注塑生产光学元件全套解决方案

⏹Innolite 于 2008年从 Fraunhofer分离出来
创建了独立的公司
⏹Innolite 致力于为光学模具生产和超精密加
工提供最前沿的解决方案
⏹Innolite 为高分子聚合物光学元件制造的整
个工艺链提供顶级的专业的技术支持
⏹Innolite 提供用于精加工光学模仁的设备，
同样也提供光学模仁精加工服务
⏹在中国区合作伙伴为重庆孚马精密设备有限
公司
Innolite 简介
INNOLITE
一.LED汽车头灯|新一代技术
氙气头灯LED 头灯
▪玻璃材质光学元件▪基本为球形
▪抛光和磨砂模具▪标准化设计注塑光学元件形状为自由曲面精密的微结构个性化设计
Source: BMW
二.超精密微结构在配光中的需求
Source: Hella
三. 复合面形设计在顶级照明光学中的需求
Smooth surface w & w/o micro structure
Gradient 0,28
Gradient 0,71
注塑透镜基本形状精度 20 μm
微结构相对精度< 0,5 μm
梯度精度< 0,5
四. 模仁生产必须采用金刚石车削技术
非晶态镀层. 400 µm 52 HRC 可抛光
颗粒状微结构, 复合面形 需要超声波辅助加工 95 kHz
Steel
热膨胀接近于铁
凹面深度可达
70mm
NiP
LED 汽车头灯模仁加工
五. ILSonic |
最先进的超声波振动加工技术
T = 1/f
t o
t 1= T/4 t 2= T/4 t 3= T/4 t 4= T/4 Zeit t upper dead center oscillation distance [µm]
x ra
d
zero position tool
w o r k p i e c e
lower dead center
[µs]
ILSonic
横向超声波单元频率: 95 Khz 振幅: 3μm
可加工深度： 70 mm 与 弗劳恩霍夫 IPT 联合研发
LED 汽车头灯模仁加工
六. 钢质模仁 | 亚微米级精度
共焦显微镜测量
D e v i a t i o n < 0,
5 μm
S t r u c t u r e H e i g h t
Structure Width
LED 汽车头灯的钢模仁
形状误差 < 0,5 mm 粗糙度 < 3 nm Ra
LED 汽车头灯模仁加工
一. HUD | 需要自由曲面光学元件
二. HUD
生产需要的模具及设备
1 | 模仁
3 | 注塑模具组装
4 | 注射压缩成型机及工艺
2 | 镀NiP
5 | 测量
三. ILCAM 极为适合自由曲面加工程序的编程
ILCAM 是一个用于单点金刚石车床
的超精密加工的编程软件
ILCAM 允许基于测量数据的补偿
ILCAM 可以进行数据分析
ILCAM 可通过DirectDrive3D 技术与IL600
直接连接
基于设计数据，可建立对自由曲面进行超精密加工的单点金刚石车削程序
四. 在钢模仁上镀NiP
遮蔽不镀NiP的区域 (NanoGrip, 侧面, 背面)
对钢表面进行化学处理
(清洁, 活化处理)
起始层镀纯Ni
通过电镀或者化学镀进行NiP镀膜 (膜层厚度100 – 300 µm)
清洁，去除胶带，质量检测
NiP空白镀层约100 – 300 µm
上的工件的镀由镀NiP 层光学表面最终加工精度: 面形 ~ 2 µm, 倾斜误差< 50 “
六.压缩注塑成型工艺Tool Design
对于 HUD 反射镜, 需要采用压缩注塑成型技术
七.检测和工艺优化Metrology & Quality
观察压缩注塑腔体是否正确填充
通过扫描法或偏折法测量面形精度
在工艺开发过程中不断优化工艺参数
用偏振光来描述元件内部应力（特别是侧面）
优化HUD光学元件压缩注塑工艺
⏹光学元件的技术要求⏹模仁制造难点
⏹液体硅胶注塑成型的光学元件的优点
应用案例:放大镜
需要哪些设备及技术?
–进料设备–注塑成型设备–模具技术–
自动化
一. LSR硅胶注塑制造高精度光学元件的解决方案
⏹光学表面质量⏹面形精度
Ra < 10nm PV < 10µm
材料/功能性要求
>80 %
⏹高透射率
⏹为了易于装配对机械特性进行高度集成⏹可在LED芯片顶部直接集成或注塑LSR光学元件⏹可供操作的温度范围大 > 120°C ⏹容易对复杂几何图形进行填充
在光学元件上实现所需的光学功能
需要对光学元件前后的光学分布做什么样的变换，来决定光学表面的设计
面形质量要求
二.对光学元件的要求
经典透镜设计3,5 x 放大率高度
3,5 mm
3,5mm 将光学功能转变为菲涅尔透镜
对比:
人的头发直径~60µm
15µm
3,5 x
放大率高度0,015 mm
同样的功能,但是元件厚度比传统透镜小200倍
三.将经典光学设计转变为优化的注塑成型设计
深度15µm
台阶的角度可达
30
°
产品中对应半径 < 5 µm
红色标记区域产生的光学作用在设计中忽略不计
菲涅尔面的局部剖视图
单点金刚石车削菲涅尔模仁
四.菲涅尔光学元件的模具制造工艺的难点
LSR 的优点使其注定适用于光学元件注塑成型
液态硅胶与其他光学材料性能的比较
Property LSR PC PMMA Glass 透射率 [%]9486~8989~9292折射率1,411,591,491,5~1,6阿贝数50~34
~5739~59
150 °C 条件下6.480 小时 后的发黄情况
•理想的滤紫外线材料•耐热性高 (150 °C)•完美填充微结构
•适用于复杂的几何形状
•
适用于大体积元件的注塑成型
五.LSR硅胶注塑
Draft surface
3°
菲涅尔透镜边缘区域 ( 10°倾斜视图)
菲涅尔模仁(中心区域)
20µm
用单点金刚石车削工艺加工出来的光学模仁
结果 – 扫描电子显微镜图/ 白光测量图
Page 21
六.菲涅尔透镜模仁
剖面图
透镜样件的加工结果
显微镜下的剖面图
透镜设计参数
15µm 3µm 0µm ⏹菲涅尔台阶高度⏹棱角半径⏹锐边半径⏹结构条纹间距
41µm
生产的透镜参数
透镜外围区域
2-3µm 1µm 41µm
⏹结构深度⏹棱角半径⏹锐边半径⏹结构条纹间距
13µm (半径补偿导致)
七.菲涅尔透镜样件
Page 22。