แม่พิมพ์ฉีดเลนส์ออปติคัล

ด้วยเทคโนโลยีการถ่ายภาพที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว ผู้คนสามารถบันทึกสิ่งที่เกิดขึ้น ทิวทัศน์ และผู้คนรอบตัวพวกเขาในกล้องหรือโทรศัพท์มือถือได้ทุกที่ทุกเวลา ส่วนประกอบหลักของผลิตภัณฑ์ไฮเทคเหล่านี้คือส่วนประกอบออปติกที่มีความแม่นยำสูง ในอดีต เลนส์สายตาประเภทนี้ใช้กระจกเป็นวัสดุหลัก แต่กระจกย่อมมีข้อด้อย เช่น คุณภาพสูง เปราะบาง และราคาสูง อุตสาหกรรมและอุตสาหกรรมสารสนเทศ กุญแจสำคัญในการผลิตจำนวนมากคือการฉีดขึ้นรูป

อย่างที่เราทราบกันดีว่า การฉีดขึ้นรูปถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนพลาสติกจำนวนมาก แต่เทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปแบบดั้งเดิมนั้นยากที่จะได้ความแม่นยำของชิ้นส่วนออปติก เพื่อให้บรรลุความคลาดเคลื่อนเชิงขนาดและคุณภาพพื้นผิวที่ต้องการ ห่วงโซ่กระบวนการทั้งหมดต้องได้รับการปรับให้เหมาะสม หลังจากหลายปีของการวิจัย ส่วนประกอบออพติคอลที่มีความแม่นยำพร้อมฟังก์ชันมากขึ้นและราคาที่เหมาะสม สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปที่มีความแม่นยำ เพื่อตอบสนองความต้องการของตลาด

จากการศึกษากระบวนการฉีดขึ้นรูปพบว่าการฉีดขึ้นรูปที่มีความแม่นยำมีความแตกต่างที่ชัดเจน 6 ประการเมื่อเทียบกับการฉีดขึ้นรูปแบบดั้งเดิม

1. การออกแบบโครงสร้างผลิตภัณฑ์

เพื่อให้ได้คุณภาพพื้นผิวที่ดีที่สุดและความคลาดเคลื่อนของมิติที่น้อยที่สุด การออกแบบโครงสร้างผลิตภัณฑ์จึงมีความสำคัญมาก การออกแบบผลิตภัณฑ์ยังระบุความคลาดเคลื่อนเชิงมิติของชิ้นส่วนพลาสติกด้วย จากประสบการณ์บางส่วน หลักการออกแบบทั่วไปมีดังนี้: หลีกเลี่ยงความหนาของผนังเฉพาะที่ของชิ้นส่วนพลาสติก ส่งผลให้เกิดการหดตัวของโพรง ควบคุมขนาดของความหนาของผนังขั้นต่ำ (กำหนดโดยวัสดุ) ไม่ควรมีรู ช่อง ฯลฯ สร้างแนวเชื่อม ความหนาของผนังไม่ควรเปลี่ยนแปลงมากเกินไป เลือกการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่น รักษาความหนาของผนังของชิ้นส่วนพลาสติกให้สม่ำเสมอ

เนื่องจากพลาสติกมีความเสถียรน้อยกว่าแก้ว ความแม่นยำของดัชนีหักเหของเลนส์พลาสติกจึงต่ำกว่าเลนส์แก้ว โดยทั่วไปแล้ว ภายใต้สภาวะแวดล้อมมาตรฐาน ช่วงของการเปลี่ยนแปลงของดัชนีการหักเหของแสงของเลนส์พลาสติกจะมากกว่า 1 เปอร์เซ็นต์ และการเปลี่ยนแปลงของดัชนีการหักเหของแสงจะทำให้ความยาวโฟกัสของเลนส์เปลี่ยนแปลง จากการทดลองทางกายภาพสามารถทราบได้ว่าความยาวโฟกัสของเลนส์ทรงกลมทั่วไปถูกกำหนดโดยดัชนีการหักเหของแสง n ความหนาของเลนส์ T และรัศมีทรงกลม R และพารามิเตอร์ทั้งสามนี้มีผลต่างกันต่อความยาวโฟกัส ซึ่งดัชนีการหักเหของแสง n มีอิทธิพลมากที่สุด เพื่อลดการเปลี่ยนแปลงของดัชนีการหักเหของแสง จะต้องทำเครื่องหมายค่าความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตและความแม่นยำในการประมวลผลของเลนส์อย่างเคร่งครัดในระหว่างการออกแบบ

