CN108453963A - 一种基于光固化树脂的曲面反射镜制备方法及产品 - Google Patents

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Abstract

本发明属于反射镜片加工制造相关技术领域，并公开了一种基于光固化树脂的曲面反射镜制备方法，包括：选择玻璃、陶瓷、工程塑料或金属制作板状基底；根据待制备曲面反射镜的面型特征，加工获得对应的精密模压模具；在常温条件下，向基底注入及涂覆适量的光固化树脂，然后通过模压模具执行成型操作，当光固化树脂材料通过模压形成所需曲面反射镜的面型后对其执行光固化处理；然后通过真空镀膜方式均匀镀上金属或多层介质反射膜。本发明还公开了其他形式的制备方法及对应的产品。通过本发明，相应能够以更短周期、可任意控制面型和适于大批量规模生产的方式获得各类曲面反射镜产品，同时具备成本低、精度高、稳定性好、便于操控和适应性强等特点。

Description

一种基于光固化树脂的曲面反射镜制备方法及产品
技术领域
本发明属于反射镜片加工制造相关技术领域，更具体地，涉及一种基于光固化树脂的曲面反射镜制备方法及产品。
背景技术
曲面反射镜在光学系统中用于反射光源发射的光线，并在各类工业装置中均获得了广泛的运用。传统的制备曲面反射镜的成型工艺主要包括以下三类：第一类是通过传统机械研磨工艺将玻璃加工成凸面或凹面的球状面形；第二类先加热玻璃使其软化，然后在模具中成形及钢化；第三类是通过机械挤压等方式使钢化的平面玻璃按照镜托的曲面形状发生变形，并由粘结剂固定。
然而，对于第一类方案而言，只能制备球面反射镜，无法制备具有抛物面形和其他非球面面形的曲面反射镜；对于第二类方案而言，由于需要引入热弯之类的技术，此种工艺耗能高、成本复杂且难于精确控制，并不适宜大批量的工业化生产；对于第三类方案而言，虽然在一定程度上降低了工艺成本，但由于需要配备各类专用模具及大型生产线，往往只能实现特定曲面反射镜的生产，同时在产品加工精度及效率方面存在不足；此外，还因镜托与曲面反射镜之间不具备一致的温度膨胀系数，因此容易产生冷却后收缩不一致等现象，最终导致较大的精度误差等问题。相应地，本领域亟需做出进一步的改进，以便更好地符合现代化生产中对高精度曲面反射镜的质量需求。
发明内容
针对现有技术的以上不足之处和改进需求，本发明提供了一种基于光固化树脂的曲面反射镜制备方法及产品，其中通过结合曲面反射镜自身的构造特点来针对性设计其加工路线，尤其是通过同时采用光固化树脂及配合精密模具的使用来高精度制备反射镜，相应能够以更短周期、可任意控制面型和适于大批量规模生产的方式获得各类曲面反射镜产品，同时具备成本低、便于操控、适应性强等特点，因而尤其适用于需要高精度及灵活控制反射镜面型的光学系统应用场合。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于光固化树脂的曲面反射镜制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)基底的制作步骤
选择玻璃、陶瓷、工程塑料或金属制作板状基底，然后将该基底加工成为内侧具备凹陷区域的构造形式；此外，对该基底的凹陷区域执行表面粗糙化和清洁处理；
(b)模压模具的制作步骤
根据待制备曲面反射镜的面型特征，加工获得对应的精密模压模具；
(c)光固化树脂的涂覆、成型及固化步骤
在常温条件下，向所述基底的凹陷区域注入及涂覆适量的光固化树脂；接着，将所述金属模具与所述基底保持对置地放于所述光固化树脂上，平缓施压使得光固化树脂从基底侧面，并完全由所述光固化树脂材料模压形成所需的曲面反射镜面型，然后对其执行光固化处理；
(d)镀膜步骤
在完成固化后所形成的树脂材料层的最外侧，通过真空镀膜方式均匀镀上金属反射膜或者多层介质反射膜，由此获得最终的曲面反射镜产品。
通过以上构思，一方面，由于在整个制备过程中曲面反射镜的面型完全是由光固化树脂形成的，这样不仅可避免机械挤压之类的变形操作，而且能够根据实际工况在常规条件下、不受生产线或场地限制地即可形成任意的自由曲面形状，与现有技术相比显著扩大了工艺的适用范围和灵活性，同时还有助于提高曲面反射镜的精度；另一方面，由于针对性引入了单点金刚石机床加工技术来配套加工精密模压模具，并且结合曲面反射镜的制造特点在关键工艺参数上进行了研究和设计，相应在进一步提高最终所获得光学制品的综合性能的同时，还特别适用于多类型、多特性的曲面反射镜的大规模复制生产场合，同时大大降低了制造周期，并降低生产成本。
