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광학 렌즈 금형 제작에는 금형 표면이 성형된 광학 부품의 형상을 직접적으로 결정하기 때문에 기존 사출 금형 제작보다 훨씬 더 엄격한 제어가 필요합니다. 광학 렌즈 및 도광판 의 경우 제조업체는 기계 가공 및 검사 전반에 걸쳐 형태 정확도, 표면 거칠기, 미세 구조 형상, 열 안정성 및 주요 공차를 제어해야 합니다. 일반적인 프로세스는 초정밀 가공, 5축 CNC 가공, 다이아몬드 선삭, 연마 및 정밀 계측을 결합하여 광학 표면을 일관되게 재현합니다.
엔지니어와 조달팀에게 중요한 것은 단순히 고정밀 기계를 선택하는 것이 아닙니다. 금형 제작 공정은 광학 설계, 가공 전략, 재료 거동, 검사 방법 및 최종 사출 성형 요구 사항을 연결해야 합니다.
기존 사출 금형은 주로 치수 정확도, 조립 적합성, 공구 수명 및 사이클 안정성을 기준으로 평가됩니다. 광학 금형에는 추가 요구 사항이 있습니다. 즉, 표면 형상이 최종 광학 구성 요소에 정확하게 전달되어야 합니다..
광학 렌즈의 경우 반경, 프로파일 또는 광축 정렬의 작은 편차가 이미징 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 의 경우 도광판 미세 구조의 기하학적 구조가 광 추출 및 밝기 균일성에 영향을 미칠 수 있습니다.
이는 광학 금형 제조를 폐쇄형 엔지니어링 프로세스로 만듭니다.
광학 설계 → 금형 형상 → 정밀 가공 → 표면 마무리 → 측정 → 광학 복제
NIST의 정밀 엔지니어링 및 치수 계측 작업은 고정밀 제조 기능을 제어할 때 추적 가능한 측정의 중요성을 강조합니다. 실제로 이는 전체 금형에 하나의 일반적인 공차를 적용하기보다는 실제 기능 요구 사항에 따라 중요한 광학 특징을 정의하고 측정해야 함을 의미합니다.
두 애플리케이션에는 서로 다른 제조 우선순위가 필요합니다.
요인 |
광학 렌즈 금형 |
도광판 금형 |
기하학 |
구형, 비구면 또는 자유형 |
미세구조를 지닌 대면적 표면 |
중요한 기능 |
반경 및 광학 프로필 |
패턴 피치, 깊이 및 기하학 |
주요 관심사 |
형태 정확도 및 표면 품질 |
미세구조 복제 |
표면 요구 사항 |
고도로 제어된 광학 표면 |
제어된 표면 및 구조적 특징 |
응용 |
카메라, 센서, 광학 장치 |
LED 조명, 디스플레이, 조명 |
렌즈 몰드는 유효 직경이 수십 밀리미터인 곡선형 광학 표면을 포함할 수 있는 반면, 도광판 몰드는 수천 개의 반복되는 광학 특징과 상대적으로 큰 작업 영역을 결합할 수 있습니다. 이는 예시적인 엔지니어링 사례입니다. 실제 치수와 공차는 광학 설계 및 도면에서 나와야 합니다.
이 프로세스는 재료 선택 및 DFM 검토로 시작됩니다. 응용 분야에 따라 금형 인서트에는 경화 공구강, 스테인리스강, 니켈 기반 재료 또는 기타 특수 재료가 사용될 수 있습니다.
엔지니어는 다음을 평가합니다.
· 소재의 경도 및 가공성
· 열처리 안정성
· 광학 표면 요구 사항
· 예상생산량
· 마무리 방법
· 중요 검사 기능
그런 다음 인서트, 광학 중심, 장착 기능 및 분할 표면에 대해 안정적인 데이텀이 설정됩니다.
초기 가공에서는 최종 광학 형상을 보호하면서 벌크 재료를 제거합니다.
일반적인 순서는 다음과 같습니다.
황삭 → 열처리/응력완화 → 중삭 → 정밀정삭
엔지니어는 최종 크기로 직접 절단하는 대신 일반적으로 통제된 마무리 여유를 확보합니다. 그 양은 재료, 형상, 공구 직경, 기계 안정성 및 후속 마무리 공정에 따라 달라집니다.
이는 최종 작업 중 과도한 재료 제거 위험을 줄여줍니다.
복잡한 광학 금형 인서트는 의 이점을 누릴 수 있습니다. 5축 CNC 가공 지속적인 공구 축 조정으로 곡면에 대한 접근성이 향상되고 설정 횟수가 줄어들 수 있기 때문입니다.
그러나 5축 가공만으로는 초정밀 결과를 보장할 수 없습니다. 기계 형상, 열 안정성, 공구 상태, 워크홀딩, CAM 전략 및 검사는 모두 최종 정확도에 기여합니다.
