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Analyse de la technologie de moulage de lentilles optiques en verre

La technologie de moulage de lentilles de verre optique est un procédé de fabrication de composants optiques de haute précision.Il s'agit de placer le verre adouci dans un moule de haute précision et de le modeler directement en une pièce optique qui répond aux exigences d'utilisation en une seule étape dans des conditions de chauffageDepuis son développement réussi au milieu des années 80, le système de production de la pomme de terre est devenu un outil très efficace pour la fabrication d'une pomme de terre.Cette technologie a une histoire de plus d'une décennie et est devenue l'une des méthodes de fabrication de composants optiques les plus avancées au niveau international.Il est entré dans la phase de production pratique dans de nombreux pays.L'adoption et l'application généralisées de cette technologie représentent une révolution significative dans le traitement des composants de verre optique dans l'industrie de l'optique.Cette technologie permettant le moulage direct de composants optiques asphériques de précision, a inauguré une ère où les instruments optiques peuvent largement utiliser des éléments optiques en verre asphérique.En conséquence, elle a apporté de nouveaux changements et développements à la conception du système optique des instruments optoélectroniques.a réduit la charge de travail pour le revêtement et l'assemblage des composants optiques, et réduit les coûts, mais elle a également amélioré les performances des instruments optiques et amélioré la qualité de l'imagerie optique.

La fabrication de composants optiques à l'aide de la méthode de moulage du verre présente les avantages suivants:

1. 1.Élimine le besoin de procédés traditionnels comme le meulage brut, le meulage fin, le polissage, le bord et le centrage, mais atteint une grande précision dimensionnelle, une précision de la figure de surface,et rugosité de surface.

2. 2.Économise une quantité importante d'équipement de production, d'outils/matériaux auxiliaires, d'espace d'usine et de travailleurs qualifiés, permettant une productivité élevée même dans un petit atelier.

3. 3Il facilite la production de masse économique de composants optiques asphériques de précision.

4. 4Assure la précision dimensionnelle et la répétabilité des pièces optiques moulées en contrôlant avec précision les paramètres du processus tels que la température et la pression pendant le moulage.

5. 5.Pouvoir le moulage de petits ensembles de lentilles asphériques.

6. 6Il permet de former des composants optiques et des éléments de référence de montage en une seule pièce intégrée.

Actuellement, les composants optiques asphériques moulés produits en série ont des diamètres allant de 2 à 50 mm avec une tolérance de ±0,01 mm; des épaisseurs allant de 0,4 à 25 mm avec une tolérance de ±0,01 mm;rayons de courbure jusqu'à 5 mm; précision de la figure de surface de 1,5λ; rugosité de surface conforme à la norme militaire américaine 80-50; indice de réfraction contrôlable à ± 5 × 10−4; homogénéité de l'indice de réfraction contrôlable à < 5 × 10−6;et bifringence inférieure à 00,01λ/cm.

Parmi les entreprises et les fabricants de renommée mondiale qui ont maîtrisé cette technologie de fabrication de composants optiques en verre avancés figurent Kodak et Corning (États-Unis); Ohara, Hoya, Olympus,et Panasonic (Japon); Zeiss (Allemagne) et Philips (Pays-Bas).

La technologie du moulage de composants optiques en verre est une discipline complète nécessitant la conception de machines de moulage spécialisées, l'utilisation de moules de haute qualité,et le choix des paramètres de processus appropriésLa méthode de moulage, le type de verre et les blancs, le matériau de moulage et la fabrication sont toutes des technologies clés dans le moulage du verre.

1. Méthodes de moulage

La principale raison pour laquelle le verre peut être moulé de précision découle du développement de matériaux moulés qui ne s'adhèrent pas au verre ramolli.