作为进一步优选地，在步骤(a)中，所述玻璃基底的凹陷区域优选使用数控机床加工而成。
作为进一步优选地，在步骤(b)中，所述金属模具优选由热膨胀系数小于15E-6/℃的金属材质制成。
作为进一步优选地，在步骤(c)中，对于完成固化后所形成的树脂材料层而言，其厚度优选为10微米～200微米。
作为进一步优选地，当所述基底选择由不透光材料如金属和陶瓷制成时，所述模压模具优选为譬如蓝宝石的透光材料制成，光固化过程紫外光线由模具端照射进入树脂层。
作为进一步优选地，在所述光固化处理过程中，辐射光源优选采用UV LED光源或带有玻璃滤光器的金属卤素灯在光强为10mW/cm2以上的参数下照射，固化60秒以上；光固化过程中模具持续向基底方面保持施加压力。
作为进一步优选地，优选采用单点金刚石机床加工获得对应的精密模压模具，并且该加工机床控制器优选支持精度高于1纳米的编程分辨率以及32皮米的反馈分辨率，该模压模具的表面粗糙度小于5纳米，形状误差小于0.3微米。
作为进一步优选地，在步骤(d)中，所述真空镀膜过程优选设计如下：首先将步骤(c)所形成的工件放入真空室，并启动高压变压器在辉光放电的状况下形成等离子体，工件经等离子体进行轰击清洗活化处理；接着，将完成等离子体清洗活化后的工件在真空室内执行镀膜处理。
作为进一步优选地，所述金属反射膜的厚度优选为100纳米～200纳米，金属膜表面可增加介质保护膜层。。
按照本发明的另一方面，还提供了另外一种在材质选择及关键加工参数方面更为优化设计的曲面反射镜制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(i)选择玻璃制作板状基底，将其加工成为内侧具备凹陷区域的构造形式；接着，对该凹陷区域执行表面粗糙化和清洁处理。
(ii)根据待制备曲面反射镜的面型特征，采用镍金属作为材料并获得对应的精密模压模具；例如，优选可通过单点金刚石机床加工技术获得对应的镍模具，并且该模压模具及加工指标优选设计如下：该加工机床控制器优选支持精度高于1纳米的编程分辨率以及32皮米的反馈分辨率，该模压模具的表面粗糙度小于5纳米，形状误差小于0.3微米。
(iii)将所述玻璃基底通过固定件予以固紧，并在常温调节下向所述凹陷区域注入及涂覆适量的UV胶；接着，将所述镍模具与所述玻璃基底保持置地放于所述UV胶上，平缓施压使得UV胶从基底侧面挤出，并由于由该UV胶模压形成所需的曲面反射镜面型；
(iv)从所述玻璃基底的底部直接施加紫外线照射，待所述UV胶固化后，将所获得的工件放入真空室首先执行等离子体清洗活化处理，然后在真空室内进行真空镀膜处理，由此获得最终的曲面反射镜产品。
作为进一步优选地，对于所述真空镀膜处理而言，其优选在完成固化后所形成的UV胶层的最外侧镀上金属反射膜或多层介质反射膜，并且金属膜的厚度优选设定为100纳米～200纳米。
按照本发明的又一方面，还提供了相应的曲面反射镜产品。
作为进一步优选地，所述曲面反射镜优选为单片曲面反射镜。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1、通过对整个工艺路线的处理路线及关键参数等方面进行针对性研究和设计，不仅可根据工况实际需要来实时调整获得多种类型和复杂面型的曲面反射镜产品，而且光固化树脂与单点金刚石机床加工技术的有机结合能够显著提高所制造反射镜的质量精度，大大降低生产周期，实现实地按需式的大规模复制生产；
2、本发明能够实现基底与模具多样化的组合，可生产树脂与工程塑料、树脂与玻璃、树脂与陶瓷、树脂与金属等多种复合结构的曲面反射镜，其中通过精密模压成型工艺尤其是关键工艺参数的针对性设计，所获得的反射镜产品与常规镜片的研磨制造技术相比可高精度任意控制面型，同时提高了光学系统的综合性能；
3、本发明还进一步对镍模具与UV胶的组合方式进行了研究和设计，相应能够以更高效率、便于质量控制的方式获得高质量的复合反射镜产品，同时可适于在常规工艺条件下、不受生产线或场地限制开展镜片生产；此外，常温或低温的光固化模压成型过程有效减少模具、树脂和基底材料的热膨胀带来的变形问题，增加镜片的制造精度；