2. การออกแบบเครื่องมือ

การออกแบบเครื่องมือมีความสำคัญพอๆ กับการออกแบบผลิตภัณฑ์ และผลการตัดจะสะท้อนโดยตรงกับพื้นผิวของชิ้นส่วนพลาสติก เมื่อความเที่ยงตรงของชิ้นส่วนพลาสติกถึงระดับไมครอน (μm) ค่าเผื่อมิติของเครื่องมือจะต้องต่ำกว่า 1 μm แม้ว่านี่จะไม่ใช่งานง่ายสำหรับการออกแบบเครื่องมือ แต่ก็มีหน่วยเครื่องมือมากมายให้เลือก เป็นที่น่าสังเกตว่ามีดที่มีมิติคงที่นั้นต้องการวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงซึ่งสามารถรองรับการอบชุบด้วยความร้อนได้หลากหลาย ซึ่งมักจะมองข้ามความสำคัญไป การทดลองได้พิสูจน์ว่าหากกระบวนการเปลี่ยนรูปของโครงสร้างทางโลหะวิทยาของเหล็กชุบแข็งจากออสเทนไนต์เป็นมาร์เทนไซต์ไม่เสร็จสมบูรณ์ โครงสร้างจุลภาคของวัสดุจะเปลี่ยนไป ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดมหภาค แม้ว่าจะไม่มีโหลดก็ตาม จะมีการเสียรูป 0.01 ถึง 0.001 มม.

3. อุปกรณ์ฉีดขึ้นรูป

อุปกรณ์ฉีดขึ้นรูปเป็นส่วนสำคัญของห่วงโซ่กระบวนการทั้งหมด อุปกรณ์ฉีดขึ้นรูปจะละลาย ทำให้พลาสติกเป็นโพลิเมอร์ ฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ และหมุนเวียนอย่างต่อเนื่อง ต้องมีการควบคุมอย่างแม่นยำในทุกพารามิเตอร์ของกระบวนการ เช่น อุณหภูมิการฉีด ปริมาณการฉีด อัตราการฉีด ความดันในโพรง ฯลฯ ความแม่นยำของอุปกรณ์ฉีดขึ้นรูปจะกำหนดความแม่นยำในการขึ้นรูปของชิ้นส่วนพลาสติก

อุปกรณ์ฉีดขึ้นรูปที่มีความแม่นยำเป็นแบบวงปิด และการทำงานถูกควบคุมโดยพารามิเตอร์เหล่านั้นอย่างสมบูรณ์ ในระหว่างการฉีดขึ้นรูป การดำเนินการเชิงกลทุกอย่างต้องแม่นยำ (เช่น ความขนานของแผ่นยึดแม่พิมพ์สองแผ่นเมื่อเคลื่อนที่) และชิ้นส่วนทั้งหมดบนอุปกรณ์ต้องการความมั่นคงในระดับสูง เนื่องจากหน่วยขับเคลื่อนของอุปกรณ์การขึ้นรูปขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า จึงมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในด้านความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำ และเหมาะสำหรับการฉีดขึ้นรูปที่มีความแม่นยำ

4. ความสามารถในการประมวลผลของการประชุมเชิงปฏิบัติการแม่พิมพ์

นอกเหนือจากองค์ประกอบการออกแบบแล้ว การตัดเฉือนที่แม่นยำยังเป็นส่วนสำคัญของการฉีดขึ้นรูปอีกด้วย การประมวลผลแม่พิมพ์ต้องผ่านการตัดเฉือนที่แม่นยำและกระบวนการประกอบที่เข้ากันพอดี หากส่วนนี้ของค่าเผื่อมิติไม่ได้รับการควบคุมอย่างดี จะเป็นเรื่องยากที่จะซ่อมแซมค่าเผื่อมิติของชิ้นส่วนพลาสติกในกระบวนการฉีดขึ้นรูปในภายหลัง หรือช่วงของพารามิเตอร์การฉีดขึ้นรูปที่ปรับได้จะแคบลง ด้วยการพัฒนาของการตัดความเร็วสูง จึงสามารถคาดการณ์ได้ว่าการกัดแบบหลายแกนความเร็วสูงที่มีความแม่นยำจะค่อยๆ เข้ามาแทนที่ EDM (การตัดเฉือนแบบปล่อยออก)

