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Análise da tecnologia de moldagem de lentes ópticas de vidro

A tecnologia de moldagem de lentes de vidro óptico é um processo de fabricação de componentes ópticos de alta precisão.Envolve colocar vidro suavizado num molde de alta precisão e moldá-lo diretamente numa peça óptica que atenda aos requisitos de uso em uma única etapa sob condições de aquecimentoDesde o seu desenvolvimento bem-sucedido em meados dos anos 80, o sistema de pressão de carbono tem vindo a ser amplamente utilizado em todo o mundo.Esta tecnologia tem uma história de mais de uma década e tornou-se um dos métodos de fabricação de componentes ópticos mais avançados internacionalmenteEntrou na fase de produção prática em muitos países.A ampla adopção e aplicação desta tecnologia representam uma revolução significativa no processamento de componentes de vidro óptico na indústria óptica.Uma vez que esta tecnologia permite a moldagem direta de componentes ópticos asféricos de precisão, inaugurou uma era em que os instrumentos ópticos podem utilizar amplamente elementos ópticos de vidro asférico.Consequentemente,O projecto de um sistema óptico de instrumentos optoelectrónicos, que não só reduziu o tamanho e o peso dos instrumentos ópticos, como também reduziu os materiais salvos,diminuiu a carga de trabalho para revestimento e montagem de componentes ópticos, e reduziu os custos, mas também melhorou o desempenho dos instrumentos ópticos e melhorou a qualidade da imagem óptica.

A fabricação de componentes ópticos utilizando o método de moldagem de vidro oferece as seguintes vantagens:

1. 1Elimina a necessidade de processos tradicionais como moagem áspera, moagem fina, polir, bordar e centrar, mas atinge alta precisão dimensional, precisão da figura da superfície,e rugosidade da superfície.

2. 2.A poupança de uma quantidade significativa de equipamento de produção, ferramentas/materiais auxiliares, espaço de fábrica e trabalhadores qualificados, permitindo uma elevada produtividade mesmo numa pequena oficina.

3. 3Facilitar a produção em massa económica de componentes ópticos asféricos de precisão.

4. 4Assegura a precisão dimensional e a repetibilidade das peças ópticas moldadas, controlando com precisão parâmetros do processo, como temperatura e pressão durante a moldagem.

5. 5Permite moldar pequenos conjuntos de lentes asféricas.

6. 6.Permite que os componentes ópticos e os elementos de referência de montagem sejam formados como uma única peça integrada.

Atualmente, os componentes ópticos asféricos moldados produzidos em série têm diâmetros que variam de 2 a 50 mm com uma tolerância de ±0,01 mm; espessuras de 0,4 a 25 mm com uma tolerância de ±0,01 mm;Radios de curvatura até 5 mmA precisão da figura da superfície é de 1,5λ; a rugosidade da superfície é conforme com a norma militar dos EUA 80-50; o índice de refração pode ser controlado até ± 5×10−4; a homogeneidade do índice de refração pode ser controlada até < 5×10−6;e a birefringença inferior a 00,01λ/cm.

Entre as empresas e fabricantes de renome mundial que dominaram esta tecnologia avançada de fabricação de componentes ópticos de vidro estão a Kodak e a Corning (EUA); Ohara, Hoya, Olympus,e Panasonic (Japão)• Zeiss (Alemanha) e Philips (Países Baixos).

A tecnologia de moldagem de componentes ópticos de vidro é uma disciplina abrangente que requer a concepção de máquinas de moldagem especializadas, o uso de moldes de alta qualidade,e a selecção dos parâmetros de processo adequadosO método de moldagem, o tipo de vidro e os espaços em branco, o material do molde e a fabricação são tecnologias-chave na moldagem de vidro.

1Métodos de moldagem

A principal razão pela qual o vidro pode ser moldado com precisão decorre do desenvolvimento de materiais de molde que não aderem ao vidro suavizado.

