CN106414015A - 模具的增材制造以及由此制作模具和装置的方法 - Google Patents

Abstract

本披露涉及用于光学装置以及要求精密表面和/或复杂几何形状的其他物体的生产的装置和方法。提供了使用增材制造工艺制备的带有光学精密表面和/或具有错综复杂的几何形状的表面特征的模具区段。还提供了通过应用模具嵌入物以增材制造工艺制备模具区段的方法。带有光学精密表面和/或具有错综复杂的几何形状的表面特征的模具嵌入物可以通过使用增材制造工艺来制造，而不需要任何进一步的工具加工。

Description

模具的增材制造以及由此制作模具和装置的方法

背景技术

领域

本披露总体上涉及制造用于模制装置的生产的模具区段的改进模具和方法。

相关技术的讨论

定制化精密固态物体的制造一般来说是昂贵且费时的。与定制物体的制造相关联的成本高度依赖于库存量单位(“SKU”)的数量或有待生产的特殊设计，此外还有各物体所要求的构型或表面特性。

例如，传统的机加工方法，如车床加工或铣削可以用于生产各自的制造物体；然而，对于具有复杂或不规则表面几何形状和/或高精度或公差要求的物体而言，如果要求大量的设计变体和单独的SKU，则使用精密车床和铣床的生产成本可能极高。

因此，注射模制与铸造模制制造方法经常被用于降低成本以及提高生产率。然而，即使是这些更经济的制造方法在大量的特殊设计的情况中也可能是不具成本效益的，在所述情况中每个设计具有低生产次数，如为不同患者的眼睛定制的治疗用光学装置的生产。

近来，增材制造工艺(也称作快速原型件成形、快速制造、无模制造、或固体无模制造)，包括公众熟知的3D打印技术，已经变得越来越精细，并且允许从期望的物体的软件生成的数字模型或计算机辅助设计(“CAD”)数据产生出复杂构型。然而，多种不同增材制造和3D打印技术就可以使用的材料成分、物体可以被赋予的精度、以及完成高精度增材制造的物体的生产所需要的时间而言具有实用性限制。

虽然通过3D打印技术创造的物体通常由与挤出打印工艺相兼容的聚合“墨水”构成，但是可以使用其他材料类别，这取决于所采用的具体打印或增材制造方法。此外，打印精度或表面光滑度可能受限制，这是由于以较低的分辨率沉积材料导致阶梯状的外观，典型地具有约50微米的分辨率。

因此，使用3D打印生产的物体通常要求进行后处理以实现光滑的表面轮廓或期望的表面光洁度。然而，复杂几何表面的后处理通常是不可行的。虽然适合于光学严格表面精度的能够提高分辨率的打印机和其他增材制造装备正逐渐变得可获得，但是这伴随着相关联的完成生产所需的费用和时间的增加。当采用非常高分辨率的3D打印机或其他材料沉积技术时，如果通过增材制造来制造的物体的块头很大，则成本和时间消耗迅速增大。在主要物体区块的生产不要求高精度增材制造能力的情况下，使用高精度打印机来产生物体是昂贵且效率低的。

因此，本领域存在对于用于生产具有特殊个体规格但是具有低生产次数的大量制造物品的系统和方法，其中，每种制造物品都可以使用组合制造方法以高精度具有成本效益地生产。

概述

本披露提供了用于制造要求几何学上复杂和/或精密表面的装置的装置和方法，如具有光学精密表面和/或几何学上复杂的表面特征或构型的光学装置。在多种不同实施例中，提供了包括模具嵌入物的光学装置模具区段，所述模具嵌入物具有通过增材制造工艺添加至模具区段支撑件上的光学精密表面和/或几何形状错综复杂的表面特征。模具区段的模具区段支撑件部件不需要使用高精度增材制造方法来制造，而是可以使用精度较低且成本较低的方法来生产，如注射模制或传统的机加工方法。在多种不同实施例中，提供了使用增材制造工艺来制备包括光学精密表面的模具区段的工艺以及使用根据本披露制备的模具区段来模制光学装置的工艺。