적합한 회전식 표면이나 고도로 제어된 광학 표면의 경우 다이아몬드 선삭으로 표면을 매우 미세하게 제어할 수 있습니다. 이는 적절한 광학 반경 또는 축대칭 형상에 특히 유용합니다.
따라서 프로젝트는 다음을 사용할 수 있습니다.
5축 CNC 황삭 → 정밀 마무리 → 다이아몬드 선삭 → 연마 → 계측
또는 기하학에 따라:
정밀 CNC 가공 → 미세 마무리 → 연마 → 검사
하나의 공정이 모든 금형에 적합하다고 가정하기보다는 광학 표면 사양에서 올바른 경로를 선택해야 합니다.
표면 거칠기와 형태 정확도는 서로 다른 매개변수입니다.
형태 정확도는 제조된 표면이 설계된 광학 프로파일을 얼마나 밀접하게 따르는지를 나타냅니다. 표면 거칠기는 더 작은 규모의 표면 불규칙성을 나타냅니다.
따라서 금형은 광학 성능에 영향을 미치는 도구 자국, 물결 모양 또는 연마 결함을 계속 표시하면서 허용 가능한 전체 치수를 가질 수 있습니다.
중요 검사에는 다음이 포함될 수 있습니다.
· 프로필 편차
· 반경 정확도
· 표면거칠기
· 물결 모양
· 광축 정렬
· 국부적인 표면 결함
형상 및 도면 요구 사항에 따라 적절한 측정 방법을 선택해야 합니다.
의 경우 도광판 금형 미세 구조 일관성이 주요 과제인 경우가 많습니다.
홈, 도트, 프리즘 또는 기타 추출 구조와 같은 특징은 넓은 유효 영역에 걸쳐 분산될 수 있습니다. 공구 마모, 가공 진동, 열 드리프트 또는 잘못된 절삭 조건으로 형상 형상이 변경될 수 있습니다.
따라서 통제된 프로세스에는 다음이 포함될 수 있습니다.
공구검사 → 시험가공 → 형상측정 → 생산가공 → 정기검증
이 프로세스는 작은 특징 변화가 광 분포에 영향을 줄 수 있는 경우 특히 중요합니다.
열 효과는 긴 가공 주기 동안 치수 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 계획할 때는 기계 예열, 절삭열, 가공물 온도, 환경 조건, 열처리 이력 등을 고려해야 합니다. 초정밀 금형을 .
목표는 가공과 최종 검사 사이의 치수 변동을 최소화하는 것입니다.
전문적인 광학 렌즈 금형 제작 공정에서는 모든 기능에 동일한 공차를 할당하지 않습니다.
엔지니어는 다음을 분리해야 합니다.
광학 특징: 프로파일, 반경, 비구면 기하학, 광학 중심
기계적 특징: 구멍 위치, 장착 표면, 분리 인터페이스
표면 요구 사항: 거칠기, 형태 정확도, 연마 품질
그러면 제조 루프는 다음과 같습니다.
STEP/PDF 도면 → DFM 검토 → 데이텀 정의 → 황삭 가공 → 열처리 → 정밀 가공 → 마무리 → 측정 → 수정
예를 들어, 미크론 수준의 프로파일 요구 사항은 특정 광학 표면에 적합할 수 있지만 업계의 보편적인 허용 오차로 제시되어서는 안 됩니다. 실제 값은 광학 설계, 재료, 구성 요소 크기, 측정 기능 및 기능 요구 사항에 따라 달라집니다.
관계는 간단합니다.
금형 형상 → 폴리머 복제 → 최종 부품 형상 → 광학 성능
렌즈의 경우 반경이나 프로파일의 편차가 초점 특성과 이미지 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.
도광판의 경우 미세 구조 깊이, 피치 또는 형상의 변화가 광 추출 및 조명 균일성에 영향을 미칠 수 있습니다.
이것이 바로 광학 금형 인서트 가공이 단순한 툴링 작업이 아닌 광학 시스템 개발 프로세스의 일부로 간주되어야 하는 이유입니다.
Dawang Precision은 26년의 제조 경험을 보유하고 있으며 400개 이상의 첨단 공작 기계를 운영하고 있습니다.포함하여 Röders 및 Mazak 5축 머시닝 센터를 .
우리 엔지니어들은 DFM 검토 및 데이텀 계획부터 가공 순서, 마무리, 공차 제어 및 검사에 이르기까지 전체 제조 관점에서 광학 금형 프로젝트를 평가합니다.
광학 렌즈의 경우 이는 제어된 프로파일, 표면 품질 및 정렬에 초점을 맞추는 것을 의미합니다. 의 경우 도광판 금형 공정에서는 미세 구조 복제, 대면적 안정성 및 도구 마모 제어에 더 중점을 둡니다.
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