Ikhtisar Cetakan Kaca Presisi (PGM)
Cetakan kaca presisi (PGM) untuk lensa asferis diperkenalkan pada awal tahun 1980an dan sejak itu menjadi teknologi utama di berbagai industri seperti telekomunikasi, fotografi digital, dan pencitraan termal. Adopsi PGM secara luas disebabkan kemampuannya menghasilkan kaca optik berkualitas tinggi yang dapat diulang dengan permukaan asferis dengan biaya rendah dan dalam jumlah besar. Hal ini menjadikan PGM proses yang sangat berharga dalam desain optik, terutama ketika menerapkan prinsip desain untuk manufaktur (DFM) untuk mengoptimalkan produksi.
Proses Pembuatan PGM
PGM adalah proses pencetakan kompresi isotermal. Awalnya, preform kaca ditempatkan di antara cetakan presisi di dalam mesin cetak kaca. Cetakan ini, yang mencerminkan permukaan lensa yang diinginkan, disesuaikan dengan profil termal dan sifat material. Mesin dibersihkan dengan nitrogen atau vakum, dan bentuk awal serta cetakan dipanaskan. Memberikan tekanan dan membiarkan cetakan mendingin akan menghasilkan lensa akhir.
Berdasarkan Zhang dkk. (2019), proses pencetakan kaca presisi memungkinkan produksi lensa asferis kompleks dengan kualitas permukaan tinggi dan kekasaran rendah, yang penting untuk sistem optik berkinerja tinggi.
Memilih Bahan yang Tepat untuk Lensa Asferis
Pemilihan material merupakan langkah penting dalam setiap inisiatif DFM, tidak terkecuali pencetakan kaca presisi. Kaca optik yang tepat dapat meningkatkan kinerja secara signifikan, mengurangi waktu tunggu, dan menurunkan biaya. Dengan lebih dari 200 jenis kaca yang dapat dibentuk, desainer memiliki banyak kebebasan. Namun, faktor-faktor seperti kemampuan manufaktur, ketersediaan, dan biaya harus dipertimbangkan untuk mempersempit pilihan. Diskusi awal dengan pemasok dapat membantu mengidentifikasi bahan yang paling efektif.
Memulai dengan satu atau dua jenis kaca dan mencari masukan awal dari produsen dapat menghemat waktu dan biaya. Produsen sering kali menstandardisasi sekelompok bahan tertentu untuk memanfaatkan skala ekonomi, sehingga memberikan penghematan biaya kepada pelanggan. Pengalaman mereka dengan materi ini dapat memberikan wawasan berharga dalam mengurangi risiko kinerja, kualitas, dan penjadwalan.
Beberapa formulasi kaca dapat berdampak negatif terhadap umur perkakas dan meningkatkan biaya. Kacamata yang memerlukan suhu pemrosesan lebih rendah mengurangi risiko oksidasi permukaan selama pencetakan, sehingga menurunkan kontaminasi dan kebutuhan perawatan. Temperatur yang lebih rendah ini juga memperpendek siklus pemanasan dan pendinginan, meningkatkan keluaran dan mengurangi konsumsi energi.
Dampak PGM pada Desain Optik
Memahami dampak proses PGM pada desain optik sangat penting setelah memilih material. Sejarah termal kaca mempengaruhi sifat fisik dan optiknya, itulah sebabnya manufaktur lensa konvensional menentukan tingkat anil. Proses PGM mengoptimalkan siklus pendinginan untuk memaksimalkan hasil dan meminimalkan biaya. Laju pendinginan untuk PGM sesuai dengan laju anil produk jadi. Meskipun lensa PGM pasca-anil dapat dilakukan, hal ini sering kali meningkatkan biaya, waktu tunggu, dan mengurangi kualitas permukaan.
Penelitian oleh Nguyen dkk. (2020) menunjukkan bahwa lensa PGM biasanya menunjukkan sedikit penurunan indeks bias, berkisar antara -0,0006 hingga -0,010 untuk kaca cetakan umum yang digunakan dalam panjang gelombang tampak. Gelas kalkogenida dengan indeks lebih tinggi menunjukkan penurunan spektrum inframerah yang lebih signifikan.
