प्रेसिजन ग्लास मोल्डिंग (PGM) का अवलोकन
प्रेसिजन ग्लास मोल्डिंग (पीजीएम) एस्फेरिक लेंस 1980 के दशक की शुरुआत में शुरू की गई थी और तब से यह दूरसंचार, डिजिटल फोटोग्राफी और थर्मल इमेजिंग जैसे विभिन्न उद्योगों में एक महत्वपूर्ण तकनीक बन गई है। PGM को व्यापक रूप से अपनाया जाना इसकी कम लागत और बड़ी मात्रा में एस्फेरिक सतहों के साथ उच्च गुणवत्ता वाले, दोहराए जाने वाले ग्लास ऑप्टिक्स का उत्पादन करने की क्षमता के कारण है। यह PGM को ऑप्टिकल डिज़ाइन के लिए एक अमूल्य प्रक्रिया बनाता है, खासकर जब उत्पादन को अनुकूलित करने के लिए डिज़ाइन-फॉर-मैन्युफैक्चरेबिलिटी (DFM) सिद्धांतों को लागू किया जाता है।
पीजीएम विनिर्माण प्रक्रिया
पीजीएम एक आइसोथर्मल कम्प्रेशन मोल्डिंग प्रक्रिया है। शुरू में, एक ग्लास प्रीफॉर्म को ग्लास मोल्डिंग मशीन के भीतर सटीक मोल्ड्स के बीच रखा जाता है। ये मोल्ड, जो वांछित लेंस सतह को प्रतिबिंबित करते हैं, थर्मल प्रोफाइल और सामग्री गुणों के लिए समायोजित किए जाते हैं। मशीन को नाइट्रोजन या वैक्यूम से शुद्ध किया जाता है, और प्रीफॉर्म और मोल्ड दोनों को गर्म किया जाता है। दबाव डालने और मोल्ड को ठंडा होने देने से अंतिम लेंस बनता है।
के अनुसार झांग एट अल. (2019)परिशुद्ध ग्लास मोल्डिंग प्रक्रिया उच्च सतह गुणवत्ता और कम खुरदरापन के साथ जटिल एस्फेरिक लेंस के उत्पादन की अनुमति देती है, जो उच्च प्रदर्शन ऑप्टिकल प्रणालियों के लिए महत्वपूर्ण है।
एस्फेरिक लेंस के लिए सही सामग्री का चयन
किसी भी DFM पहल में सामग्री का चयन एक महत्वपूर्ण कदम है, और सटीक ग्लास मोल्डिंग कोई अपवाद नहीं है। सही ऑप्टिकल ग्लास प्रदर्शन को काफी हद तक बढ़ा सकता है, लीड टाइम को कम कर सकता है और लागत को कम कर सकता है। 200 से अधिक प्रकार के मोल्डेबल ग्लास उपलब्ध होने के कारण, डिजाइनरों के पास काफी स्वतंत्रता है। हालांकि, विकल्पों को कम करने के लिए विनिर्माण क्षमता, उपलब्धता और लागत जैसे कारकों पर विचार किया जाना चाहिए। आपूर्तिकर्ताओं के साथ शुरुआती चर्चा सबसे प्रभावी सामग्री की पहचान करने में मदद कर सकती है।
एक या दो प्रकार के ग्लास से शुरुआत करना और निर्माताओं से शुरुआती प्रतिक्रिया प्राप्त करना समय और लागत बचा सकता है। निर्माता अक्सर पैमाने की अर्थव्यवस्थाओं का लाभ उठाने के लिए सामग्रियों के एक चुनिंदा समूह का मानकीकरण करते हैं, जिससे लागत बचत ग्राहकों तक पहुँचती है। इन सामग्रियों के साथ उनका अनुभव प्रदर्शन, गुणवत्ता और शेड्यूलिंग जोखिमों को कम करने में मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है।
