Università Nazionale di Taiwan , Cindy Teng, Ingegnere presso la Divisione Supporto Tecnico Moldex3D
L’Università di Taihoku, predecessore dell’Università Nazionale di Taiwan (NTU), fu fondata nel 1928. Attualmente la NTU comprende 12 facoltà: Lettere e Filosofia, Scienze, Scienze Sociali, Medicina, Ingegneria, Bioricerca e Agricoltura, Management, Medicale e Sanità Pubblica, Ingegneria Elettrica e Informatica, Scienze della Vita. È composta da 56 dipartimenti, 112 istituti, 18 corsi di laurea, oltre 50 centri di ricerca internazionali e universitari
Le microlenti, caratterizzate dalla forma o da sottigliezza, multifunzionalità e struttura a matrice, sono state sviluppate per risolvere il problema dello spessore causato dalle lenti convenzionali con più set di lenti. Il gruppo di ricerca NTU ha utilizzato il software di analisi dello stampaggio Moldex3D per analizzare i pro e i contro di diversi sistemi di canali di alimentazione, al fine di migliorare il problema della perdita di plastica nel canale freddo presente nei sistemi convenzionali e verificare la fattibilità dello stampaggio a disco, ottimizzando così la progettazione del prodotto tramite simulazione e analisi.
È stata inoltre prodotta con successo una matrice di microlenti a doppia faccia su un disco da 4 pollici durante un esperimento di stampaggio pratico.
Migliorare la progettazione dei canali di alimentazione, risparmiare materiale e aumentare la resa per ciclo di stampaggio.
Utilizzare Moldex3D per verificare la fattibilità del processo, riducendo tempi e costi associati alle prove iterative dello stampo.
Ottimizzare la deformazione del prodotto e le proprietà ottiche per produrre una matrice di microlenti con basse tensioni residue, elevata precisione ed eccellenti caratteristiche ottiche.
Inizialmente, il gruppo di ricerca NTU ha utilizzato Moldex3D per analizzare la fattibilità della progettazione dello stampo al fine di ridurre i tempi e i costi di modifica delle prove ripetute dello stampo. Sulla base dello stato di stampaggio, delle tensioni residue e del livello di deformazione, sono stati individuati i fattori rilevanti che hanno un impatto maggiore sulla deformazione e sulle proprietà ottiche, nonché i parametri ottimali mediante l’applicazione del metodo Taguchi. Inoltre, il team ha confrontato i processi di stampaggio a iniezione (IM) e stampaggio a compressione a iniezione (ICM), concentrandosi sulle prospettive dello stampaggio in-mold. Infine, è stato possibile realizzare con successo una matrice di microlenti a doppia faccia su un disco da 4 pollici tramite stampaggio pratico, con risultati in stretta correlazione con quelli delle simulazioni.
Lo sviluppo di display per la realtà virtuale e dispositivi indossabili sta progredendo rapidamente e il problema dello spessore causato dalle lenti convenzionali con più set di lenti è la prima questione da risolvere. Pertanto, sono state sviluppate microlenti con caratteristiche di sottigliezza, multifunzionalità e struttura a matrice per risolvere questo problema. A differenza dell’utilizzo di un canale di iniezione a ventaglio per la generazione di matrici di microlenti in passato (Fig. 1), questo progetto ha sviluppato un processo di stampaggio di matrici di microlenti rapido e uniforme con buone proprietà ottiche.
Fig. 1 Il design originale del canale di iniezione
Utilizzando un canale di iniezione diretto, è possibile produrre un totale di 48 matrici di microlenti in un’unica iniezione (Fig. 2), migliorando significativamente l’efficienza produttiva e riducendo gli sprechi di materiale (Tabella 1).
Figura 2. Schema di iniezione diretta e disegno del prodotto finito.
Tabella 1. Confronto tra canale freddo con iniezione a ventaglio e iniezione diretta.
Utilizzando il metodo Taguchi, sono stati identificati i parametri ottimali sia per lo stampaggio a iniezione (IM) che per lo stampaggio a iniezione-compressione (ICM) al fine di ridurre le tensioni residue e la deformazione. Nello stampaggio a iniezione, la temperatura di fusione, la velocità di iniezione, la pressione di compattazione e il tempo di raffreddamento sono fattori relativamente critici, mentre nello stampaggio a iniezione-compressione, il tempo di fusione, lo spazio di compressione, il tempo di compressione e gli elementi di compressione hanno un impatto più significativo sulla compattazione e sulle proprietà ottiche. Il confronto tra la deformazione e il pattern di frange totali tra IM e ICM è mostrato nelle Figure 3 e 4. I risultati indicano che l’ICM riduce lo spostamento totale e il ritiro e presenta prestazioni ottiche migliori rispetto all’IM.
Figura 3. Confronto dello spostamento totale tra IM e ICM.
Figura 4. Confronto del pattern di frange totali tra IM e ICM.
I risultati della simulazione sono stati verificati mediante un esperimento pratico di stampaggio. È stato prodotto con successo un array di microlenti a doppia faccia su un disco da 4 pollici, con un modello di flusso e proprietà ottiche simili (Fig. 5). Utilizzando OKP4 come materiale, le frange sono state osservate solo in prossimità dell’area di iniezione nel processo IM, mentre questo fenomeno non è stato osservato nel processo ICM. L’array di microlenti stampato ha mostrato una funzione di messa a fuoco e un’immagine nitida, come mostrato in Fig. 6. Grazie all’analisi di simulazione con Moldex3D, la tecnologia di stampaggio e l’efficienza dell’array di microlenti a doppia faccia sono state migliorate con successo per soddisfare i requisiti di alte prestazioni, dimensioni ridotte, leggerezza e sottigliezza richiesti dall’industria ottica attuale.
Fig. 5: Frange ottenute dalla simulazione e dallo stampaggio reale
Fig. 6: Immagine osservata dalla microlente stampata
Questo studio dimostra la competenza di Moldex3D nella valutazione di diverse configurazioni di canali di alimentazione e parametri di stampaggio. Passando da un sistema di iniezione a ventaglio a uno a iniezione diretta, è possibile utilizzare il 66,3% del materiale per produrre la matrice di microlenti, un valore circa tre volte superiore rispetto al tasso di utilizzo del materiale con il sistema a ventaglio. Inoltre, l’ottimizzazione dei parametri sia nello stampaggio a iniezione che nello stampaggio a compressione ha migliorato significativamente la deformazione e il ritiro. Infine, esperimenti pratici di stampaggio hanno permesso di produrre con successo una matrice di microlenti a doppia faccia, ottenendo risultati coerenti con le simulazioni Moldex3D.
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