Caso di studio - Optics - PAL Progressive Addition Lens

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Caso di studio - Optics - PAL Progressive Addition Lens

L’utilizzo di Lenti Progressive (PAL – Progessive Addition Lens) è stato ampiamente accettato per la compensazione della presbiopia (cioè il calo di capacità di lettura e visive che compare con il passare degli anni), e sono in genere realizzati con processo di fusione .

Tuttavia, il costo di produzione per i metodi tradizionali (colata di polimeri) è elevata a causa di tassi di produzione limitata. Pertanto, in questa ricerca , l'obiettivo è quello di sviluppare un processo di combinazione tornitura al diamante in ultra-precisione e stampaggio micro-iniezione per creare un basso costo del processo produttivo
Le difficoltà provengono da:
•    deformazione della parte e la distribuzione dell'indice di rifrazione irregolare che cambia la propagazione della luce attraverso le lenti e in direzione dell’occhio.
•    Presenza di difetti (bolle o tensioni) sul PAL vetro - polimero ibrido e la presenza di “crepe” nella superficie del prodotto;
Il Precision Engineering Research Lab (OHIO University) ha implementato la tecnologia di simulazione dello stampaggio ad iniezione da Moldex3D, e il controllo del processo di realizzazione conseguente.

Tale progetto è in grado di:
•    Ottimizzare i parametri di processo di stampaggio ad iniezione per ottenere una migliore qualità e compensare le aberrazioni ottiche;
•    Ottimizzare la progettazione parte e parametri di processo del rivestimento in materia plastica;
Moldex3D Optics aiuta quindi a determinare correttamente la pressione di impaccamento per evitare problemi di deformazione.

L’esperienza

Per affrontare le sfide di progettazione e realizzazione di cui sopra, il Precision Engineering Research Lab di OSU ha sviluppato un metodo per determinare le aberrazioni ottiche dei PAL stampati ad iniezione utilizzando Moldex3D Optics.

Questo metodo comporta la ricostruzione del modello (fronte d'onda) gestendo l’indice di distribuzione e controllando l’irregolarità della superficie, prevedendo al meglio e controllando la deformazione (rifrazione) usando un metodo degli elementi finiti.
Oltre alla modellazione numerica, un sistema di misura basato su un sensore di fronte d'onda (il modello numerico Hartmann-Shack è stato utilizzato per verificare i risultati di modellazione).
Inoltre, il modello di flusso del polimero fuso può anche essere utilizzato da Moldex3D per prevedere e controllare la copertura con strato di plastica sottile del vetro della lente (polimero ibrido)
Le PALs sono state realizzate mediante stampaggio micro-iniezione in condizioni di processo ben controllate.

Per valutare le prestazioni ottiche di queste PALs, si è utilizzato un sistema di sensori di fronti d'onda Hartmann - Shack, e i dati misurati sono stati “cuciti” insieme per mappare la superficie ottica dell’intera lente (analisi numerica di alto livello).
Oltre alle misurazioni utilizzando una configurazione “ottica”, è stata anche eseguita la modellazione numerica del rendimento ottico delle lenti stampate.
La variazione dell'indice di distribuzione e deformazione geometrica come risultato dell’analisi ottenuto da Moldex3D Optics Module sono stati esportati per calcolare le aberrazioni ottiche dei PAL stampati ad iniezione.
Il risultato di laboratorio (aberrazioni ottiche) è stato confrontato con il report di Moldex3D SOLID Optics.
Poiché dato numerico dall’analisi e simulazione con Moldex3D e dato di laboratorio collimano, la simulazione può positivamente essere utilizzata in fase di predizione (aberrazioni ottiche di PALs nello stampaggio ad iniezione).
Inoltre, il modello di flusso di polimero fuso (fase 1 1) è stato utilizzato anche nella fase 2 per visualizzare rivestimento di plastica sottile per PAL vetro-polimero - modello ibrido.
I risultati della simulazione (B) ha mostrato una buona correlazione con le misurazioni di rilevamento del fronte d'onda
La simulazione predice esattamente ile difettosità al centro dell'apertura della lente (polimero) stampato ad iniezione
Utilizzando il risultato ottenuto dalla simulazione Moldex3D, è stato ridefinito il progetto, aumentando lo spessore della lente polimerica da 0,126 millimetri a 0,726 millimetri.
Questa ricerca presenta un nuovo approccio per fabbricare PAL utilizzando la combinazione di tornitura al diamante Ultraprecision e stampaggio ad iniezione di precisione.
Questo approccio ha un ampio potenziale di industrializzazione grazie alla sua economicità.
Inoltre, è dimostrato come Moldex3D analisi simulazione possa aiutare a capire il restringimento geometria del pezzo e il “pattern melt” anteriore provocato dal processo di stampaggio ad iniezione, e ottimizzare ulteriormente il progetto della lente e i parametri di processo dei PAL (stampaggio ad iniezione standard).

“Il valore più importante di questo progetto è che viene dimostrato come la simulazione, operando in ambiente virtuale, può ridurre il costo di fabbricazione, i tempi di realizzazione e mantenere la precisione ottica allo stesso tempo.”
Likai Li, Graduate Research Fellow presso la Ohio State University