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Análisis de la tecnología de moldeo de lentes ópticas de vidrio

La tecnología de moldeo de lentes de vidrio óptico es un proceso de fabricación de componentes ópticos de alta precisión.Consiste en colocar el vidrio ablandado en un molde de alta precisión y moldearlo directamente en una parte óptica que cumple con los requisitos de uso en un solo paso en condiciones de calentamientoDesde su exitoso desarrollo a mediados de los años ochentaEsta tecnología tiene una historia de más de una década y se ha convertido en uno de los métodos de fabricación de componentes ópticos más avanzados a nivel internacionalHa entrado en la fase de producción práctica en muchos países.La adopción y aplicación generalizadas de esta tecnología representan una revolución significativa en el procesamiento de componentes de vidrio óptico dentro de la industria óptica.Debido a que esta tecnología permite el moldeado directo de componentes ópticos asféricos de precisión, ha inaugurado una era en la que los instrumentos ópticos pueden utilizar ampliamente elementos ópticos de vidrio asférico.Por consiguienteEn el caso de los instrumentos optoelectrónicos, ha introducido nuevos cambios y desarrollos en el diseño del sistema óptico, reduciendo no sólo el tamaño y el peso de los instrumentos ópticos,Disminuyó la carga de trabajo para el recubrimiento y montaje de componentes ópticos, y ha reducido los costes, pero también ha mejorado el rendimiento de los instrumentos ópticos y ha mejorado la calidad de las imágenes ópticas.

La fabricación de componentes ópticos mediante el método de moldeo de vidrio ofrece las siguientes ventajas:

1. 1Elimina la necesidad de procesos tradicionales como la molienda áspera, la molienda fina, el pulido, el bordado y el centrado, pero logra una alta precisión dimensional, precisión de la figura de la superficie,y rugosidad de la superficie.

2. 2.Ahorra una cantidad significativa de equipos de producción, herramientas/materiales auxiliares, espacio de planta de la fábrica y trabajadores cualificados, lo que permite una alta productividad incluso en un taller pequeño.

3. 3Facilitar la producción en masa económica de componentes ópticos asféricos de precisión.

4. 4Asegura la precisión dimensional y la repetibilidad de las piezas ópticas moldeadas controlando con precisión los parámetros del proceso como la temperatura y la presión durante el moldeado.

5. 5Permite moldear pequeños conjuntos de lentes asféricas.

6. 6Permite formar componentes ópticos y elementos de referencia de montaje como una sola pieza integrada.

Actualmente, los componentes ópticos asféricos moldeados producidos en serie tienen diámetros que van desde 2 a 50 mm con una tolerancia de ±0,01 mm; espesores de 0,4 a 25 mm con una tolerancia de ±0,01 mm;radios de curvatura de hasta 5 mm; precisión de la figura de la superficie de 1,5λ; rugosidad de la superficie conforme a la norma militar estadounidense 80-50; índice de refracción controlable a ± 5×10−4; homogeneidad del índice de refracción controlable a < 5×10−6;y la birefringencia es inferior a 0.01λ/cm.

Entre las empresas y fabricantes de renombre mundial que han dominado esta tecnología avanzada de fabricación de componentes ópticos de vidrio se encuentran Kodak y Corning (EE.UU.), Ohara, Hoya, Olympus,y Panasonic (Japón)Se trata de una propuesta de directiva del Parlamento Europeo y del Consejo relativa a la protección de los trabajadores contra los daños causados por el tráfico de drogas.

La tecnología de moldeo de componentes ópticos de vidrio es una disciplina integral que requiere el diseño de máquinas de moldeo especializadas, el uso de moldes de alta calidad,y la selección de parámetros de proceso adecuadosEl método de moldeo, el tipo de vidrio y los espacios en blanco, el material del molde y la fabricación son todas tecnologías clave en el moldeo de vidrio.

1. Métodos de moldeo

La razón principal por la que el vidrio puede ser moldeado con precisión proviene del desarrollo de materiales de molde que no se adhieren al vidrio ablandado.