कुछ ग्लास फ़ॉर्मूलेशन टूलिंग लाइफ़ को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकते हैं और लागत बढ़ा सकते हैं। कम प्रसंस्करण तापमान की आवश्यकता वाले ग्लास मोल्डिंग के दौरान सतह ऑक्सीकरण के जोखिम को कम करते हैं, संदूषण और रखरखाव की ज़रूरतों को कम करते हैं। ये कम तापमान हीटिंग और कूलिंग चक्रों को भी छोटा करते हैं, जिससे थ्रूपुट में सुधार होता है और ऊर्जा की खपत कम होती है।
ऑप्टिकल डिज़ाइन पर पीजीएम का प्रभाव
ऑप्टिकल डिज़ाइन पर PGM प्रक्रिया के प्रभाव को समझना सामग्री का चयन करने के बाद आवश्यक है। कांच का थर्मल इतिहास उसके भौतिक और ऑप्टिकल गुणों को प्रभावित करता है, यही कारण है कि पारंपरिक लेंस निर्माण एनीलिंग दरों को निर्दिष्ट करता है। PGM प्रक्रिया थ्रूपुट को अधिकतम करने और लागत को कम करने के लिए शीतलन चक्र को अनुकूलित करती है। PGM के लिए शीतलन दर तैयार उत्पाद की एनीलिंग दर के अनुरूप होती है। हालाँकि पोस्ट-एनीलिंग PGM लेंस संभव है, लेकिन इससे अक्सर लागत, लीड टाइम और सतह की गुणवत्ता कम हो जाती है।
अनुसंधान द्वारा गुयेन एट अल. (2020) संकेत मिलता है कि पीजीएम लेंस आम तौर पर अपवर्तन सूचकांक में मामूली कमी प्रदर्शित करते हैं, जो दृश्य तरंगदैर्ध्य में उपयोग किए जाने वाले सामान्य मोल्डेबल ग्लास के लिए -0.0006 से -0.010 तक होता है। उच्च सूचकांक वाले चाल्कोजेनाइड ग्लास अवरक्त स्पेक्ट्रम में अधिक महत्वपूर्ण गिरावट प्रदर्शित करते हैं।
प्रेसिजन ग्लास मोल्डेड एस्फेरिक लेंस के लिए डिज़ाइन सिद्धांत
सटीक ग्लास मोल्डेड घटकों के डिजाइन में प्रभावी DFM प्रथाओं को शामिल करने में कई प्रमुख सिद्धांत शामिल हैं। लेंस का समग्र रूप कारक एक प्राथमिक विचार है, जिसका व्यास आम तौर पर एक मिलीमीटर से कम से लेकर 100 मिमी से अधिक तक होता है, हालांकि अधिकांश 1 से 25 मिमी के बीच आते हैं।
जबकि विभिन्न लेंस आकार और प्रीफॉर्म का उपयोग किया जा सकता है, प्रीफॉर्म का चयन आम तौर पर निर्माता की जिम्मेदारी है। बॉल प्रीफॉर्म PGM के लिए सबसे अधिक लागत प्रभावी है। बॉल प्रीफॉर्म के लिए डिज़ाइन नियम यहाँ बताए गए हैं, लेकिन विभिन्न प्रीफॉर्म ज्यामिति का उपयोग करके उन्नत या गैर-विशिष्ट आकार प्राप्त किए जा सकते हैं और निर्माता के साथ पहले से चर्चा की जानी चाहिए।
लेंस की केंद्र मोटाई (CT) उसके आकार या पहलू अनुपात पर निर्भर करती है। 0.2 मिमी तक के बहुत पतले CT का उत्पादन किया जा सकता है, लेकिन तनाव को कम करने के लिए निकट-नेट-आकार के प्रीफॉर्म की आवश्यकता हो सकती है। थर्मल ग्रेडिएंट को रोकने के लिए बड़े CT मानों से बचना चाहिए। अनियंत्रित थर्मल प्रोफाइल तनाव द्विअपवर्तन, असंगत अपवर्तक सूचकांक और संभावित फ्रैक्चर का कारण बन सकते हैं।
