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Verwenden Sie nanoskaligen 3D-Druck, um hochauflösenden Lichtfelddruck zu erstellen

Ist es nicht erstaunlich, wenn das gedruckte Bild 3D aussieht? Leider zeigen herkömmliche Drucke wie Fotografien zweidimensionale (2D) Bilder mit einem festen Erscheinungsbild, da sie nur Intensitäts- und Farbinformationen enthalten. Diese Drucke können keine 3D-Bilder anzeigen, da ihnen die Richtungskontrolle des Lichts fehlt, was zu einem Verlust von Tiefeninformationen führt.

Lichtfelddruck (LFP) zeigt dreidimensionalen (3D) Informationen für Betrachter mit bloßem Auge unter Beleuchtung mit weißem Umgebungslicht an. Der Betrachter sieht die wechselnde Perspektive des 3D-Bildes aus verschiedenen Blickwinkeln. Aufgrund der begrenzten Auflösung und der Fehlausrichtung zwischen dem Objektiv und den Farbpixeln erscheint LFP jedoch verpixelt. Eine vielversprechende Lösung zur Herstellung hochauflösender LFPs ist der Einsatz fortschrittlicher Nanofertigungstechnologie. Hier verwenden wir die Zwei-Photonen-Polymerisationslithographie als einstufigen nanoskaligen 3D-Drucker und stellen LFP direkt mit transparentem Harz her. Diese Methode erzeugt sowohl Bilder mit hoher räumlicher Auflösung (29–45 µm) als auch mit hoher Winkelauflösung (~1.6°) mit glatter Bewegungsparallaxe in einer 15 × 15-Ansicht. Es ist erwähnenswert, dass das kleinste Farbpixel nur aus einer einzigen Nanosäule (ca. 300 nm Durchmesser) besteht.

Verwenden Sie nanoskaligen 3D-Druck, um hochauflösenden Lichtfelddruck zu erstellen

Um dieses Problem zu lösen, hat ein Forscherteam der Singapore University of Technology and Design (SUTD) nanoskalige 3D-Drucktechnologie verwendet, um hochauflösenden Lichtfelddruck (LFP) zu erstellen. Der LFP umfasst ein Mikrolinsen-Array, das auf einem strukturierten Farbpixel-Array angeordnet ist. Wenn der LFP mit normalem Weißlicht beleuchtet wird, wird ein 3D-Bild angezeigt. 3D-Bilder sind autostereoskopisch, das heißt, sie können ohne spezielle Brille betrachtet werden. Das Bild ändert sein Aussehen, wenn es aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet wird, was einen besonderen visuellen 3D-Effekt für LFP bietet.

(a) Schematische Darstellung des Arbeitsprinzips des Lichtfelddrucks. (b) Lichtfelddruck, beobachtet aus verschiedenen Winkeln.

Noch wichtiger ist, dass hochauflösende LFPs erforderlich sind, um ultrarealistische 3D-Bilder anzuzeigen, die potenzielle Anwendungen in Kunstwerken und Sicherheitsgegenständen haben. Durch die Entwicklung von LFP mit nanoskaligem 3D-Druck erreichte das Team eine maximale Pixelauflösung von 25,400 Punkten pro Zoll (dpi), was die Pixelauflösung von Consumer-Tintenstrahldruckern von ~ 1,200 dpi übertrifft. Die strukturellen Farbpixel in LFP bestehen aus Nanosäulen (ca. 300 nm Durchmesser). Das vielleicht bedeutendste Ergebnis ist, dass jedes Farbpixel durch eine einzelne Nanosäule dargestellt werden kann, um die LFP mit maximaler Auflösung zu erzeugen.

Joel Yang, der leitende Forscher der Studie und außerordentlicher Professor von SUTD, sagte, dass dies möglicherweise das erste Mal ist, dass 3D-Druck verwendet wird, um mehrfarbiges Lichtfelddrucken (LFP) in einem Schritt ohne Verwendung von Farbstoffen vollständig zu erstellen die Notwendigkeit, die Mikrolinsen manuell auf die farbigen Pixel auszurichten. . Drucke betten bis zu 225 Bilder in einen einzigen LFP ein und sorgen so für einen reibungslosen Anzeigeübergang mit beispielloser Auflösung. Diese Effekte führen dazu, dass 2D-gedruckte Teile ultra-futuristische realistische 3D-Visualeffekte erzeugen.

Das Team geht davon aus, dass hochauflösende LFPs leichter auf dem Markt erhältlich sein werden, wenn die Nanotechnologie eine höhere Skalierbarkeit und einen höheren Durchsatz ermöglicht. Die Forschung wurde in Nature Communications veröffentlicht.

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