4、按照本发明的工艺方法整体上能够以更短周期、可任意控制面型和适于大批量规模生产的方式获得各类曲面反射镜产品，同时具备成本低、便于操控、适应性强等特点，因而尤其适用于需要高精度及灵活控制反射镜面型的光学系统应用场合。
附图说明
图1是按照本发明所构建的基于光固化树脂的曲面反射镜的制备过程操作示意图；
图2是按照本发明所构建的制备方法的工艺流程图；
图3a是按照本发明优选实施方式、示范性显示镍模具与涂覆有-UV胶的玻璃基底的布置示意图；
图3b是示范性显示镍模具与玻璃基底执行模压操作时的示意图；
图3c是示范性显示完成镀膜操作后的曲面反射镜的构造示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用于表示相同的元件或结构，其中：
1-模压模具 2-UV胶 3-玻璃基底 4-按压在UV胶上的模具 5-发生变形的UV胶 7-紫外光线 8-金属膜或多层介质反射膜 9-已压制成型并固化后的UV胶层
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明所构建的基于光固化树脂的曲面反射镜的制备过程操作示意图，图2是按照本发明所构建的制备方法的工艺流程图。如图所示，该工艺方法主要包括基底制作、模压模具制作、树脂层的成型以及镀膜等操作；此外还专门针对单点金刚石机床加工技术和树脂层成型这两个重要步骤中的多个关键工艺参数针对性进行了研究和设计。下面将对这些步骤逐一进行具体解释说明。
首先，是基底的制作步骤。
可选择玻璃、陶瓷、工程塑料或树脂制作板状基底，并与光固化树脂构成多种类型的复合结构。该基底被加工成为内侧具备凹陷区域的构造形式，此外对该基底的凹陷区域执行表面粗糙化处理，同时在该基底的侧面设置多个排胶口。
更具体地，按照本发明的一个优选实施例，如图3a所示，可采用玻璃来制作玻璃基底3，通过数控机床将其加工成为内侧具备凹陷或弯曲区域的构造形式；接着，对该凹陷区域执行表面粗糙化和清洁处理。
接着，作为本发明的关键改进之一，紧密结合以上的制造路线及实际工况需求，本发明中不仅采用模压工艺来加工成型反射镜面型，而且还优选单点金刚石机床加工技术来执行其中的模具加工步骤，由此根据待制备曲面反射镜的面型特征来加工获得对应的精密模具；之所以这样设计，不仅可紧密结合单点金刚石机床加工技术的优势来高精度、高效率获得各种复杂类型的欲成型曲面，而且该精密模具能够更好地与光固化树脂相配合，由此完全依靠光固化树脂即可实现对面型的高精度控制，并有效减少镜片热膨胀带来的变形等问题。
更具体地，按照本发明的一个优选实施例，同样如图3a所示，1代表通过单点金刚石机床获得的模压模具，其优选采用镍金属作为材料并通过单点金刚石机床加工获得对应的镍模具。通过采用热膨胀系数小的金属作为成型模具的材料，有利于提高曲面反射镜表面的精度，同时模压成型的方法易于控制欲加工面的面型，可实现各类特殊化的面型制作。
接着，是光固化树脂的涂覆、成型及固化步骤。同样作为本发明的关键改进之一，可在常温条件下，向所述基底的凹陷区域注入及涂覆适量的光固化树脂；接着，将所述金属模具与所述基底保持对置地放于所述光固化树脂上，平缓施压使得光固化树脂从基底的侧面挤出，并完全由所述光固化树脂材料模压形成所需的曲面反射镜面型，然后通过紫外光照射对其执行光固化处理。
更具体地，如图3b所示，按照本发明的一个优选实施例，可将所述玻璃基底3通过固定件予以固紧，并在常温调节下向所述凹陷区域注入及涂覆适量的UV胶2；接着，将所述镍模具与所述玻璃基底保持置地放于所述UV胶上，平缓施压使得UV胶从基底侧面挤出，并由于由该UV胶模压形成所需的曲面反射镜面型，其中4表示按压在UV胶上的镍模具，5表示发生变形的UV胶。此外，在本实施例中，可以从所述玻璃基底的底部直接施加紫外光线7照射，待所述UV胶固化后即获得预设厚度的UV胶层。
最后，是镀膜步骤。
在完成固化后所形成的树脂材料层的最外侧，通过真空镀膜方式均匀镀上金属反射膜或多层介质反射膜，由此获得最终的曲面反射镜产品。
更具体地，如图3c所示，待所述UV胶固化后，将所获得的工件放入真空室首先执行等离子体清洗活化处理，然后在真空室内进行真空镀膜处理，由此获得最终的曲面反射镜产品。