附图说明

附图旨在用于提供对本披露的进一步理解，并被结合在说明书中且构成此说明书一部分，这些附图示出了本披露的多个实施例，并且与说明书一起用于解释本披露的原理。

图1展示了根据本披露的光学装置模具的截面；

图2展示了根据本披露的光学装置模具的截面；

图3展示了使用根据本披露的模具生产的接触透镜的视图；

图4展示了制备根据本披露的光学装置模具区段的方法；

图5展示了根据本披露铸造模制光学装置的方法。

详细说明

本披露涉及使用增材制造工艺制备的模具区段、制备用于多种不同装置的生产的模具区段的方法、模制多种不同装置(例如光学装置)的方法。本领域技术人员将容易理解的是，本披露的这些不同方面可以通过任意数量的被配置成用于执行预期功能的装置和方法来实现。换句话说，其他装置和方法可以被结合在此用于执行预期功能。还应注意的是，在此参考的附图并不是所有都按比例绘制的，而是可以被夸大用于展示本披露的多个不同方面，并且就此而言，附图不应被理解为是限制性的。同样地，贯穿这些附图可以使用不同的表面阴影来指示不同的部分，但不一定用于指示相同或不同的材料。最后，虽然本披露可以与多种不同原理和观念相联系地加以说明，但是本披露不应被理论所约束。

如在此使用的，术语“近似于”被用于描述物体的几何形状或轮廓与另一物体的几何形状或轮廓相似。“近似于”可以用于描述第一物体或规格的几何形状相对于第二物体或规格的相应的几何形状或相应几何形状的互补几何形状(negative)是精密的或不精密的。

如在本文中所使用的，术语“中间表面”用于描述物体面向模具的内部的表面。如在本文中所使用的，“中间表面”不需要与使用包括中间表面的模具或模具区段模制成型的成分或物体直接接触。如在本文中更详细描述的，中间表面可以部分地或完全地被模具嵌入物覆盖。

如在本文中使用的，术语“模具嵌入物”用于描述使用增材制造工艺施加至模具、模具区段、模制工具或其他模制装置上的模具部件或模具元件。根据多种不同实施例，“模具嵌入物”被施加至模具区段的中间表面上。如在本文中更详细描述的，“模具嵌入物”可以包括在下文中定义的光学精密表面。

如在本文中所使用的，术语“光学精密表面”用于描述与被模制的成分或物体发生直接接触的、并且适合于对模制物体提供光学质量或接近光学质量的表面(即，提供期望的光学几何形状的表面和/或不产生不希望的光学像差的光学表面)的表面。然而如在本文中所使用的，术语“光学精密表面”不应被解释为一定限于模制光学装置所使用的表面。根据多种不同实施例，具有光学精密表面的模具可以用于生产除光学装置以外同样要求由所述模具赋予高精度表面质量的物品或物体。

如在本文中所使用的，术语“增材制造”涵盖任何以其通过使基质或材料添加至物体上来生产三维物体的方法或工艺，例如通过将相继的材料层添加至物体上以生产在增材制造工艺完成后具有添加的质量或体积的制成品。对比之下，借助机加工或工具加工的传统制造通常依赖于材料移除或减除工艺，如切削加工、车削加工、钻削加工、磨削加工、或诸如此类，以生产出相对于初始工件具有减小的质量或体积的最终制成品。如在本文中所使用的，术语“增材制造”不应被解释为涵盖制作或联接先前形成的物体。

如在本文中所使用的，术语“错综复杂的几何形状”以及其变体(即，“错综复杂的表面特征几何形状”)可以用于描述具有高度复杂的几何形状的物体或物体的或制造品的特征(即，就其复杂性而言类似于迷宫的几何形状)。如在本文中所使用的，“错综复杂的几何形状”表示结构或表面所具有的几何形状或构型其复杂度或复杂性对于使用传统的、非增材制造技术(如铣削、机加工、铸造、模塑、以及诸如此类)的单一部件制造式物项而言是难以或不可能获得的。例如，“错综复杂的几何形状”可以用于描述包括在构成物品或物体的材料之内部分地或完全地封闭的孔隙空间的物品或物体。然而，所述术语不应被解释为一定限于封闭的孔隙空间或隧道。而是，包括相对于邻近表面凸起或浮雕式的特征的表面特征构型同样可以包括“错综复杂的几何形状”。术语“错综复杂的几何形状”可以用于参引规则或不规则的、和/或相对于任意平面或对称轴线对称或不对称的结构或表面。

此外，在用于描述表面时，术语“错综复杂的几何形状”不应被解释为与术语“光学精密表面”互相排斥。例如，如在此使用的，表面可以拥有既是光学精密表面又具有错综复杂的几何形状的特质。例如，根据多种不同实施例的模具所具有的表面可以是光学精密的、同时包括具有错综复杂的几何形状的凸起的表面特征，如可以用于在使用模具生产的装置的表面中形成凹陷下去的螺旋通道的样式的表面特征，如在下文中更详细描述的。

