光学部件的注塑成型

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1、光学部件的注塑成型作者：ERWINBuRKLE、BERNDKLOTZ    来源：德国Kunststoffeinternational杂志在注射模塑光学部件的过程中，由于不能在其表面进行标注，因此模腔压力的测定就受到了限制。但为了使用这个重要的过程参数来进行质量监控，人们采用了一种使用特殊测量销钉的非接触式测量方法来测量空腔压力。将流路耦合到pvT图中来开发新的加工监视技术。此处并未包含质量上高端的光学组件，正相反，恰好只能用最高的质量水平来生产实际应用的光学部件。就棱镜而言，不仅其几何形状和表面结构起到了重要作用，而且生产的重复性也会大大影响诸如内应力或分子取向之类的产品内部

2、性能。因此就个例而言，要在生产过程中评定产品光学性能的话，仅靠检查部件的几何形状或者以肉眼来检查部件表面是不够的。进行光学性能测定就显得更为重要。例如用Shack-Hartmann传感器(SHS)测得的波阵面的扭曲度就可以作为一个判定结果。可用数学方法推演出更为重要的质量函数。对诸如注射模塑的连续生产过程而言，我们很难用上述的方法来进行光学测试。毫无疑问，必须将灵敏的测试装置从外部来进行安置，这是非常耗时的过程。并且这个过程中我们需要长时间的等待，直到得到测试结果为止。这会延迟整个生产顺序，特别是在开始阶段更是如此。一般来讲，在上述的时间段内机器必须停止工作。考虑到长的生产周期

3、和机器成本，生产出废品是不可接受的。制造光学部件的加工变型在光学部件的注射成型过程中，模塑过程不仅对其几何形状有影响，而且对部件的内部性能有至关重要的影响。有关部件质量的研究表明，如由注塑模塑改为注塑-压缩模塑仅能稍微增加部件几何尺寸的精度。然而其光学特性则大概能提高7个因子，因而仅通过测试几何参数来评估部件的光学性能是不够的。因此证明注塑-压缩模塑成型是用来加工光学部件的一个适合方法。在加压过程中，在压缩相后直接施加压力相。压力以一个等同于均相分布压力被施加到部件表面。作为与常规的注塑-压缩模塑相关的不同变型的例子，下文将介绍注塑-加压及膨胀-压缩模塑。常规注塑-压缩模塑与标

4、准注塑模塑成型相比，注塑-压缩模塑允许模具的流路/壁厚比高达500:1。在光学部件的表面没有转换流痕是很重要的。因此一个循环中的每个独立的过程和运动必须连续贯通。在填充阶段，模具仅打开少许。缝隙大小相当于压缩冲程的值。塑料熔体被注入模具后，压缩过程就以螺杆位置为函数而开始了。由于模具是打开的，因此在注塑过程中其内部压力降低甚至完全消失。压缩阶段是通过一个位置可调节的螺杆来开始的。在模腔被完全充满之前，塑料熔体沿流路的末端流动，并且被随后的压缩阶段压缩，这也补偿了塑料的收缩。如果模腔在填充的末段阶段已被充填满，则压缩阶段直接开始。利用一些机器上的设置，在这个阶段塑料熔体也可以沿与

5、螺杆施压相反的方向被压回塑化单元内。用这个方法，能生产出没有熔接痕或将其选择性地转移到部件边缘区域的对熔接痕要求高的部件(壁厚比SA/SI≥3的棱镜，如凹面镜或者负弯月散射透镜)。膨胀-压缩模塑利用锁模单元来实现的膨胀-压缩模塑更适宜于横截面处壁厚保持不变的部件的生产。该加工方法的优点是填充模塑后并未将应力引入到生产的部件中，因为注塑过程中压力并不是通过螺杆来施加的，而是通过锁模来实现的。因而模腔内的压力是均匀的，并且塑料熔体能够几乎没有应力的被冷却，从而得到一种具有均匀微结构的部件。跟标准的注塑成型方法一样，该方法的塑料熔体填充过程也是在闭合的模具中完成的。在膨胀阶段，可能锁

6、模力逐渐降低的模具通过螺杆被打开到一个限定且可精确重复的位置。该位置控制所能达到的精度是能成产出壁厚具有重现性的部件的一个关键因素。压缩过程将模具的压缩型芯移到压缩位置。当到达该位置时(直接在模具上进行测量)，压缩过程就开始了，同时填充过程立即停止。压缩和保压阶段由一个多阶段的锁模力/压缩力分布所组成。膨胀压缩模塑和注射-压缩模塑都能通过压缩模具的型芯而不是机器的锁模单元来改变压缩比例。然而这仅有在部件需要部分压缩的情况下才有意义。依赖于注塑模塑机械锁模单元的概念，然而压缩过程也可能仅通过型芯来完成。完全的液压拉杆锁模单元给用户提供了最灵活的选择。具有三维问题领域的工艺控制在光

7、学部件的生产过程中，必须对三维问题领域进行管理：必须将部件的几何、表面及光学性能列入到所需产品的质量评定中。这需要精确的过程控制，即推测已知的模具内的熔体状态和所存在的过程。作这些推测需要具有型腔压力方面的知识。因为型腔压力精确地反映了注塑成型期间的填充、压缩和保压阶段，这些信息在过程优化期间和加工及质量监控都是有帮助的。在理想化的免保压注塑模塑中，理论上模腔是被等温填充的，熔体被压缩然后被等容冷却，这就意味着在这个阶段特定的体积是保持不变的(图1所示)。然而，这样一个填充操作将需要极高的压