เพื่อให้เม็ดมีดตรงตามข้อกำหนดด้านคุณภาพ เพชรผลึกเดี่ยวสามารถใช้เป็นเม็ดของเครื่องมือกลสำหรับการกลึงได้ ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดของการกลึงเพชรคือไม่สามารถตัดโลหะที่เป็นเหล็กได้โดยตรง เช่น เหล็ก เนื่องจากเหล็กจะทำให้เพชรสึกหรอค่อนข้างเร็ว ในปัจจุบัน องค์กรบางแห่งได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน เพื่อให้บรรลุผลของการกลึงเพชรผลึกเดี่ยวโดยการปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดของเหล็กกล้าเครื่องมือโลหะผสม ผลลัพธ์ในช่วงต้นดูมีความหวังมาก แน่นอนว่าเราต้องให้ความสนใจกับเครื่องมือกลึงหรือกัดด้วยเช่นกัน เนื่องจากคมตัดของเครื่องมือกลึงซีเมนต์คาร์ไบด์จะเสื่อมสภาพหลังจากการกลึงด้วยความเร็วสูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้เครื่องลับคมที่มีความแม่นยำเพื่อลับคมอีกครั้ง ปลายคมตัด เราให้ความสำคัญกับระนาบการตัดและคมตัดของเครื่องมือเหล่านี้ แม้แต่ข้อบกพร่องที่เล็กที่สุดบนคมตัดก็จะสะท้อนให้เห็นในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูป

5. กระบวนการฉีดขึ้นรูป

กระบวนการฉีดขึ้นรูปสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท: การฉีดขึ้นรูปแบบดั้งเดิมและการฉีดขึ้นรูปด้วยแรงอัด ในการฉีดขึ้นรูปแบบดั้งเดิม ความเครียดภายในจะถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการเย็นตัวของพลาสติก ซึ่งจะเปลี่ยนประสิทธิภาพของชิ้นส่วนพลาสติกและทำให้เกิดโพลาไรซ์ของเลนส์ เพื่อเอาชนะความเครียดภายในที่อาจเกิดขึ้น วิธีการรักษาวิธีหนึ่งคือการหลอมชิ้นส่วนพลาสติก แต่วิธีนี้จะทำให้ชิ้นส่วนพลาสติกเสียรูป ซึ่งไม่เหมาะ สามารถใช้การฉีดขึ้นรูปอัดขึ้นรูปได้แล้ว การฉีดขึ้นรูปมักใช้เพื่อขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ที่มีโครงสร้างละเอียด เช่น เลนส์พลาสติกที่มีฟังก์ชันการเลี้ยวเบน มันแตกต่างจากกระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบดั้งเดิมอย่างชัดเจนหลายประการ ขอบเขตของพารามิเตอร์กระบวนการขึ้นรูปสรุปได้ดังนี้:

แรงดันฉีด (แรงดันค้าง): มากกว่า 100MPa (ขึ้นอยู่กับชิ้นส่วนหรือวัสดุพลาสติก); อัตราการฉีด: ขึ้นอยู่กับแม่พิมพ์ ชิ้นส่วนพลาสติก และวัสดุ; อุณหภูมิที่ทำให้เป็นพลาสติก: 200-320 องศา ; อุณหภูมิแม่พิมพ์: 100-150 องศา ; รอบการขึ้นรูป: มากกว่า 0.5 นาที