各种各样的增材制造技术对于本领域技术人员应是已知的。这类技术包括，例如，熔融沉积成型、PolyJet 3D打印、电子束无模成形制造、直接金属激光烧结、电子束熔化、选择性激光熔化、选择性热烧结、选择性激光烧结、立体光刻、多光子光聚作用、以及数字光处理。这些技术可以使用各种各样的材料作为增材制造工艺的基质，包括多种不同塑料和聚合物、金属和金属合金、陶瓷材料、金属黏土、有机材料，以及诸如此类。适合于光学装置模具或中间模具表面的生产的并且与光学装置材料的模制相兼容的、或与可以随后用于模制光学材料和装置的模具的制造相兼容的任何增材制造技术和基质均在本发明的范围之中。同样地，增材制造的其他方法和相关联的材料，不论是现在可得的或者仍有待发展的，都旨在被包括在本披露范围之中。

现参考图1，展示了包括根据本披露的多种不同实施例的两个分开的模具区段的光学装置模具100。用于光学装置的铸造模制的模具通常包括一对模制工具或模具区段，如第一模具区段110和第二模具区段120。如在本文中所使用的，术语“模具区段”可以包括模具或模制工具的任何部分或部件。模具区段可以包括单一的、整体形成的部件，或者模具区段可以包括永久性地或可替换地联接至彼此的多个部件。将第一部件永久性联接至第二部件可以包括通过以下工艺的附接，如熔融、焊接、或者以其他方式将第一物体粘附至第二物体，并且可以包括以其来如以上所描述地通过增材制造工艺将第二部件添加并附接至第一部件的工艺。

根据多种不同实施例，包括光学装置模具在内的这些模具区段的一者或多者可以包括通过增材制造工艺添加至模具区段支撑件上的模具嵌入物。如在图1中示出的，光学装置模具100可以包括第一模具区段110和第二模具区段120。根据多种不同实施例，第一模具区段110包括第一模具区段支撑件111。模具区段支撑件111可以包括中间表面112，所述中间表面具有被构型成近似于设计的光学装置的表面几何形状的几何形状。在如在图1中示出的展示实施例中，中间表面112具有的表面几何形状近似于设计的光学装置的前表面(即，被定向成背离眼睛表面的表面)的几何形状，所述设计的光学装置有待在添加模具嵌入物113后使用完成的第一模具区段110模制成型，这在下文中被更详细地描述。

光学装置模具100进一步包括第二模具区段120。类似于以上所描述的第一模具区段110，第二模具区段120可以包括第二模具区段支撑件121。第二模具区段支撑件121同样可以包括中间表面122。如在图1中示出的，第二模具区段中间表面122具有的表面几何形状被构型成近似于设计的光学装置的后表面的几何形状。在多种不同实施例中，完成的第二模具区段120可以包括模具嵌入物123，如在下文进一步描述的。

有待使用根据本披露的模具区段制造的设计的光学装置可以由模型或数据来规定，如CAD文件。在多种不同实施例中，模具区段支撑件可以是基于有待制造的光学装置的构型来设计和制造的，或者其可以是从离散数量的制造好的模具区段支撑件中选定的，这些模具区段支撑件提供可能的中间表面几何形状的范围。根据多种不同实施例，模具区段支撑件被选定成使得中间表面近似于设计的光学装置的表面几何形状，同时提供平台或支架，进一步的模具材料可以通过增材制造工艺被添加至所述平台或支架。模具区段支撑件的选择因此可以考虑将被用于使得模具嵌入物应用至中间表面上的增材制造工艺的能力和公差，从而由此提供光学精密表面几何形状(所述几何形状是有待模制的设计的光学装置表面几何形状的互补几何形状)，同时使模具嵌入物的增材制造所需的体积和/或时间最小化。

根据多种不同实施例，模具区段支撑件可以配置有适合于通过经济的工艺生产的中间表面几何形状，如材料浪费最少的和生产效率最大的注射成型或减材制造。如上所述，可以提供一定范围的模具区段支撑件，这些模具区段支撑件具有多种不同离散的中间表面几何形状，如直径不同的球形几何形状、或不同的以球形区段终止的截头圆锥形形状。根据多种不同实施例，中间表面可以包括与模具区段支撑件自身的或用于模具区段支撑件的生产的模具的高效工具加工相兼容的、径向对称的几何形状。任何具有适合于通过增材制造工艺来添加模具嵌入物的构型的模具表面几何形状和/或与模具区段支撑件的高效且具成本效益的生产相兼容的构型的模具表面几何形状均在本披露的范围之中。

