nouvelles de l'entreprise L'Analyse de la Technologie de Moulage de Précision des Lentilles Asphériques Optiques

Analyse de la technologie de moulage de précision des lentilles optiques asphériques 

La technologie de moulage est un procédé de fabrication de composants optiques de haute précision. Elle consiste à placer du verre ramolli dans des moules de haute précision, où il est directement formé en pièces optiques répondant aux exigences d'utilisation grâce à un moulage en une seule étape sous chauffage, pression et conditions sans oxygène.

Depuis son développement réussi au milieu des années 1980, cette technologie a évolué au fil des décennies et est aujourd'hui l'une des méthodes de fabrication de composants optiques les plus avancées au monde, atteignant des stades de production pratiques dans de nombreux pays.

L'adoption généralisée de cette technologie représente une avancée révolutionnaire dans le traitement des composants en verre optique. En permettant le moulage direct de composants optiques asphériques de précision, elle a inauguré une ère où les optiques en verre asphériques peuvent être largement intégrées dans les instruments optiques.

Par conséquent, cette innovation a transformé la conception des systèmes optiques : réduction de la taille et du poids des instruments, économie de matériaux, diminution des travaux de revêtement et d'assemblage, réduction des coûts, tout en améliorant simultanément les performances optiques et la qualité de l'imagerie.

Avantages des composants en verre optique moulés :

1. Élimine les procédés traditionnels de meulage, de polissage, de bordage et de centrage tout en obtenant une grande précision dimensionnelle, une précision de la figure de surface et une faible rugosité de surface.
2. Réduit les exigences en matière d'équipement de production, d'outils auxiliaires, d'espace d'usine et de main-d'œuvre qualifiée, ce qui permet une productivité élevée, même dans les petits ateliers.
3. Facilite la production de masse économique de composants optiques asphériques de précision.
4. Assure la précision dimensionnelle et la répétabilité grâce au contrôle précis des paramètres de température et de pression.
5. Permet le moulage de petits réseaux de lentilles asphériques.
6. Permet l'intégration de composants optiques avec des surfaces de référence de montage en unités uniques.

Spécifications de production actuelles pour les composants asphériques :

• Diamètre : 2–50 mm (tolérance de ±0,01 mm)

• Épaisseur : 0,4–25 mm (tolérance de ±0,01 mm)

• Rayon de courbure : ≥5 mm

• Précision de la figure de surface : 1,5λ

• Rugosité de surface : Conforme à la norme militaire américaine 80-50

• Contrôle de l'indice de réfraction : ±5×10⁻⁴

• Homogénéité de la réfraction : <5×10⁻⁶

• Biréfringence : <0,01λ/cm

Aspects clés de la technologie de moulage de verre de précision

Cette technologie complète nécessite des machines de moulage spécialisées, des moules de haute qualité et des paramètres de processus optimisés. Les éléments critiques comprennent les méthodes de moulage, la sélection du verre, la préparation des ébauches et les matériaux/fabrication des moules.

1. Méthodes de moulage
Le moulage de précision est devenu viable grâce au développement de matériaux de moule qui résistent à l'adhérence au verre ramolli. Les premières méthodes consistaient à verser des ébauches de verre fondu dans des moules à >50°C au-dessus de la température de transition vitreuse (Tg), ce qui provoquait une adhérence, une porosité, des défauts de surface et une faible précision de forme.

Pressage isotherme moderne :

• Utilise des moules spécialement conçus

• Chauffe le verre et les moules ensemble jusqu'à près du point de ramollissement dans des environnements sans oxygène

• Applique une pression à température uniforme

• Maintient la pression pendant le refroidissement en dessous de Tg
  (Viscosité du verre : ~10⁷,⁶ poises au point de ramollissement ; ~10¹³,⁴ poises à Tg)
  Avantage : Réplication de moule de haute précision.
  Limitation : Les cycles de chauffage/refroidissement lents réduisent le débit.

Améliorations et alternatives :

• Les configurations multi-moules augmentent la productivité (bien que coûteuses pour les moules asphériques)

• Pressage non isotherme : Vitesse plus élevée et longévité des moules en opérant plus près des conditions de formation des ébauches

• R&D en cours dans le moulage direct des flux de verre fondu

2. Types de verre et ébauches
La qualité des ébauches affecte directement les produits moulés. Bien que la plupart des verres optiques soient moulables, les verres à point de ramollissement élevé accélèrent la dégradation des moules. Les matériaux préférés sont les verres à faible Tg (~600°C) qui :

• Permettent une production d'ébauches rentable

• Excluent les substances dangereuses pour l'environnement (par exemple, PbO, As₂O₃)

Exigences relatives aux ébauches :

• Surface pré-moulage lisse et propre

• Géométrie optimisée (sphérique, en forme de disque ou en ménisque)

• Contrôle précis du volume
  Les ébauches sont généralement formées par meulage à froid ou pressage à chaud.

3. Matériaux et fabrication des moules
Propriétés idéales des moules :

• Surfaces optiques sans défaut et polissables

• Résistance à l'oxydation et stabilité structurelle à haute température

• Non réactif avec le verre, démoulage facile

• Dureté et résistance à haute température

Solutions de moules courantes :

• Substrats en métal noble/carbure revêtu de TiN

• Films de carbone/carbone de type diamant sur des bases en SiC/carbure

• Composites céramiques Cr₂O-ZrO₂-TiO₂

Exigences d'usinage de précision :

• Machines CNC de très haute précision (résolution ≤0,01 μm)

• Meules diamantées pour le façonnage

• Polissage subséquent pour une finition optique

• Métrologie asphérique avancée pour le contrôle qualité (critique pour les réseaux de microlentilles)

4. Applications
Les capacités de production de masse actuelles comprennent :

• Lentilles sphériques/asphériques de précision (standard : Ø15 mm ; grandes : Ø50 mm)

• Réseaux de microlentilles (lentille unique : Ø100 μm)

Mises en œuvre clés :
① Instruments optiques militaires/civils (lentilles, prismes, filtres)
② Coupleurs asphériques de communication par fibre optique
③ Lentilles de lecture de disques optiques : Une asphère moulée remplace trois lentilles sphériques, réduisant le poids et les coûts de 30 à 50 % tout en améliorant le contrôle de l'aberration axiale à des AN élevés.
④ Viseurs d'appareils photo, projecteur/objectif d'appareil photo asphériques