以创新CAE射出成型仿真分析软件 优化渐进式多焦点镜片

K哥

客户简介

·          国家: 美国    ·          产业: 光学       ·          解决方案: Moldex3D Advanced/ Moldex3D Optics

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隶属于俄亥俄州立大学的精密工程实验室，成立于2002年，目前成员包含五名博士生和几位硕士生。实验室主任Allen Yi教授在加入俄亥俄州大学前，曾任职于康宁精密透镜公司，主要的研究领域为精密工程，特别着重在光学精密加工和微机械加工。俄亥俄州立大学的精密工程实验室因研发价格实惠的自由曲面镜片而著名全球。

大纲

过去六十年，渐进式多焦点镜片已广泛用于老花眼治疗上，多以铸造方法成型。然而，在有限的产能下，传统的聚合物铸造方式成本过高。因此，本研究的目标是透过结合超精密钻石车削和精密射出成型，开发出独特且低成本的渐进式多焦点镜片制程。

挑战

·        光组件翘曲及不均匀的折射率分布，改变透过镜片传递至眼睛的光源。

·        塑料涂布不完全及高残留应力，容易造成混合玻璃聚合物制成的渐进多焦点镜片上，产生孔洞及嵌入件开裂。

解决方案

俄亥俄州立大学的精密工程实验室，透过导入Moldex3D射出成型模拟技术来协助改善：

·        优化射出成型参数，以达到更好的质量及降低光学像差

·        优化光组件设计及塑料涂布参数

Moldex3D光学模块协助确认适合的保压压力，以避免变型造成的问题

案例研究

为了解决上述的光学挑战，俄亥俄州立大学的精密工程实验室透过导入Moldex3D光学模块，研发一套新颖的射出成型方法，可以有效降低渐进多焦点镜片的光学像差。该方法是透过有限元素法，重建射出制程的翘曲表面与表面折射不完全的前导波。除了数值的模拟，同时也使用Shack-Hartmann波前量测仪来进行模拟结果验证。此外，混合玻璃聚

合物制造成的渐进多焦点镜片，也可透过Moldex3D光学模块，来进行表面涂布聚合物融体的流动波前预测。

渐进式多焦点镜片是在良好生产条件控制下，透过精密射出成型所制成。为了评估渐进多焦点镜片的光学性能，利用Shack-Hartmann波前量测仪的数学运算功能，来进行镜面的光学性能量测。除了使用光学仪器做测量，也透过数值模拟，进行模压镜片的光学性能验证。

由Moldex3D光学模块所产出报告中的折射率变化和几何变形，是根据光学定理，计算出射出成型渐进式多焦点镜片的光学像差。光学像差的设计、模拟及量测，皆互相进行比较与分析。由于数值模拟与实验图具有高度吻合，模拟可以用来准确预测射出成型渐进多焦点镜片的光学像差。此外，Moldex3D同样精准地模拟出聚合物融体的流型，将玻璃聚合物渐进式多焦点镜片的塑料涂布结果变成可视化。

模拟结果(B)与实际波前量测(c)结果一致

Moldex3D可以精准模拟聚合物镜片中心的空洞问题

从Moldex3D所产出的模拟结果，为了改善充填造成的包封现象，该光学零件聚合物镜片的厚度从0.126公厘增加至0.726公厘

结论

本研究透过结合超精密钻石车削和精密射出成型，展现渐进式多焦点镜片的新颖制造方法。由于射出制程的成本相对较低，因此具备广泛工业化的潜力。另外，本研究也展示如何使用Moldex3D模拟分析，来帮助及了解模件几何上的收缩、射出成型过程中的流动波现特征，以及进一步将产品的设计和渐进式多焦点镜片射出成型的条件优化。

此研究宝贵的价值在于展现如何藉由仿真分析软件成功降低制造成本，并同时兼顾光学精确度- 俄亥俄州立大学大学研究员 Likai Li