El método original de moldeo de lentes de vidrio consistía en verter trozos de vidrio óptico fundido en moldes mantenidos a una temperatura de aproximadamente 50 °C por encima de la temperatura de transición de vidrio (Tg) para el prensado.Este método era propenso a que el vidrio se pegara a las superficies del molde, y los productos sufrían a menudo de burbujas y marcas de moho en frío (arrugas), lo que dificultaba el logro de la forma deseada y la precisión de la figura de la superficie.un método surgió utilizando moldes mecanizados con precisión hechos de materiales especialesEl vidrio y el molde se calientan juntos en una atmósfera libre de oxígeno cerca del punto de ablandamiento del vidrio.Manteniendo esta presión, el molde se enfría por debajo de la temperatura de transición del vidrio (Tg) (Viscosidad del vidrio en el punto de ablandamiento ≈ 107,6 Poise; viscosidad en el punto de transición ≈ 1013,4 Poise).Este método de prensado isotérmico de vidrio y molde se llama prensado isotérmico, que alcanza con relativa facilidad una alta precisión al replicar con precisión la forma de la superficie del molde.El inconveniente de este método para la fabricación de componentes ópticos de vidrio es el largo tiempo necesario para calentar y enfriarPara hacer frente a esto, se realizaron mejoras eficaces, como el uso de múltiples moldes dentro de una sola prensa para aumentar la eficiencia.el alto costo de los moldes asféricos hace que el uso de múltiples moldes sea prohibitivoPara hacer frente a esto, la investigación se centró en el desarrollo de métodos de prensado no isotérmicos más cercanos a las condiciones originales de moldeo en blanco.con el objetivo de aumentar la velocidad de producción por molde y extender la vida útil del moldeAdemás, se están investigando métodos para moldear directamente el vidrio de precisión que fluye de un horno de fusión.

2Tipos de vidrio y vidrios en blanco

El vidrio en blanco está directamente relacionado con la calidad del producto moldeado.los vidrios con puntos de ablandamiento altos requieren altas temperaturas de moldeoPor lo tanto, desde la perspectiva de una selección más fácil del material del molde y una mayor vida útil del molde,se necesitaban vidrios adecuados para el moldeado a temperaturas más bajas (alrededor de 600 °C)Estos cristales de moldeo a baja temperatura deben cumplir también los requisitos de una producción en blanco rentable y estar libres de sustancias peligrosas para el medio ambiente (por ejemplo, PbO, As2O3).Las piezas en blanco utilizadas para moldear tienen requisitos específicos:

1 La superficie en blanco debe ser extremadamente lisa y limpia antes del prensado.

2 Debe tener una forma geométrica adecuada;

3 Debe tener el volumen requerido. Los espacios en blanco suelen ser esféricos, de forma de disco o de lente esférica, producidos por molienda en frío o prensado en caliente.

3Materiales de moldeado y mecanizado

Los materiales de molde deben poseer las siguientes características:

1 Superficie libre de defectos, capaz de ser pulida en una superficie óptica lisa y sin poros;

2 Alta resistencia a la oxidación a altas temperaturas, manteniendo la integridad estructural, la calidad de la superficie estable, la precisión de la figura de la superficie y el acabado;buenas propiedades de liberación;

4 Alta dureza y resistencia a altas temperaturas.

Existen numerosas patentes para el desarrollo de materiales de molde. Los materiales representativos incluyen: sustratos de aleación súper duros recubiertos con aleaciones de metales preciosos y películas de nitruro de titanio (TiN);Substratos de carburo de silicio (SiC) o de aleación súper dura recubiertos de carbono duro, carbono similar al diamante (DLC) u otras películas a base de carbono; y nuevas cerámicas a base de Cr2O-ZrO2-TiO2.

Materiales paralente de vidrioLos moldes de moldeo son generalmente duros y frágiles. Para elaborar estos materiales con precisión en moldes, se requieren máquinas CNC de alta rigidez y ultraprecisión con una resolución inferior a 0,01 μm,con ruedas de molienda de diamantesLa molienda logra la precisión de forma deseada, pero el pulido fino posterior es necesario para lograr un acabado óptico de la superficie.Las técnicas de medición y evaluación de la superficie asférica son crucialesEl mecanizado de moldes para microlentes exige requisitos aún más estrictos, lo que requiere una mayor precisión y marcas de molienda minimizadas.

4Aplicaciones de la tecnología de moldeo de vidrio

Actualmente,Lentes de vidrio ópticoLa tecnología de moldeo se utiliza para la producción en masa de precisión esférica yLentes asféricasAdemás de producir rutinariamente lentes de alrededor de 15 mm de diámetro, también puede producir lentes de gran diámetro de hasta 50 mm, matrices de micro-lentes, etc.Las matrices de micro lentes con diámetros de lentes individuales tan pequeños como 100 μm son ahora posibles.

1. 1Fabricación de componentes ópticos esféricos y asféricos para instrumentos ópticos militares y civiles, como diversas lentes, prismas y filtros.

2. 2Fabricación de lentes asféricas para acopladores de fibra óptica utilizados en la comunicación óptica.

3. 3.Fabricación de lentes de condensación asféricas paraDiscos ópticosUna sola lente asférica moldeada puede reemplazar tres lentes esféricas dentro de la cabeza óptica de un lector de discos ópticos.no sólo controlan y corrigen las aberraciones axiales en grandes aberturas numéricas (NA), sino que también reducen el peso de la cabeza óptica original y reducen los costos en un 30-50%.

4. 4- Fabricación de lentes asféricas para visores de cámaras, proyectores de cine yLentes de las cámaras.