根据多种不同实施例，用于形成光学装置的任何表面的任何模具区段都可以是如以上所描述地构型的。此外，虽然展示在图1中的光学装置模具100的模具区段110和120两者各自对应地包括模具嵌入物113和123，但是并不需要使得根据多种不同实施例的光学装置模具的每个模具区段包括如在此所描述的模具嵌入物。而是，在多种不同实施例中，模具的一个区段可以包括模具嵌入物，而第二模具区段可以使用传统的铣削或制造工艺来制造，并且可以不包括模具嵌入物或通过增材制造工艺制造的任何其他模具部件或表面。根据本披露的多种不同实施例，光学装置模具的至少一个模具区段包括通过增材制造工艺生产的模具嵌入物。

图2中展示了包括第一模具区段110和第二模具区段120的组装好的光学装置模具200。如组装好的模具200中所示出的，用于形成光学装置前表面的模具区段110可以包括通过增材制造工艺添加至模具区段支撑件111上的模具嵌入物113。根据多种不同实施例，添加至模具区段上的模具嵌入物可以被配置成用于形成通过模具区段模制的光学装置的多于一个的表面或对其所述表面的形成有所贡献。如以上所描述的，并且现在参考图1和图2，模具嵌入物113被配置成用于形成通过模具区段110形成的光学装置的前表面。然而，第一模具嵌入物110的光学精密表面114被进一步配置成用于形成光学装置的外周边缘，以及光学装置靠近其外周边缘的一部分后表面。在多种不同实施例中，第二模具区段120的模具嵌入物123可以配置有光学精密表面124，当模具区段110和120处于组装好的构型中时，所述光学精密表面与第一模具区段的表面114形成基本上连续的表面，如图2中所示。

根据多种不同实施例，相对于模制的光学装置，第一模具嵌入物的边缘或表面与第二模具嵌入物的边缘或表面或其他模具区段表面相遇的位置可以被设计成或被配置成用于适应多种不同因素，例如像，将模制装置从模具区段的移除，或是作为模具区段制造、组装、和/或透镜铸造的功能可能出现在模具嵌入物边缘区域的任何光学表面不精确处。例如，组装好的模具中的第一模具嵌入物与第二模具嵌入物或其他模具区段表面的连接处可以被定位在沿着设计的光学装置的后表面的不与眼组织相接触的位置处，如在与眼组织相切点的外周的接触透镜附着区(landing zone)的一部分。多种不同模具嵌入物构型和组合中的任意者都是有可能的，这尤其由于在此描述的增材制造工艺的优点，并且是在本发明的范围之中的。

模具表面构型，如针对模具嵌入物113所展示的靠近模具的外周边缘形成区域的那些，使用传统的机加工方法制造可能有困难和/或花费高昂。然而，根据本披露的多种不同实施例，用传统的铣削工艺生产起来可能具有挑战性或不可能的这些表面特征和其他表面特征可以使用本文中描述的增材制造工艺来生产。同样地，多种不同其他构型是可能的并且在本披露范围之中，这尤其是由于3D打印和其他增材制造技术的对于生产孔隙、空腔、复杂的和/或不规则的表面特征、以及难以或不可能通过多种不同传统铣削技术获得的其他错综复杂的几何构型的特殊能力。

例如，在多种不同实施例中，模具或模具嵌入物可以被生产有错综复杂的表面特征几何形状，从而包括适合于在通过模具嵌入物模制的装置的表面中形成精细的通道的螺旋的表面特征的样式。参考图3，展示了包括后(即，背离眼睛)表面特征的接触透镜300的简图，所述表面特征可以作为这种模具或模具嵌入物的互补几何形状来生产。接触透镜300包括外周区330，所述外周区具有相交的螺旋通道332的网络，这些通道各自从外周区330的外周方面延伸至中央区334的外周方面。螺旋通道332可以具有适合于促进湿润和/或泪腺液体沿着透镜300的后表面分配的截面轮廓和/或尺寸。在多种不同实施例中，可以为透镜部件生产类似的构型，其中，与制造有所述部件的完成透镜的通道定位在透镜的内部，并且利于透镜的外周方面与中央区334之间的气体交换。

