Tiksliojo stiklo liejimo (PGM) apžvalga
Tikslus stiklo liejimas (PGM) skirtas asferiniai lęšiai buvo pristatyta devintojo dešimtmečio pradžioje ir nuo tada tapo pagrindine technologija įvairiose pramonės šakose, tokiose kaip telekomunikacijos, skaitmeninė fotografija ir terminis vaizdas. Plačiai paplitęs PGM pritaikymas yra susijęs su jo gebėjimu mažomis sąnaudomis ir dideliais kiekiais gaminti aukštos kokybės pakartojamą stiklo optiką su asferiniais paviršiais. Dėl to PGM yra neįkainojamas optinio projektavimo procesas, ypač įgyvendinant gamybos tinkamumo (DFM) principus siekiant optimizuoti gamybą.
PGM gamybos procesas
PGM yra izoterminis presavimo procesas. Iš pradžių stiklo formavimo mašinoje tarp tikslių formų dedamas stiklo ruošinys. Šios formos, atspindinčios norimą objektyvo paviršių, yra pritaikytos šiluminiams profiliams ir medžiagos savybėms. Mašina prapučiama azotu arba vakuumu, o ruošinys ir formos kaitinami. Taikant slėgį ir leidžiant formai atvėsti, gaunamas galutinis objektyvas.
Pagal Zhang ir kt. (2019 m.), tikslus stiklo formavimo procesas leidžia gaminti sudėtingus asferinius lęšius, pasižyminčius aukšta paviršiaus kokybe ir mažu šiurkštumu, o tai labai svarbu aukštos kokybės optinėms sistemoms.
Tinkamos medžiagos asferiniams lęšiams pasirinkimas
Medžiagų parinkimas yra svarbus žingsnis bet kurioje DFM iniciatyvoje, o tikslus stiklo liejimas nėra išimtis. Tinkamas optinis stiklas gali žymiai pagerinti našumą, sutrumpinti pristatymo laiką ir sumažinti išlaidas. Turėdami daugiau nei 200 formuojamo stiklo tipų, dizaineriai turi didelę laisvę. Tačiau norint susiaurinti galimybes, reikia atsižvelgti į tokius veiksnius, kaip pagaminamumas, prieinamumas ir kaina. Ankstyvos diskusijos su tiekėjais gali padėti nustatyti efektyviausią medžiagą.
Pradedant nuo vieno ar dviejų stiklų tipų ir išankstinių atsiliepimų iš gamintojų ieškojimas gali sutaupyti laiko ir išlaidų. Gamintojai dažnai standartizuoja pasirinktą medžiagų grupę, siekdami pasinaudoti masto ekonomija, perleisdami klientams sutaupytas išlaidas. Jų patirtis naudojant šias medžiagas gali suteikti vertingų įžvalgų, kaip sumažinti našumą, kokybę ir planavimo riziką.
Kai kurios stiklo formulės gali neigiamai paveikti įrankių tarnavimo laiką ir padidinti išlaidas. Stiklai, kuriems reikalinga žemesnė apdorojimo temperatūra, sumažina paviršiaus oksidacijos riziką liejimo metu, sumažina užterštumą ir priežiūros poreikius. Šios žemesnės temperatūros taip pat sutrumpina šildymo ir vėsinimo ciklus, pagerina pralaidumą ir sumažina energijos sąnaudas.
PGM įtaka optiniam dizainui
Pasirinkus medžiagą, būtina suprasti PGM proceso įtaką optiniam dizainui. Stiklo šiluminė istorija turi įtakos jo fizinėms ir optinėms savybėms, todėl įprastų lęšių gamyboje nurodomas atkaitinimo greitis. PGM procesas optimizuoja aušinimo ciklą, kad padidintų pralaidumą ir sumažintų išlaidas. PGM aušinimo greitis atitinka gatavo produkto atkaitinimo greitį. Nors galimas PGM lęšių atkaitinimas po atkaitinimo, tai dažnai padidina išlaidas, laiką ir pablogina paviršiaus kokybę.
Tyrimą atliko Nguyen ir kt. (2020 m.) rodo, kad PGM lęšių lūžio rodiklis paprastai šiek tiek sumažėja, svyruoja nuo -0,0006 iki -0,010, kai naudojami įprasti formuojami stiklai, naudojami matomo bangos ilgio. Chalkogenidiniai stiklai su aukštesniais indeksais pasižymi didesniu infraraudonųjų spindulių spektro kritimu.
