Takaisin

3D-tulostus mahdollistaa monimutkaisen optiikan valmistuksen

Väitös fysiikan alalta
Väittelijä: MSc Bisrat Assefa
Aika ja paikka: 18.10.2019 klo 12, M101, Metria, Joensuun kampus

Nykyään monet teknologiset ratkaisut sisältävät optiikkaa ja optisia komponentteja, jotta niillä voidaan käsitellä valon spektriä tai visuaalista informaatiota. Lisäksi näiden ratkaisujen miniaturisointi vaatii erityistä optiikkaa, vapaamuotoista optiikkaa. Vapaamuotoinen optiikka ei ole symmetrinen yhdenkään akselin suhteen, joten se on lähtökohtaisesti hyvinkin kustomoitua optiikkaa. Tällaisen optiikan suunnitteluun ja valmistukseen on tutkittu monenlaisia menetelmiä. 3D-tulostuksen viimeisimmät edistysaskeleet mahdollistavat optisten komponenttien valmistuksen halvemmalla ja suhteellisen lyhyessä ajassa muihin menetelmiin verrattuna.

MSc Bisrat Assefan väitöskirja käsittelee yhtä lupaavimmista 3D-tulostusmenetelmistä, Printoptical© -teknologiaa, ja sisältää tieteellisesti syvällisen tutkimuksen menetelmän käytöstä erilaisten optisten komponenttien valmistukseen. Väitöskirja kattaa optiikan suunnitteluprosesseista optisten pintojen ja muotojen karakterisointiin, jotta optisten komponenttien toimintaa voidaan analysoida.

Väitöstutkimuksessa valmistettiin ensimmäistä kertaa 3D-tulostamalla senttimetrikokoluokan korkealuokkaisia kuvantavia optisia linssejä käyttäen iteratiivista virheenkorjaustekniikkaa. Tämä avaa jatkossa mahdollisuuden korjata linssejä valmistuksen aikana, ja laajentaa korkealuokkaista valmistusta vapaamuotoiseen optiikkaan ja muihin optisiin komponentteihin.

Assefa esittelee väitöskirjatyössään itsetehdyn algoritmin vapaamuotoisen optiikan valmistukseen käyttäen säteenjäljitysmenetelmää, jolla voidaan toteuttaa neliskanttisia tai monimutkaisempiakin valojakaumia. Hän tutki myös tällaisten optisten komponenttien sovelluksia teollisuuteen. Kokeellinen demonstraatio senttimetrikokoluokan vapaamuotoisesta optiikasta osoitti lupaavia tuloksia.

Assefan väitöstutkimus täyttää tähän mennessä puuttuneen Printoptical© -teknologian teoreettisen ja kokeellisen analyysin, sekä todistaa menetelmän potentiaalin muovioptiikan valmistukseen, jolla voidaan täydentää tai jopa osittain korvata nykyisiä valmistusmenetelmiä. Kun muut 3D-tulostusmenetelmät optiikkaan on käyty läpi kirjallisuuskatsauksena, vain Printoptical© teknologia mahdollistaa monimutkaisten senttimetrikokoluokkaa olevan optiikan valmistuksen riittävällä tarkkuudella ja laadulla. Väitöskirja kuvaa teknologian ja sen potentiaalin, sekä jäljellä olevat merkittävimmät haasteet.

MSc Bisrat Assefan väitöskirja Designing and 3D printing Optical Components for Imaging, Illumination and Photonics Applications: a case study based on Printoptical© Technology tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii Professor Dr. rer. nat. Alois Herkommer University of Stuttgart, Saksa ja kustoksena professori Jyrki Saarinen, Itä-Suomen yliopisto.    

Väittelijän painolaatuinen kuva on osoitteessa https://kuvapankki.uef.fi/A/UEF+kuvahakemisto/18279?encoding=UTF-8