通道332的这种交错的螺旋构型可以为气体和/或液体沿着所述通道流动提供增加的机会，因为在任何给定的通道中的一点处的堵塞都由于通道之间的许多交叉点而不会妨碍所述通道的功能。然而，形成这些通道所要求的具有凸起交错的螺旋形表面特征的错综复杂的几何形状使用除增材制造方法之外的其他制造技术来生产可能是非常困难的，这是由于传统制造技术的功能和/或经济性限制。同样地，具有其他错综复杂的几何形状的模具或模具嵌入物可以是使用根据多种不同实施例的增材制造方法来生产的，所述模具或模具嵌入物被设计并制造成用于生产任何要求高精度表面和/或高度复杂的表面特征几何形状的光学或非光学装置。

根据多种不同实施例并参考图4，提供了用于制备光学装置模具区段的方法400。在多种不同实施例中，制备光学装置模具区段的方法可以包括提供光学装置设计410，例如，作为呈现设计的光学装置(如接触透镜)的三维模型的CAD文件。一般要求展现光学装置模型的CAD文件或其他数据来生成适合指挥增材制造工艺的计算机文件；然而，根据多种不同实施例，提供CAD文件或其他三维模型是任选的并且不是制备光学装置模具区段必须要求的。

在多种不同实施例中，方法400可以包括选择模具区段支撑件420。如以上简要描述的，模具区段支撑件可以是基于有关设计的光学装置的表面的几何构型的信息来选择的，所述光学装置有待通过由方法400生产的完成的模具区段来模制。在多种不同实施例中，模具区段支撑件可以具有中间表面，所述中间表面具有的几何形状被配置成在所制备的模具区段将促进成型的一个或多个表面处近似于设计的光学装置的表面几何形状。如本文中之前定义的，模具区段支撑件的中间表面面向模具空腔的内部并且通过为模具嵌入物提供物理支撑促进了对用模具区段生产的光学装置的表面进行的模制。模具区段支撑件的中间表面的一部分可以与在模制工艺中被模制的光学装置形成成分发生直接接触，并且所述中间表面可以被配置成用于将光学精密表面的一部分赋予所模制的光学装置。在多种不同实施例中，模具区段支撑件的中间表面可以被完整地覆盖或包裹在使用增材制造工艺施加至所述表面上的模具嵌入物中。在这种实施例中，模具区段的中间表面在模制过程中并不直接接触光学装置形成成分，而是为向模制的光学装置赋予光学精密表面的模具嵌入物提供了支撑平台。

根据多种不同实施例，不论模具区段支撑件中间表面是否接触被模制的光学装置形成成分，模具区段支撑件均被选择成提供与有待模制的设计的光学装置的表面几何形状相近似的表面几何形状，同时适应将模具嵌入物添加至所述中间表面的至少一部分上。如之前所描述的，模具区段支撑件可以是从预定范围的提供多种不同离散几何形状的模具区段支撑件中选定的，或者模具区段支撑件可以使用适合于提供模具区段支撑件的经济和/或低精度制造方法(即，与精度增材制造工艺相比)来制造成近似于设计的光学装置的。

根据多种不同实施例，方法400可以包括通过增材制造工艺430将模具嵌入物施加至模具区段支撑件。在多种不同实施例中，施加模具嵌入物包括通过如本文之前所描述的增材制造工艺来使得嵌入物制造就位在模具区段支撑件的中间表面上。根据多种不同实施例，模具嵌入物被制造成用于提供光学精密表面几何形状，所述光学精密表面几何形状适合于向用模具区段模制的物体赋予光学质量表面。在多种不同实施例中，模具嵌入物可以被制造成提供包括错综复杂的几何形状的表面特征。

在多种不同实施例中，增材制造工艺可以包括将模具嵌入物材料施加至中间表面。通过增材制造施加模具嵌入物材料可以包括将模具嵌入物建造成多层模具嵌入物材料。根据多种不同实施例，增材制造工艺包括对模具区段支撑件的中间表面相继地添加两层或更多层模具嵌入物。可以取决于模具嵌入物材料和用于制造模具嵌入物的增材制造工艺而改变在模具嵌入物的增材制造过程中施加的每层模具嵌入物材料的厚度。根据多种不同实施例，模具嵌入物材料可以以小于约50μm的层厚度(即，深度)、或小于约15μm的层厚度、或小于约1.0μm的层厚度来添加。