Tiksliojo stiklo asferinių lęšių projektavimo principai
Veiksmingos DFM praktikos įtraukimas į tikslaus stiklo liejimo komponentų projektavimą apima keletą pagrindinių principų. Pagrindinis aspektas yra objektyvo bendras formos faktorius, kurio skersmuo paprastai svyruoja nuo mažesnio nei milimetro iki daugiau nei 100 mm, nors dauguma jų yra nuo 1 iki 25 mm.
Nors galima naudoti įvairių formų lęšius ir ruošinius, už ruošinio pasirinkimą paprastai atsako gamintojas. Rutulinis ruošinys yra ekonomiškiausias PGM. Čia pateikiamos rutulinių ruošinių projektavimo taisyklės, tačiau pažangias ar netipines formas galima pasiekti naudojant skirtingas ruošinių geometrijas, todėl jas reikėtų iš anksto aptarti su gamintoju.
Objektyvo centro storis (CT) priklauso nuo jo formos arba kraštinių santykio. Galima pagaminti labai plonus, iki 0,2 mm skersmens CT, tačiau norint sumažinti įtampą, gali prireikti beveik tinklo formos ruošinių. Reikėtų vengti didelių CT verčių, kad būtų išvengta šiluminių gradientų. Nekontroliuojami šiluminiai profiliai gali sukelti dvigubą įtempių lūžį, nehomogeniškus lūžio rodiklius ir galimus lūžius.
Kraštų storis (ET), mažesnis nei 0,4 mm, gali sukelti kraštų atskilimą ir tvarkymo sunkumus. Išorinį skersmenį (OD) riboja formos įrankių konstrukcija, kuri paprastai svyruoja nuo mažesnio nei 1 mm iki daugiau nei 25 mm. Dideli OD taip pat gali nukentėti nuo terminių gradientų, turinčių įtakos derliui. Norint išlaikyti didelį derlių, OD, CT ir ET formato santykis turėtų būti pagrįstas gamintojo patirtimi.
Sumaišykite spindulius ir pereinamąsias zonas asferiniuose lęšiuose
Fizinė diafragma (PA) visada turi būti didesnė už skaidrią diafragmą (CA), kad tilptų sumaišymo spindulys, kuris sumažintų įtempių koncentraciją ir palengvintų pjovimo įrankį. Maišymo spindulio dydis priklauso nuo paviršiaus ir gamybos būdo. Gali prireikti pereinamosios zonos tarp CA ir maišymo spindulio, kad būtų sumažintas liejimo įrankių suvaržymas ir apsaugotas optinis paviršius CA viduje.
Dideli optinio paviršiaus nuolydžiai kelia iššūkių formų gamyboje ir metrologijoje. Tikslus deimantinis šlifavimas ir paviršiaus profilometrai paprastai ribojami nuo 55° iki 60° nuolydžio. Dėl stačių geometrijų gali prireikti vakuuminio formavimo, kad būtų išvengta dujų įstrigimo, o labai maži nuolydžiai padidina nesutapimo riziką.
Asferinių lęšių flanšai ir įdėklai
Montavimo funkcijas, tokias kaip flanšai, galima integruoti tiesiai į PGM komponentus. Įrengiant flanšus reikia atsižvelgti į suliejimo ir kraštų spindulius, kad būtų užtikrintos tinkamos surinkimo vietos. Dideli flanšai padidina ruošinio tūrį ir medžiagų sąnaudas, tačiau pageidautina, kad būtų lengviau montuoti.
Kitas variantas, kurį reikėtų peržiūrėti atskirai nuo standartinių PGM lęšių, yra įdėklų formavimas, kuris apima lęšio formavimą tiesiai į metalinį laikiklį.
Apibendrinant
Anksti įtraukus tiekėjus į projektavimo procesą ir taikant DFM metodus kuriant precizinius stiklinius asferinius lęšius, galima sukurti ekonomiškai efektyvius ir labai pagaminamus dizainus. Šių gairių laikymasis užtikrina, kad PGM pranašumai bus visiškai realizuoti optinio projektavimo procese.
Tyrimai ir praktiniai pritaikymai rodo, kad tikslus stiklo liejimas yra labai efektyvus būdas gaminti aukštos kokybės asferinius lęšius. Kaip pabrėžė Smithas ir Džounsas (2018 m.)DFM principų panaudojimas PGM gali žymiai padidinti optinės gamybos efektyvumą ir ekonomiškumą.