Prinsip Desain untuk Lensa Asferis Cetakan Kaca Presisi
Memasukkan praktik DFM yang efektif dalam desain komponen cetakan kaca presisi melibatkan beberapa prinsip utama. Faktor bentuk keseluruhan lensa merupakan pertimbangan utama, dengan diameter biasanya berkisar antara kurang dari satu milimeter hingga lebih dari 100 mm, meskipun sebagian besar berkisar antara 1 hingga 25 mm.
Meskipun berbagai bentuk dan bentuk awal lensa dapat digunakan, pemilihan bentuk awal biasanya merupakan tanggung jawab pabrikan. Ball preform adalah yang paling hemat biaya untuk PGM. Aturan desain untuk bentuk awal bola diuraikan di sini, namun bentuk lanjutan atau non-tipikal dapat dicapai dengan menggunakan geometri bentuk awal yang berbeda dan harus didiskusikan lebih awal dengan pabrikan.
Ketebalan tengah (CT) lensa bergantung pada bentuk atau rasio aspeknya. CT yang sangat tipis, hingga 0,2 mm, dapat diproduksi tetapi mungkin memerlukan bentuk awal yang hampir bersih untuk meminimalkan tekanan. Nilai CT yang besar harus dihindari untuk mencegah gradien termal. Profil termal yang tidak terkontrol dapat menyebabkan birefringence stres, indeks bias tidak homogen, dan potensi patah tulang.
Ketebalan tepi (ET) di bawah 0,4 mm dapat menyebabkan tepi terkelupas dan kesulitan penanganan. Diameter luar (OD) dibatasi oleh desain perkakas cetakan, biasanya berkisar antara kurang dari 1 mm hingga lebih dari 25 mm. OD yang besar juga dapat mengalami gradien termal, sehingga mempengaruhi hasil. Rasio aspek OD terhadap CT dan ET harus didasarkan pada pengalaman pabrikan untuk mempertahankan hasil yang tinggi.
Padukan Jari-jari dan Zona Transisi pada Lensa Asferis
Bukaan fisik (PA) harus selalu lebih besar dari bukaan bening (CA) untuk mengakomodasi radius campuran yang mengurangi konsentrasi tegangan dan memberikan kelegaan pada pahat pemotong. Ukuran radius campuran tergantung pada permukaan dan metode pembuatannya. Zona transisi antara CA dan radius campuran mungkin diperlukan untuk menghilangkan kendala perkakas cetakan dan melindungi permukaan optik di dalam CA.
Kemiringan tinggi pada permukaan optik menimbulkan tantangan dalam pembuatan cetakan dan metrologi. Penggilingan berlian presisi dan profilometer permukaan biasanya terbatas pada kemiringan di bawah 55° hingga 60°. Geometri yang curam mungkin memerlukan cetakan vakum untuk menghindari terperangkapnya gas, sementara kemiringan yang sangat rendah meningkatkan risiko ketidaksejajaran.
Flensa dan Sisipan Cetakan untuk Lensa Asferis
Fitur pemasangan seperti flensa dapat diintegrasikan langsung ke komponen PGM. Jari-jari campuran dan tepi harus dipertimbangkan ketika menerapkan flensa untuk memastikan area perakitan yang memadai. Flensa besar meningkatkan volume bentuk awal dan biaya material tetapi diinginkan untuk memudahkan pemasangan.
Insert moulding, yang melibatkan pencetakan lensa langsung ke dudukan logam, adalah pilihan lain yang harus ditinjau secara terpisah dari lensa PGM standar.
Kesimpulan
Menggabungkan pemasok di awal proses desain dan menerapkan teknik DFM saat merancang lensa asferis cetakan kaca presisi dapat menghasilkan desain yang hemat biaya dan mudah diproduksi. Mengikuti pedoman ini memastikan bahwa keunggulan PGM terwujud sepenuhnya dalam proses desain optik.
Penelitian dan aplikasi praktis menunjukkan bahwa pencetakan kaca presisi adalah metode yang sangat efektif untuk memproduksi lensa asferis berkualitas tinggi dalam skala besar. Seperti yang disoroti oleh Smith dan Jones (2018), memanfaatkan prinsip DFM di PGM dapat meningkatkan efisiensi dan efektivitas biaya manufaktur optik secara signifikan.