同样地，增材制造完成后的模具嵌入物的总体厚度可以根据多种不同实施例、就厚度的均匀性以及就可变厚度的模具嵌入物的最大厚度而言而变化。例如，在多种不同实施例中，模具嵌入物可以包括相对于模具区段支撑件的中间表面以均匀厚度添加的模具嵌入物材料的涂层。在多种不同其他实施例中，在增材制造工艺430完成后，模具嵌入物可以具有可变总体厚度。根据多种不同实施例，不论模具嵌入物厚度的均匀性或变化性如何，模具嵌入物的最大厚度均小于约5000μm。在多种不同其他实施例中，所述模具嵌入物的最大厚度可以小于约250μm，或者小于约10.0μm。

根据多种不同实施例，模具嵌入物可以被配置成用于提供具有不对称的几何形状或错综复杂的表面特征几何形状的光学精密表面。根据本披露的多种不同实施例，用于施加模具嵌入物的增材制造工艺提供了若干优于传统的铣削技术的就以下而言的优点，其快速且经济地提供使用传统铣削加工生产起来是困难的或成本高昂的、包括径向非对称的几何形状或空腔或囊的复杂几何构型的能力。在多种不同实施例中，可以制造具有任何合适的、可以为光学装置而设计或测量的三维形状或构型的模具嵌入物。例如，接触透镜的后表面和/或前表面可以被设计成用于基于对有待适配的眼组织的测量和/或有待矫正和/或调整的屈光不正而提供精密适配、屈光矫正、和/或组织矫形，并且适合于模制光学装置表面的模具区段可以如本文所描述的被制备成赋予任何设计的接触透镜表面几何形状。

在多种不同实施例中，用于施加模具嵌入物的增材制造工艺的精度适合于向模具嵌入物赋予光学质量表面精度和/或几何形状，而不需要任何进一步的处理。然而，根据多种不同实施例，方法400可以包括用于提高光学质量表面的表面精度或光滑度的模具区段后处理步骤440。在多种不同实施例中，可以执行后处理来提高通过根据本领域技术人员应知晓的各种方法中的任意方法增材制造形成的表面的分辨率。同样地，根据多种不同实施例，机械抛光或磨光技术可以用于将模具区段的表面抛光至期望的表面光滑度。在多种不同实施例中，模具嵌入物和/或中间表面可以以预定尺寸或公差在尺寸上过大以补偿可能发生在抛光工艺中的预计磨蚀度。类似地，在多种不同实施例中，模具嵌入物可以以任何必要的方式制造来补偿任何所需的后制造工艺。然而，根据多种不同实施例，模具嵌入物并不经受进一步的工具加工或机加工来提供或改善通过增材制造施加的光学精密表面。

根据多种不同实施例，被添加至模具区段支撑件上的模具嵌入物包括与用于制备模具区段的增材制造工艺相兼容的材料。同样地，模具区段支撑件和/或模具嵌入物可以包括一种或多种材料，所述材料是与对光学装置形成成分进行模制相兼容的，或是与对可以随后针对光学装置形成成分用作模具的任何其他成分进行模制相兼容的。根据多种不同实施例，模具嵌入物可以包括与模具区段支撑件相同的材料，并且模具嵌入物可以响应于将模具嵌入物添加至模具区段支撑件的增材制造工艺而被附接、熔融、烧结、焊接或以其他方式被永久地附着(即，通过任何化学、机械或热学手段)于模具区段支撑件上。根据多种不同其他实施例，模具嵌入物可以包括与模具区段支撑件的材料不同的材料。在多种不同实施例中，模具嵌入物和/或模具区段支撑件可以包括可用化学方法从使用包括模具嵌入物和/或模具区段支撑件的模具区段模制而成的物体上移除或溶解的材料。换一种说法，在多种不同实施例中，在使用模具区段模制光学装置或模具后，模具区段或其一部分可以通过溶剂与所模制物体分离，同时留下完整无损的模制物体。

根据多种不同实施例，可以在模具区段支撑件上增材制造光学元件，所述光学元件变成随后通过模具形成的光学装置的部件。类似地，本披露的装置和方法可以用于制造用于模制光学装置元件的精密模具，所述光学装置元件随后被组装到完成的光学装置中。例如，可能难以模制或难以使用传统的铣削技术生产的光学装置“三明治”的多个不同区段可以使用本披露的模具区段和工艺来生产，这是由于增材制造工艺的多种不同优点。

