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El análisis de la tecnología de moldeo de precisión de la ópticaLente asférica 

La tecnología de moldeo es un proceso de fabricación de componentes ópticos de alta precisión.donde se forma directamente en piezas ópticas que cumplen los requisitos de uso mediante moldeo en una sola etapa bajo calentamiento, presión y condiciones libres de oxígeno.

Desde su exitoso desarrollo a mediados de los años ochenta, esta tecnología ha evolucionado durante décadas y se ha convertido en uno de los métodos de fabricación de componentes ópticos más avanzados del mundo.alcanzando las etapas prácticas de producción en numerosos países.

La adopción generalizada de esta tecnología representa un avance revolucionario en el procesamiento de componentes ópticos de vidrio.ha marcado el comienzo de una era en la que la óptica de vidrio asférico puede integrarse ampliamente en instrumentos ópticos.

En consecuencia, esta innovación ha transformado el diseño de los sistemas ópticos: reduciendo el tamaño y el peso del instrumento, ahorrando materiales, reduciendo las cargas de trabajo de recubrimiento y montaje, reduciendo los costes,al tiempo que mejora el rendimiento óptico y la calidad de la imagen.

Ventajas de los componentes de vidrio óptico moldeado:

1. Elimina los procesos tradicionales de rectificación, pulido, bordado y centrado al tiempo que logra una alta precisión dimensional, precisión de la figura de la superficie y baja rugosidad de la superficie.
2. Reduce los requisitos de equipos de producción, herramientas auxiliares, espacio de fábrica y mano de obra calificada permitiendo una alta productividad incluso en talleres pequeños.
3. Facilita la producción en masa económica de componentes ópticos asféricos de precisión.
4. Asegura la precisión dimensional y la repetibilidad mediante un control preciso de los parámetros de temperatura y presión.
5. Permite moldear pequeños conjuntos de lentes asféricas.
6. Permite la integración de componentes ópticos con superficies de referencia de montaje en unidades individuales.

Las especificaciones actuales de producción de componentes asféricos:

• Diámetro: 2×50 mm (tolerancia de ±0,01 mm)

• Para el ensayo de las emisiones de gases de efecto invernadero, se utilizará el método de ensayo de las emisiones de gases de efecto invernadero.

• Radius de curvatura: ≥ 5 mm

• Precisión de la figura de la superficie: 1,5λ

• Superficie rugosa: conforme con el estándar militar estadounidense 80-50.

• Control del índice de refracción: ±5×10−4

• Homogeneidad refractiva: < 5 × 10−6

• Se aplicará el método de medición de la fricción.

Aspectos clave de la tecnología de moldeo de vidrio de precisión

Esta tecnología completa requiere máquinas de moldeo especializadas, moldes de alta calidad y parámetros de proceso optimizados.preparación en blanco, y materiales/fabricación de moldes.

1. Métodos de moldeo
El moldeo de precisión se hizo viable a través del desarrollo de materiales de molde que resisten la adhesión al vidrio ablandado.Los primeros métodos consistieron en verter trozos de vidrio fundido en moldes > 50 °C por encima de la temperatura de transición del vidrio (Tg), causando adhesión, porosidad, defectos de superficie y poca precisión de la forma.

Presión isotérmica moderna:

• Utiliza moldes especialmente diseñados

• Calentar el vidrio y los moldes juntos hasta casi el punto de ablandamiento en ambientes libres de oxígeno

• Aplica presión a una temperatura uniforme

• Mantiene la presión mientras se enfría por debajo de Tg
  (Viscosidad del vidrio: ~107·6 equilibrio en el punto de ablandamiento; ~1013·4 equilibrio en Tg)
  Ventaja: Replicación de moldes de alta precisión.
  Limitación: los ciclos lentos de calefacción y enfriamiento reducen el rendimiento.

Mejoras y alternativas:

• Las configuraciones de múltiples moldes aumentan la productividad (aunque son costosas para los moldes asféricos)

• Presión no isotérmica: mayor velocidad y longevidad del molde al operar más cerca de las condiciones de formación en blanco

• Investigación y desarrollo en curso en moldeo directo de flujos de vidrio fundido

2Tipos de vidrio y vidrios en blanco
La calidad en blanco afecta directamente a los productos moldeados. Mientras que la mayoría de los cristales ópticos son moldeables, los cristales de alto punto de ablandamiento aceleran la degradación del molde. Los materiales preferidos son los cristales de bajo Tg (∼600 °C) que:

• Permitir una producción en blanco rentable

• Se excluyen las sustancias peligrosas para el medio ambiente (p. ej., PbO, As2O3)

Requisitos en blanco:

• Superficie lisa y limpia antes del moldeo

• Geometría optimizada (esférica, en forma de disco o menisco)

• Control preciso del volumen
  Los huecos se forman típicamente por molienda en frío o prensado en caliente.

3. Materiales y fabricación de moldes
Propiedades ideales del moho:

• Superficies ópticas pulidas y sin defectos

• Resistencia a la oxidación y estabilidad estructural a altas temperaturas

• No reactivo con el vidrio, fácil desmoldado

• Dureza y resistencia a altas temperaturas

Soluciones comunes de moho:

• Substratos de metales nobles/carburos recubiertos con TiN

• Películas de carbono/carbono tipo diamante sobre bases de SiC/carburo

• Compuestos cerámicos Cr2O-ZrO2-TiO2

Requisitos de mecanizado de precisión:

• Máquinas CNC de ultraprecisión (resolución ≤ 0,01 μm)

• Las demás máquinas y aparatos para la fabricación de máquinas y aparatos para la fabricación de máquinas y aparatos para la fabricación de máquinas

• Polido consecutivo hasta el acabado óptico

• Metrología asférica avanzada para el control de calidad (crítica para los conjuntos de microlentes)

4Aplicaciones
Las capacidades actuales de producción en masa incluyen:

• Lentes esféricas/asféricas de precisión (estándar: Ø15 mm; grandes: Ø50 mm)

• Las unidades de micro-lentes (lente única: Ø100 μm)

Implementaciones clave:
1 Instrumentos ópticos militares y civiles (Lentes de contacto,las prismas,filtros)
2 Acopladores asféricos de comunicación por fibra óptica
3 Lentes de recogida de discos ópticos:Una asfera moldeada reemplaza a tres lentes esféricas, reduciendo el peso y los costos de corte en un 30~50% mientras mejora el control de la aberración axial en NAs altas.
4 Visor de cámara, proyectorlente de la cámaralas asféricas