O método original de moldagem de lentes de vidro envolvia o derramamento de pedaços de vidro óptico fundido em moldes mantidos a uma temperatura cerca de 50 °C acima da temperatura de transição do vidro (Tg) para prensagem.Este método era propenso a vidro aderindo às superfícies do molde, e os produtos sofriam frequentemente de bolhas e marcas de molde a frio (rugas), dificultando a obtenção da forma desejada e da precisão da figura da superfície.Um método surgiu utilizando moldes obtidos com máquinas de precisão feitas de materiais especiaisO vidro e o molde são aquecidos juntos em uma atmosfera livre de oxigênio até perto do ponto de amolecimento do vidro.Mantendo esta pressão, o molde é resfriado abaixo da temperatura de transição do vidro (Tg) (Viscosidade do vidro no ponto de amolecimento ≈ 107,6 Poise; viscosidade no ponto de transição ≈ 1013,4 Poise).Este método de prensagem isotérmica de vidro e molde é chamado de prensagem isotérmica, que alcança relativamente facilmente uma alta precisão, replicando com precisão a forma da superfície do molde.A desvantagem deste método para a fabricação de componentes ópticos de vidro é o longo tempo necessário para aquecimento e resfriamentoPara resolver este problema, foram feitas melhorias eficazes, tais como o uso de vários moldes numa única prensa para aumentar a eficiência.O alto custo dos moldes asféricos torna a utilização de moldes múltiplos proibitivamente caroPara resolver este problema, a investigação concentrou-se no desenvolvimento de métodos de prensagem não isotérmica mais próximos das condições originais de moldagem em branco.que visa aumentar a velocidade de produção por molde e prolongar a vida útil do moldeAlém disso, estão em curso pesquisas sobre métodos de moldagem direta de vidro de precisão que flui de um forno de fusão.

2Tipos de vidro e em branco

O vidro em branco está diretamente relacionado com a qualidade do produto moldado.Vidros com pontos de amolecimento elevados exigem altas temperaturas de moldagem, o que pode causar ligeiras reacções com o molde, reduzindo drasticamente a vida útil do molde.precisam ser desenvolvidos vidros adequados para moldagem a temperaturas mais baixas (cerca de 600°C)Estes vidros de moldagem a baixa temperatura devem também satisfazer os requisitos de produção de vidro em branco de baixo custo e estar livres de substâncias perigosas para o ambiente (por exemplo, PbO, As2O3).Os espaços em branco utilizados para moldagem têm requisitos específicos:

1 A superfície em branco deve ser extremamente lisa e limpa antes da prensagem;

2 Deve ter uma forma geométrica adequada;

3 Deve ter o volume exigido. Os espaços em branco são tipicamente esféricos, em forma de disco ou em forma de lente esférica, produzidos por moagem a frio ou prensagem a quente.

3Materiais de moldagem e usinagem

Os materiais de molde devem possuir as seguintes características:

1 Superfície livre de defeitos, capaz de ser polida em uma superfície óptica lisa e sem poros;

2 Alta resistência à oxidação a altas temperaturas, mantendo a integridade estrutural, a qualidade da superfície estável, a precisão da figura da superfície e o acabamento; 3 Não reativo com vidro, sem adesão,boas propriedades de libertação;

4 Alta dureza e resistência a temperaturas elevadas.

Existem inúmeras patentes para o desenvolvimento de materiais de molde. Materiais representativos incluem: substratos de liga superdura revestidos com ligas de metais preciosos e filmes de nitreto de titânio (TiN);Substratos de carburo de silício (SiC) ou de liga superdura revestidos com carbono duro, carbono semelhante a diamante (DLC) ou outros filmes à base de carbono; e novas cerâmicas à base de Cr2O-ZrO2-TiO2.

Materiais paraLentes de vidroOs moldes de moldagem são geralmente duros e frágeis. Para transformar estes materiais em moldes, são necessárias máquinas CNC de alta rigidez e ultra-precisão com resolução inferior a 0,01 μm,com rodas de moagem de diamantesA rectificação atinge a precisão de forma desejada, mas o polir fino subsequente é necessário para obter um acabamento óptico da superfície.As técnicas de medição e avaliação da superfície asférica são cruciaisA transformação de moldes para microlentes exige exigências ainda mais rigorosas, exigindo uma maior precisão e minimizando as marcas de moagem.

4Aplicações da tecnologia de moldagem de vidro

Atualmente,Lentes de vidro ópticoA tecnologia de moldagem é utilizada para a produção em massa de materiais esféricos de precisão elentes asféricasAlém de produzir rotineiramente lentes de diâmetro de cerca de 15 mm, também pode produzir lentes de grande diâmetro de até 50 mm, matrizes de micro-lentes, etc.As matrizes de micro-lentes com diâmetros de lentes individuais tão pequenos como 100μm são agora possíveis.

1. 1Fabricação de componentes ópticos esféricos e asféricos para instrumentos ópticos militares e civis, tais como várias lentes, prismas e filtros.

2. 2- Fabricação de lentes asféricas para acopladores de fibra óptica utilizados na comunicação óptica.

3. 3.Fabricação de lentes de condensação asféricas paraDiscos ópticosUma única lente asférica moldada pode substituir três lentes esféricas dentro da cabeça óptica de um leitor de discos ópticos.Eles não só controlam e corrigem as aberrações axiais em grandes aberturas numéricas (NA), mas também reduzem o peso da cabeça óptica original e reduzem os custos em 30-50%.

4. 4- Fabricação de lentes asféricas para visores de câmaras, projetores de cinema elentes de câmara.