bedrijfsnieuws over De analyse van de precisievormtechnologie van optische asferische lenzen

De analyse van precisievormtechnologie voor optische Asferische lenzen 

De vormtechnologie is een hoogprecisie productieproces voor optische componenten. Het omvat het plaatsen van verzacht glas in hoogprecisie mallen, waar het direct wordt gevormd tot optische onderdelen die voldoen aan de gebruiksvereisten door middel van éénstapsvorming onder verwarming, druk en zuurstofvrije omstandigheden.

Sinds de succesvolle ontwikkeling in het midden van de jaren 80, heeft deze technologie zich in de loop van decennia ontwikkeld en staat nu bekend als een van 's werelds meest geavanceerde productiemethoden voor optische componenten, die praktische productiefasen heeft bereikt in tal van landen.

De wijdverspreide toepassing van deze technologie vertegenwoordigt een revolutionaire vooruitgang in de verwerking van optische glazen componenten. Door directe vorming van precisie asferische optische componenten mogelijk te maken, heeft het een tijdperk ingeluid waarin asferische glazen optiek op grote schaal kan worden geïntegreerd in optische instrumenten.

Bijgevolg heeft deze innovatie het ontwerp van optische systemen getransformeerd: het verminderen van de grootte en het gewicht van instrumenten, het besparen van materialen, het verminderen van de werkbelasting voor coating en assemblage, het verlagen van de kosten, terwijl tegelijkertijd de optische prestaties en beeldkwaliteit worden verbeterd.

Voordelen van gevormde optische glazen componenten:

1. Elimineert traditionele slijp-, polijst-, kant- en centreerprocessen en bereikt tegelijkertijd een hoge maatnauwkeurigheid, precisie van het oppervlak en een lage oppervlakteruwheid.
2. Vermindert de eisen voor productieapparatuur, hulpmiddelen, fabrieksruimte en geschoolde arbeidskrachten – waardoor een hoge productiviteit mogelijk is, zelfs in kleine werkplaatsen.
3. Vergemakkelijkt de economische massaproductie van precisie asferische optische componenten.
4. Verzekert maatnauwkeurigheid en herhaalbaarheid door precieze controle van temperatuur- en drukparameters.
5. Maakt het vormen van kleine asferische lensarrays mogelijk.
6. Maakt de integratie van optische componenten met montage-referentieoppervlakken in enkele eenheden mogelijk.

Huidige productiespecificaties voor asferische componenten:

• Diameter: 2–50 mm (tolerantie van ±0,01 mm)

• Dikte: 0,4–25 mm (tolerantie van ±0,01 mm)

• Radius van kromming: ≥5 mm

• Oppervlaktefiguur nauwkeurigheid: 1,5λ

• Oppervlakteruwheid: Voldoet aan de Amerikaanse militaire standaard 80-50

• Controle van brekingsindex: ±5×10⁻⁴

• Brekingshomogeniteit: <5×10⁻⁶

• Dubbele breking: <0,01λ/cm

Belangrijkste aspecten van precisie glasmoldingtechnologie

Deze uitgebreide technologie vereist gespecialiseerde vormmachines, hoogwaardige mallen en geoptimaliseerde procesparameters. Kritische elementen zijn onder meer vormmethoden, glasselectie, blankvoorbereiding en malmaterialen/fabricage.

1. Vormmethoden
Precisievorming werd haalbaar door de ontwikkeling van malmaterialen die bestand zijn tegen hechting aan verzacht glas. Vroege methoden omvatten het gieten van gesmolten glasblanks in mallen >50°C boven de glastransitietemperatuur (Tg), wat hechting, porositeit, oppervlaktedefecten en een slechte vormnauwkeurigheid veroorzaakte.

Moderne isotherme persing:

• Gebruikt speciaal ontworpen mallen

• Verwarmt glas en mallen samen tot bijna het verzachtingspunt in zuurstofvrije omgevingen

• Past druk toe bij uniforme temperatuur

• Handhaaft de druk tijdens het afkoelen onder Tg
  (Glasviscositeit: ~10⁷·⁶ poise bij verzachtingspunt; ~10¹³·⁴ poise bij Tg)
  Voordeel: Hoge precisie malreplicatie.
  Beperking: Langzame verwarmings-/koelcycli verminderen de doorvoer.

Verbeteringen & Alternatieven:

• Multi-malopstellingen verhogen de productiviteit (hoewel kostbaar voor asferische mallen)

• Niet-isotherme persing: Hogere snelheid en levensduur van de mal door dichter bij de blankvormingsomstandigheden te werken

• Voortdurend O&O in direct vormen van gesmolten glasstromen

2. Glastypen en blanks
De kwaliteit van de blank heeft direct invloed op de gevormde producten. Hoewel de meeste optische glazen vormbaar zijn, versnellen glazen met een hoog verzachtingspunt de maldegradatie. De voorkeursmaterialen zijn glazen met een lage Tg (~600°C) die:

• Kosteneffectieve blankproductie mogelijk maken

• Milieugevaarlijke stoffen uitsluiten (bijv. PbO, As₂O₃)

Blankvereisten:

• Glad, schoon oppervlak voor het vormen

• Geoptimaliseerde geometrie (sferisch, schijfvormig of meniscus)

• Precieze volumeregeling
  Blanks worden typisch gevormd door koud slijpen of warm persen.

3. Malmaterialen & Fabricage
Ideale maleigenschappen:

• Defectvrije, polijstbare optische oppervlakken

• Oxidatiebestendigheid en structurele stabiliteit bij hoge temperaturen

• Niet-reactief met glas, gemakkelijk te ontvormen

• Hoge temperatuurhardheid en sterkte

Veelvoorkomende maloplossingen:

• Edelmetaal/TiN-gecoate carbide substraten

• Koolstof/diamantachtige koolstoflagen op SiC/carbide basissen

• Cr₂O-ZrO₂-TiO₂ keramische composieten

Precisiebewerkingseisen:

• Ultra-precisie CNC-machines (≤0,01 μm resolutie)

• Diamantslijpschijven voor vormgeving

• Vervolgpolijsten tot optische afwerking

• Geavanceerde asferische metrologie voor kwaliteitscontrole (kritisch voor micro-lensarrays)

4. Toepassingen
Huidige massaproductiemogelijkheden omvatten:

• Precisie sferische/asferische lenzen (standaard: Ø15 mm; groot: Ø50 mm)

• Micro-lensarrays (enkele lens: Ø100 μm)

Belangrijkste implementaties:
① Militaire/civiele optische instrumenten (lenzen, prisma's, filters)
② Asferische koppelingen voor glasvezelcommunicatie
③ Optische schijfopnamelenzen: Eén gevormde asfeer vervangt drie sferische lenzen, waardoor het gewicht wordt verminderd en de kosten met 30–50% worden verlaagd, terwijl de controle van axiale aberratie bij hoge NA's wordt verbeterd.
④ Zoekers, projector/cameralens asferen