-c）连续变焦打印实现从点1到点2的连续梯台式层叠加。（d）连续变焦三维打印的复合抛物面光集中器。（e）光集中器的表面电子显微镜照片。

图2：（a）连续变焦三维打印的鱼眼透镜。（b）使用USAF1951靶标标定打印鱼眼透镜的成像解析度原理图。（c）USAF1951 靶标在打印鱼眼透镜下的成像结果。（d）打印的鱼眼透镜对白、蓝、红三种波长的图像的调制传递函数。（e-f）连续变焦三维打印的激光扩束器设计图。（g）连续变焦三维打印的激光扩束器实物图。（h）打印的激光扩束器对激光的扩束效果比较。

  为进一步展现该工艺的通用性，该团队打印了不同设计的传统凸透镜（图2a），和一体成型的激光扩束器（图2e-2g）。得益于良好的形状精度与表面粗糙度，打印的透镜展现出高于传统三维打印透镜的成像解析度，如图2b-2d所示。激光扩束器由两个同轴的凸透镜组成。三维打印对复杂结构的一体成型能力，消除了传统加工中的激光扩束器的装配误差，降低了装配成本。其打印结果与激光扩束效果在图2h中展示。

  论文信息：Han Xu, Shuai Chen, Renzhi Hu, Muqun Hu, Yang Xu, Yeowon Yoon, and Yong Chen, “Continuous Vat Photopolymerization for Optical Lens Fabrication”. Small 2300517

  全文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202300517