综上，本发明与现有方案相比，其中通过结合曲面反射镜自身的构造特点来针对性设计其加工路线，尤其是通过同时采用光固化树脂及配合精密模具的使用在预先加工好的基底表面制备高精度的反射镜，相应能够以更短周期、可任意控制面型和适于大批量规模生产的方式获得各类曲面反射镜产品，同时具备成本低、精度高、稳定性好以及便于操控、适应性强等特点，因而尤其适用于需要高精度及灵活控制反射镜面型的光学系统应用场合。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光固化树脂的曲面反射镜制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)基底的制作步骤
选择玻璃、陶瓷、工程塑料或金属为材料制作板状基底，将该基底加工成为内侧具备凹陷区域的构造形式；此外，对该基底的凹陷区域执行表面粗糙化和清洁处理；
(b)模压模具的制作步骤
根据待制备曲面反射镜的面型特征，加工获得对应的精密模压模具；
(c)光固化树脂的涂覆、成型及固化步骤
在常温条件下，向所述基底的凹陷区域注入及涂覆适量的光固化树脂；接着，将所述金属模具与所述基底保持对置地放于所述光固化树脂上，平缓施压使得光固化树脂从基底的侧面挤出，并完全由所述光固化树脂材料模压形成所需的曲面反射镜面型，然后对其执行光固化处理；光固化完成后，实施脱模步骤，即将模具与固化后的树脂层分开；
(d)镀膜步骤
在完成固化后所形成的树脂材料层的最外侧，通过真空镀膜方式均匀镀上金属反射膜或多层介质反射膜，由此获得最终的曲面反射镜产品。
2.如权利要求1所述的曲面反射镜制备方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述金属模具优选由热膨胀系数小于15E-6/℃的金属材质制成。
3.如权利要求1或2所述的曲面反射镜制备方法，其特征在于，在步骤(c)中，对于完成固化后所形成的树脂材料层而言，其厚度优选为10微米～200微米。
4.如权利要求1-3任意一项所述的曲面反射镜制备方法，其特征在于，在所述光固化处理过程中，辐射光源优选采用UV LED光源或者带有玻璃滤光器的金属卤素灯在光强为10mW/cm2以上的参数下照射，固化60秒以上；固化过程中模具持续向基底方向施加压力。
5.如权利要求1-4任意一项所述的曲面反射镜制备方法，其特征在于，优选采用单点金刚石机床加工获得对应的精密模压模具，并且该加工机床控制器优选支持精度高于1纳米的编程分辨率以及32皮米的反馈分辨率，该模压模具的表面粗糙度小于5纳米，形状误差小于0.3微米。
6.如权利要求1-5任意一项所述的曲面反射镜制备方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述真空镀膜过程优选设计如下：首先将步骤(c)所形成的工件放入真空室，并启动高压变压器在辉光放电的状况下形成等离子体，工件经等离子体进行轰击清洗活化处理；接着，将完成等离子体清洗活化后的工件在真空室内执行镀膜处理，在其表面均匀镀上金属反射膜或者多层介质反射膜，由此获得最终的曲面反射镜产品。
7.如权利要求6所述的曲面反射镜制备方法，其特征在于，所述金属反射膜的厚度优选为100纳米～200纳米，金属膜表面可增加介质保护膜层。
8.一种基于UV胶的曲面反射镜制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(i)选择玻璃制作板状基底，将其加工成为内侧具备凹陷区域的构造形式；接着，对该凹陷区域执行表面粗糙化和清洁处理；
(ii)根据待制备曲面反射镜的面型特征，加工获得对应的精密模压模具；
(iii)将所述玻璃基底通过固定件予以固紧，并在常温调节下向所述凹陷区域注入及涂覆适量的UV胶；接着，将所述镍模具与所述玻璃基底保持置地放于所述UV胶上，平缓施压使得UV胶从玻璃基底的侧面挤出，并由于由该UV胶模压形成所需的曲面反射镜面型；
(iv)从所述玻璃基底的底部直接施加紫外线照射，待所述UV胶固化后，将所获得的工件放入真空室首先执行等离子体清洗活化处理，然后在真空室内进行真空镀膜处理，由此获得最终的曲面反射镜产品。
9.如权利要求8所述的曲面反射镜制备方法，其特征在于，对于所述完成固化后形成的UV胶层而言，其厚度优选为10微米～200微米；对于所述真空镀膜处理而言，其优选在完成固化后所形成的UV胶层的最外侧镀上金膜，并且其厚度优选设定为100纳米～200纳米。
10.一种曲面反射镜产品，其按照如权利要求1-9任意一项所述的方法制备而成。
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