เนื่องจากการฉีดขึ้นรูปที่มีความแม่นยำเป็นวิธีการฉีดขึ้นรูปรูปแบบใหม่ จึงไม่มีประสบการณ์ในการเรียนรู้จากพารามิเตอร์การขึ้นรูป เพื่อให้ได้พารามิเตอร์การขึ้นรูปที่เหมาะสม สามารถใช้วิธีต่อไปนี้เพื่อลองได้ ขั้นแรก ออกแบบและผลิตชุดแม่พิมพ์ฉีด (โดยไม่คำนึงถึงอัตราการหดตัว) และในขั้นตอนที่สอง ให้เลือกพารามิเตอร์การฉีดขึ้นรูปค่าใดค่าหนึ่ง แบ่งเป็นค่าต่างๆ และดำเนินการเพิ่มประสิทธิภาพการฉีดขึ้นรูปทีละค่า จากนั้นตรวจหาขนาดของชิ้นส่วนพลาสติกที่ขึ้นรูป แล้วแก้ไขรูปร่างและขนาดของแม่พิมพ์ฉีดตามชิ้นส่วนพลาสติก พารามิเตอร์กระบวนการที่ได้จากวิธีนี้มักมีความเสถียรและความแม่นยำสูง แน่นอน อุปกรณ์การวัดที่ซับซ้อน (เครื่องวัดพิกัด) ร้านแม่พิมพ์ขั้นสูง (ศูนย์กัดแบบหลายแกน) และความสามารถทางคณิตศาสตร์ของส่วนการออกแบบ (การวิเคราะห์แบบจำลอง) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการนำโซลูชันนี้ไปใช้

6. ความสามารถของช่าง

เพื่อให้ได้ความคลาดเคลื่อนของมิติที่เข้มงวดสำหรับชิ้นส่วนพลาสติก การฉีดขึ้นรูปที่มีความแม่นยำต้องได้รับการพิจารณาตั้งแต่ต้น พิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น การออกแบบเชิงแสง การออกแบบโครงสร้างผลิตภัณฑ์ พารามิเตอร์กระบวนการขึ้นรูป และอุปกรณ์การขึ้นรูป และพิจารณาปัจจัยที่มีปฏิสัมพันธ์เหล่านี้โดยรวม และไม่มีใครละเลยได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องจ้างวิศวกรออกแบบที่มีประสบการณ์และใช้เทคโนโลยีขั้นสูง ซึ่งสามารถทำงานต่างๆ ให้สำเร็จได้ เช่น การออกแบบเชิงแสง การออกแบบโครงสร้างผลิตภัณฑ์ การออกแบบเครื่องมือ การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด และการวิเคราะห์การไหลของแม่พิมพ์ ในทางกลับกัน แม้ว่าการดำเนินการส่วนใหญ่ในกระบวนการฉีดขึ้นรูปจะสามารถควบคุมได้ด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อให้เกิดการผลิตแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ แต่ก็ยังต้องการบุคลากรที่มีการศึกษาสูงและเทคโนโลยีขั้นสูงบางส่วนในเวิร์กช็อป เนื่องจากการควบคุมกระบวนการฉีดขึ้นรูปที่มีความแม่นยำเป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่สุดในด้านการฉีดขึ้นรูป คุณลักษณะทั่วไปของมันคือเครื่องฉีดขึ้นรูปมีส่วนต่อประสานการควบคุมขั้นสูง ซึ่งจำเป็นต้องมีคนคอยตรวจสอบและปรับพารามิเตอร์กระบวนการหลักอย่างต่อเนื่องทันเวลา ดังนั้นปัจจัยมนุษย์จึงมีความสำคัญมาก

ด้วยการฉีดขึ้นรูปที่มีความแม่นยำ ทำให้สามารถผลิตเลนส์โพลิเมอร์ได้ในปริมาณมากและมีความแม่นยำสูง แน่นอนว่านี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น การฉีดขึ้นรูปแบบแม่นยำยังคงไม่สมบูรณ์แบบในบางแง่มุม เช่น การวิจัยและพัฒนาวัสดุพอลิเมอร์ การออกแบบอุปกรณ์ฉีดขึ้นรูป การตรวจจับสถานะของแม่พิมพ์ การวัดความแม่นยำของชิ้นส่วนพลาสติก และการประยุกต์ใช้ซอฟต์แวร์วิเคราะห์การจำลองการขึ้นรูป การวิจัยเหล่านี้จะช่วยให้ผู้คนมีเลนส์สายตาพลาสติกที่ดีกว่า