- 國家: 美國
- 產業: 光學
- 解決方案: Moldex3D Advanced / Moldex3D Optics
大綱
過去六十年，漸進式多焦點鏡片已廣泛用於老花眼治療上，多以鑄造方法成型。然而，在有限的產能下，傳統的聚合物鑄造方式成本過高。因此，本研究的目標是透過結合超精密鑽石車削和精密射出成型，開發出獨特且低成本的漸進式多焦點鏡片製程。
挑戰
- 光組件翹曲及不均勻的折射率分佈，改變透過鏡片傳遞至眼睛的光源。
- 塑料塗佈不完全及高殘留應力，容易造成混合玻璃聚合物製成的漸進多焦點鏡片上，產生孔洞及嵌入件開裂。
解決方案
俄亥俄州立大學的精密工程實驗室，透過導入Moldex3D射出成型模擬技術來協助改善：
- 優化射出成型參數，以達到更好的品質及降低光學像差
- 優化光組件設計及塑料塗佈參數
Moldex3D光學模組協助確認適合的保壓壓力，以避免變形造成的問題
案例研究
為了解決上述的光學挑戰，俄亥俄州立大學的精密工程實驗室透過導入Moldex3D光學模組，研發一套新穎的射出成型方法，可以有效降低漸進多焦點鏡片的光學像差。該方法是透過有限元素法，重建射出製程的翹曲表面與表面折射不完全的前導波。除了數值的模擬，同時也使用Shack-Hartmann波前量測儀來進行模擬結果驗證。此外，混合玻璃聚合物製造成的漸進多焦點鏡片，也可透過Moldex3D光學模組，來進行表面塗佈聚合物融體的流動波前預測。
漸進式多焦點鏡片是在良好生產條件控制下，透過精密射出成型所製成。為了評估漸進多焦點鏡片的光學性能，利用Shack-Hartmann波前量測儀的數學運算功能，來進行鏡面的光學性能量測。除了使用光學儀器做測量，也透過數值模擬，進行模壓鏡片的光學性能驗證。
由Moldex3D光學模組所產出報告中的折射率變化和幾何變形，是根據光學定理，計算出射出成型漸進式多焦點鏡片的光學像差。光學像差的設計、模擬及量測，皆互相進行比較與分析。由於數值模擬與實驗圖具有高度吻合，模擬可以用來準確預測射出成型漸進多焦點鏡片的光學像差。此外，Moldex3D同樣精準地模擬出聚合物融體的流型，將玻璃聚合物漸進式多焦點鏡片的塑料塗佈結果變成可視化。
模擬結果(B)與實際波前量測(c)結果一致
Moldex3D可以精準模擬聚合物鏡片中心的空洞問題
從Moldex3D所產出的模擬結果，為了改善充填造成的包封現象，該光學零件聚合物鏡片的厚度從0.126公厘增加至0.726公厘
結論
本研究透過結合超精密鑽石車削和精密射出成型，展現漸進式多焦點鏡片的新穎製造方法。由於射出製程的成本相對較低，因此具備廣泛工業化的潛力。另外，本研究也展示如何使用Moldex3D模擬分析，來幫助及了解模件幾何上的收縮、射出成型過程中的流動波現特徵，以及進一步將產品的設計和漸進式多焦點鏡片射出成型的條件最佳化。
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此研究寶貴的價值在於展現如何藉由模擬分析軟體成功降低製造成本，並同時兼顧光學精確度 – 俄亥俄州立大学大学研究员 Likai Li |