0.4 मिमी से कम एज मोटाई (ईटी) एज चिपिंग और हैंडलिंग कठिनाइयों का कारण बन सकती है। बाहरी व्यास (ओडी) मोल्ड टूलिंग डिज़ाइन द्वारा सीमित है, जो आमतौर पर 1 मिमी से कम से लेकर 25 मिमी से अधिक तक होता है। बड़े ओडी थर्मल ग्रेडिएंट से भी पीड़ित हो सकते हैं, जिससे पैदावार प्रभावित होती है। ओडी से सीटी और ईटी के पहलू अनुपात उच्च पैदावार बनाए रखने के लिए निर्माता के अनुभव पर आधारित होना चाहिए।
एस्फेरिक लेंस में ब्लेंड रेडी और ट्रांजिशन जोन
भौतिक एपर्चर (पीए) हमेशा स्पष्ट एपर्चर (सीए) से बड़ा होना चाहिए ताकि एक मिश्रण त्रिज्या को समायोजित किया जा सके जो तनाव सांद्रता को कम करता है और काटने वाले उपकरण के लिए राहत प्रदान करता है। मिश्रण त्रिज्या का आकार सतह और विनिर्माण विधि पर निर्भर करता है। मोल्ड टूलिंग बाधाओं को दूर करने और सीए के भीतर ऑप्टिकल सतह की सुरक्षा के लिए सीए और मिश्रण त्रिज्या के बीच एक संक्रमण क्षेत्र की आवश्यकता हो सकती है।
ऑप्टिकल सतह पर उच्च ढलान मोल्ड निर्माण और मेट्रोलॉजी में चुनौतियां पेश करते हैं। सटीक डायमंड ग्राइंडिंग और सतह प्रोफाइलोमीटर आमतौर पर 55° से 60° के नीचे ढलान तक सीमित होते हैं। खड़ी ज्यामिति में गैस फंसने से बचने के लिए वैक्यूम मोल्डिंग की आवश्यकता हो सकती है, जबकि बहुत कम ढलान मिसअलाइनमेंट जोखिम को बढ़ाते हैं।
एस्फेरिक लेंस के लिए फ्लैंज और इन्सर्ट मोल्डिंग
फ्लैंग्स जैसी माउंटिंग सुविधाओं को सीधे PGM घटकों में एकीकृत किया जा सकता है। पर्याप्त असेंबली क्षेत्रों को सुनिश्चित करने के लिए फ्लैंग्स को लागू करते समय ब्लेंड और एज रेडी पर विचार किया जाना चाहिए। बड़े फ्लैंग्स प्रीफॉर्म वॉल्यूम और सामग्री लागत बढ़ाते हैं लेकिन आसान माउंटिंग के लिए वांछनीय हैं।
इन्सर्ट मोल्डिंग, जिसमें लेंस को सीधे धातु धारक में ढाला जाता है, एक अन्य विकल्प है जिसकी समीक्षा मानक PGM लेंसों से अलग से की जानी चाहिए।
सारांश
डिजाइन प्रक्रिया में आपूर्तिकर्ताओं को शामिल करना और सटीक ग्लास मोल्डेड एस्फेरिक लेंस डिजाइन करते समय DFM तकनीकों को लागू करना लागत प्रभावी, अत्यधिक विनिर्माण योग्य डिजाइनों को जन्म दे सकता है। इन दिशानिर्देशों का पालन करना सुनिश्चित करता है कि ऑप्टिकल डिजाइन प्रक्रिया में PGM के लाभ पूरी तरह से महसूस किए जाते हैं।
शोध और व्यावहारिक अनुप्रयोग दर्शाते हैं कि उच्च गुणवत्ता वाले एस्फेरिक लेंसों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए सटीक ग्लास मोल्डिंग एक अत्यधिक प्रभावी विधि है। स्मिथ और जोन्स (2018)पीजीएम में डीएफएम सिद्धांतों का लाभ उठाने से ऑप्टिकल विनिर्माण की दक्षता और लागत प्रभावशीलता में काफी वृद्धि हो सकती है।