根据多种不同实施例并且如图5所展示的，提供了模制光学装置500的方法。在多种不同实施例中，方法500可以包括制备包括模具嵌入物510的模具区段，将包括模具区段的光学装置模具与模具嵌入物520组装，使组装好的模具与光学装置形成成分530接触，以及使光学装置形成成分聚合以形成光学装置540。

根据多种不同实施例，方法500可以任选地包括制备包括模具嵌入物的模具区段来通过增材制造工艺将光学精密表面施加至模具区段，如以上参考图4所描述的。然而，在多种不同实施例中，包括模具嵌入物的模具区段可以是独立于方法500而制备的，并且所述模具区段可以简单地是在以下描述的步骤520中单独地获得或提供用于组装到光学装置模具中的。

在多种不同实施例中，方法500可以包括将包括模具区段的光学装置模具与模具嵌入物520进行组装。在多种不同实施例中，组装光学装置模具包括组装第一模具区段与第二模具区段，所述第一模具区段与第二模具区段被配置成用于接纳彼此并且在第一模具区段中间表面与第二模具区段中间表面之间形成空腔。根据多种不同实施例，第一模具区段中间表面和第二模具区段中间表面中的至少一者包括通过增材制造工艺被施加至模具区段支撑件上的光学精密表面，如以上详细描述的。

在多种不同实施例中，方法500可以包括使组装好的模具与光学装置形成成分530相接触。根据多种不同实施例，通过模具区段的组装形成的空腔中可以填充有光学装置形成成分。任何适合于形成聚合光学装置的可流动或可模制的光学装置形成成分都在本披露范围之中。例如，光学装置形成成分可以包括氟素硅胶丙烯酸酯、硅丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、硅水凝胶中的一者或多者，或者其他适合的材料。一般而言，任何透气性和/或具有生物适合性的光学材料均适合于在此处使用。多种不同光学装置形成成分和聚合条件的细节在本领域是公知的并且在本披露范围之外。

在光学装置形成成分被引入组装好的模具后，方法500可以进一步包括使光学装置形成成分在模具中聚合或以其他方式硬化以形成光学装置。根据多种不同实施例，聚合的光学装置将包括一个或多个光学表面，所述一个或多个光学表面具有由通过增材制造工艺添加至模具区段上的模具嵌入物的光学精密表面赋予所述装置的几何形状。换句话说，在工艺500中模制的光学装置的光学表面的至少一部分所包括的光学表面几何形状将是通过增材制造工艺添加至组装好的模具中的模具区段上的模具嵌入物的光学精密表面的互补几何形状。

根据多种不同实施例，具有用于通过增材制造工艺形成光学装置的模具嵌入物和光学精密表面的模具区段的制造可以与无尘室和/或无菌条件相兼容，从而由此消除或减少任何出于清洁或杀菌目的而对模制的光学装置进行后处理的需要。在多种不同实施例中，使用本披露的装置和方法制造的光学装置可以适合于在聚合并从模具移除后直接封装。

本领域技术人员应清楚的是，在本披露下可以做出多种不同修改和变态而不脱离本披露的精神或范围。例如，虽然主要参考接触透镜的静态或铸造模制描述了本披露，但是使用本披露的方法生产的模制装置可以用于使用任何已知的用于接触透镜生产的铸造或模制工艺来生产接触透镜，包括例如旋转铸造。此外，虽然已经主要参考光学装置的制造描述了本披露的装置和方法，但是在此披露的原理可以应用于多种不同要求精密和/或几何学上复杂或错综的表面的其他非光学装置。例如，本披露的装置和方法可以被应用于以下各项，如定制设计的假体和重建装置、牙种植体、用于组织生长的支架、定制适配的防护服、可植入式电极和传感器、微型尼龙搭扣附接表面、艺术或装饰作品、微尺度标签或个性化物品、定制电子电路，或诸如此类。因此，所旨在的是本披露覆盖落入在所附权利要求书及其等效物范围之内的对此披露的修改和变体。

同样地，在前述的说明中已经提出了多种特性和优点，包括与这些装置和/或方法的结构和功能的细节一起的多种不同替代方案。本披露仅旨在是示意性的，并且因此并不旨在是穷尽性的。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在所附权利要求书表述的条款的宽泛、大体的意思所指明的全部范围的程度上做出多种不同修改，尤其是在结构、材料、元件、部件、形状、尺寸、以及零件安排(包括在本发明的原理范围中的组合)的方面。在这些不同修改不偏离所附权利要求书的精神和范围的程度上，这些修改旨在被涵盖在于此。