La méthode originale de moulage des lentilles de verre consistait à verser des blancs de verre optique fondu dans des moules maintenus à une température d'environ 50 °C au-dessus de la température de transition du verre (Tg) pour le pressage.Cette méthode était susceptible de verre collant à la surface du moule, et les produits souffraient souvent de bulles et de marques de moisissure à froid (rides), ce qui rendait difficile l'obtention de la forme et de la précision de la surface souhaitées.une méthode a été mise au point à l'aide de moules mécaniques précis fabriqués à partir de matériaux spéciauxLe verre et le moule sont chauffés ensemble dans une atmosphère sans oxygène jusqu'à approcher le point de ramollissement du verre. Lorsque les deux atteignent approximativement la même température, une pression est appliquée via le moule.Tout en maintenant cette pression, le moule est refroidi en dessous de la température de transition du verre (Tg) (viscosité du verre au point de ramollissement ≈ 107,6 Poise; viscosité au point de transition ≈ 1013,4 Poise).Cette méthode de pressage isotherme du verre et du moule est appelée pressage isotherme, ce qui permet relativement facilement d'atteindre une grande précision en reproduisant avec précision la forme de la surface du moule.L'inconvénient de cette méthode pour la fabrication de composants optiques en verre est le long temps nécessaire pour le chauffage et le refroidissementPour y remédier, des améliorations efficaces ont été apportées, comme l'utilisation de plusieurs moules dans une seule presse pour augmenter l'efficacité.le coût élevé des moules asphériques rend l'utilisation de plusieurs moules prohibitif coûteuxPour y remédier, les recherches se sont concentrées sur le développement de méthodes de pressage non isothermes plus proches des conditions de moulage en blanc d'origine.visant à augmenter la vitesse de production par moule et à prolonger la durée de vie du mouleEn outre, des recherches sont en cours sur les méthodes de moulage de précision direct du verre provenant d'un four de fusion.

2Types de verre et blancs

Le vide de verre est directement lié à la qualité du produit moulé. En principe, la plupart des verres optiques peuvent être utilisés pour le moulage.les verres à points de ramollissement élevés nécessitent des températures de moulage élevées, ce qui peut provoquer de légères réactions avec le moule, raccourcissant considérablement la durée de vie du moule.il fallait développer des verres adaptés au moulage à des températures plus basses (environ 600°C)Ces verres de moulage à basse température doivent également satisfaire aux exigences de production rentable en blanc et être exempts de substances dangereuses pour l'environnement (p. ex. PbO, As2O3).Les blancs utilisés pour le moulage ont des exigences spécifiques:

1 La surface vierge doit être extrêmement lisse et propre avant le pressage;

2 Il doit avoir une forme géométrique appropriée;

3 Il doit avoir le volume requis. Les blancs sont généralement en forme de sphère, en forme de rondelle ou en forme de lentille sphérique, produits par broyage à froid ou pressage à chaud.

3Matériaux de moulage et usinage

Les matériaux de moisissure doivent avoir les caractéristiques suivantes:

1 Surface exempte de défauts, pouvant être polie en une surface optique lisse et sans pores;

2 Haute résistance à l'oxydation à haute température, maintien de l'intégrité structurelle, qualité de surface stable, précision de la forme de la surface et finition; 3 Non réactif avec le verre, pas d'adhérence,bonnes propriétés de libération;

4 Haute dureté et résistance à haute température.

Il existe de nombreux brevets pour le développement de matériaux de moules.Substrats en carbure de silicium (SiC) ou en alliage super dur revêtus de carbone dur, du carbone semblable à un diamant (DLC) ou d'autres films à base de carbone; et de nouvelles céramiques à base de Cr2O-ZrO2-TiO2.

Matériaux pourlentilles en verreLes moules de moulage sont généralement durs et fragiles. Pour fabriquer précisément ces matériaux en moules, des machines CNC de haute rigidité et ultra-précision d'une résolution inférieure à 0,01 μm sont nécessaires,à l'aide de roues de meulage au diamantLe broyage permet d'obtenir la précision de forme souhaitée, mais un polissage fin ultérieur est nécessaire pour obtenir une finition de surface optique.Les techniques de mesure et d'évaluation de la surface asphérique sont crucialesL'usinage des moules pour les microlentilles exige des exigences encore plus strictes, nécessitant une précision plus élevée et des marques de meulage réduites au minimum.

4Applications de la technologie du moulage du verre

Actuellement,lentilles en verre optiqueLa technologie de moulage est utilisée pour la production de masse de sphériques et delentilles asphériquesEn plus de produire régulièrement des lentilles d'environ 15 mm de diamètre, il peut également produire des lentilles de grand diamètre jusqu'à 50 mm, des ensembles de micro-lentilles, etc.Des ensembles de micro-lentilles avec des diamètres de lentilles individuels aussi petits que 100 μm sont maintenant réalisables.

1. 1.Fabrication de composants optiques sphériques et asphériques pour les instruments optiques militaires et civils, tels que diverses lentilles, prismes et filtres.

2. 2.Fabrication de lentilles asphériques pour les couples de fibres optiques utilisés dans les communications optiques.

3. 3.Fabrication de lentilles de condensation asphériques pourDisques optiquesUne seule lentille asphérique moulée peut remplacer trois lentilles sphériques dans la tête optique d'un lecteur de disques optiques.Ils contrôlent et corrigent non seulement les aberrations axiales à de grandes ouvertures numériques (NA), mais réduisent également le poids de la tête optique d'origine et réduisent les coûts de 30 à 50%..

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