Claims (20)

1.一种光学装置模具，包括：

模具区段，所述模具区段包括模具区段支撑件，其中，所述模具区段支撑件包括中间表面，所述中间表面具有表面几何形状，所述表面几何形状被配置成近似于设计的光学装置的表面几何形状；

增材模具嵌入物，包括附接至所述中间表面上的光学精密表面。

2.如权利要求1所述的模具，其中，所述模具嵌入物进一步包括具有错综复杂的几何形状的表面特征。

3.如权利要求1所述的模具，其中，所述模具嵌入物通过增材制造工艺附接至所述模具区段支撑件的中间表面。

4.如权利要求1所述的模具，其中，所述模具嵌入物被配置成用于向由所述模具模制而成的光学装置提供光学精密表面几何形状。

5.如权利要求1所述的模具，其中，所述模具包括两个或更多个模具区段，并且其中，每个模具区段进一步包括模具嵌入物。

6.一种制备光学装置模具区段的方法，包括:

选择具有第一中间表面的第一模具区段支撑件，所述第一中间表面带有第一中间表面几何形状，所述第一中间表面几何形状被配置成近似于设计的光学装置表面几何形状；

将模具嵌入物施加至所述第一中间表面，其中，所述模具嵌入物通过增材制造工艺来施加，并且其中，所述模具嵌入物包括光学精密表面。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述光学精密表面被配置成用于向由所述光学装置模具区段模制而成的光学装置提供所述设计的光学装置表面几何形状。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述光学精密表面在尺寸上过大以补偿在抛光工艺中的磨蚀。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括，将所述光学精密表面抛光至期望的表面光滑度以生成被抛光的光学精密表面，其中，所述被抛光的光学精密表面被配置成用于向由所述光学装置模具区段模制而成的光学装置提供所述设计的光学装置表面几何形状。

10.如权利要求6所述的方法，其中，所述增材制造工艺包括对所述第一中间表面添加两个或更多个相继层的模具嵌入物材料。

11.如权利要求6所述的方法，其中，在使用所述光学装置模具区段来模制光学装置之前，所述模具嵌入物不经受基本上改变所述光学精密表面的进一步的工具加工。

12.如权利要求6所述的方法，其中，所述增材制造工艺选自由以下各项构成的组：熔融沉积成型、PolyJet 3D打印、电子束无模成形制造、直接金属激光烧结、电子束熔化、选择性激光熔化、选择性热烧结、选择性激光烧结、立体光刻、多光子光聚作用、和数字光处理。

13.如权利要求6所述的方法，其中，所述模具嵌入物材料与模具区段支撑件材料相同。

14.如权利要求12所述的方法，其中，所述模具嵌入物材料附接至所述模具区段支撑件材料。

15.如权利要求6所述的方法，其中，所述模具嵌入物具有可变的最终厚度。

16.如权利要求6所述的方法，其中，所述模具嵌入物材料以小于约15μm的层厚度来施加。

17.如权利要求6所述的方法，其中，所述模具嵌入物具有小于约250μm的最大厚度。

18.如权利要求6所述的方法，其中，所述光学精密表面是不对称的。

19.一种模制光学装置的方法，包括:

制备包括第一模具区段和第二模具区段的光学装置模具，所述第一模具区段和第二模具区段被配置成用于接纳彼此并且在第一模具区段中间表面与第二模具区段中间表面之间形成空腔，其中，所述第一模具区段中间表面和所述第二模具区段中间表面中的至少一者包括通过增材制造工艺施加至模具区段支撑件的光学精密表面；

使得所述第一模具区段和所述第二模具区段与光学装置形成成分相接触，其中，形成在所述第一模具区段与所述第二模具区段之间的所述空腔被填充有光学装置形成成分；

使所述光学装置形成成分聚合以形成包括一光学表面几何形状的光学装置，所述光学表面几何形状是所述光学精密表面的互补几何形状。

20.一种光学装置，包括前表面、后表面、和任选的另一表面，其中，所述前表面、所述后表面、和所述另一表面中的至少一者具有与模具嵌入物相对应的光学精密表面，所述模具嵌入物包括通过增材制造工艺形成的光学精密表面。