CN115335213A - 通过3d打印的功能膜片 - Google Patents
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Abstract
一种制造光学镜片(417，901)的方法，包括：(S301)获得具有至少一个光滑表面的透明热塑性(TP)载体(410，1210)；(S305)使用热塑性长丝(403)经由3‑D打印机在与透明TP载体(410，1210)的至少一个光滑表面相反的一侧上打印出至少一个透明层(420，1220)，每个透明层(420，1220)具有预定的滤光性质，由此形成功能层(420，1220)；以及(S307)进行注射包覆成型工艺(415)以将功能层(420，1220)熔结至热塑性基材，由此形成该光学镜片，其中，透明TP载体(410，1210)的至少一个光滑表面形成所制造的光学镜片(417，901)的光滑表面。
Description
背景
技术领域
本披露内容涉及一种利用增材方法制造适于用常见的注射包覆成型工艺生产光学镜片的功能膜片的方法。例如，提出了使用光滑热塑性载体的FDM 3-D打印工艺，以生产出具有滤光功能的膜片。
背景技术
本文提供的“背景”说明是为了总体上介绍本披露内容的背景。当前提名的发明人的工作在本背景技术部分中所描述的程度上、以及在提交时间时可能不被认定为现有技术的本说明的方面，既没有明确地也没有隐含地承认是针对本发明的现有技术。
包含眼镜和接触镜片的矫正镜片用于治疗眼睛的屈光不正，比如近视、远视、散光和老花眼。眼镜配戴在面部上、在眼睛前方较短距离处。接触镜片直接配戴在眼睛的表面上。
用于镜片的材料通常包括玻璃和塑料。玻璃镜片由于其相较于塑料镜片而言相对较高的重量而较不常见。塑料镜片是目前最常见的指定镜片，因为其相对安全、成本较低、易于生产且光学质量高。许多类型的塑料镜片的主要缺点是镜片可能容易被刮划以及生产较高折率镜片的限制和成本。聚碳酸酯的重量比正常塑料的重量轻。它阻挡UV射线、抗破裂、并且用于运动眼镜和儿童及青少年的眼镜。因为聚碳酸酯是软性的，将容易被刮划，所以通常会在镜片成形和抛光后施涂防刮划涂层。
熔融沉积成型TM(FDM；有时也被称为熔丝制造或FFF)是一种有成本效益的生产定制的三维(3-D)热塑性零件和原型的方法。图1是FDM 3-D打印机的示意图。包含长丝103的长丝线轴101被供应至挤出机105，在加热器端107中被加热，然后被供给通过喷嘴109，以在打印床113上打印出零件111。
FDM 3-D打印机还包括可编程控制器。可编程控制器控制喷嘴109在平面X-Y方向上的移动并且通过在Z方向上移动而施加层。另外，可编程控制器还控制经加热长丝的喷射。通过控制喷嘴的移动和经加热长丝的喷射，可以在层的X-Y平面的每个水平处形成各种图案，而且在Z方向上施加层允许形成各种3-D形状。另外，可以改变长丝材料，以生产出不同材料的层。
FDM 3-D打印的主要缺点是其无法以足以实现光学质量的足够精细的分辨率进行生产。FDM的分层方法导致零件表面上出现许多强烈散射光的刚性边缘(或有时出现小孔)(参见图2中的FDM打印功能膜片201)，导致粗糙和不透明的外观。进一步地，层粘结机制使FDM部件本身具有各向异性并且冲击强度差。因此，FDM 3-D打印目前在光学行业普遍被认为不适于用于光学镜片的生产。
发明内容
第一方面是一种制造光学镜片的方法。该方法包括：获得具有至少一个光滑表面的透明热塑性(TP)载体；使用热塑性长丝经由3-D打印机在与该透明TP载体的至少一个光滑表面相反的一侧上打印出至少一个透明层，每个透明层具有预定的滤光性质，由此形成功能层；以及进行注射包覆成型工艺以将该功能层熔结至热塑性基材，由此形成该光学镜片，其中，该透明TP载体的至少一个光滑表面形成该所制造的光学镜片的光滑表面。
应当注意，透明TP载体通过这种制造方法被保留下来，并因此包括在最终制造的镜片中，此载体的光滑表面也因此存在于该镜片中。
所述至少一个光滑表面可以展现出大于或等于50nm的粗糙度平均参数Ra。
第二方面，该打印包括经由该3-D打印机打印出多个透明层，每个透明层具有不同的滤光性质，以形成多功能层，其中，该滤光性质是由以下组成的组中的一项：紫外(UV)截止、蓝光截止、色彩增强、光致变色、和近红外(NIR)截止。
第三方面，该透明TP载体具有至少一个预定的滤光性质。
第四方面，该热塑性长丝包括与该透明TP载体的材料兼容的长丝材料，以便加强该透明层与该透明TP载体的结合。
第五方面，该长丝材料选自由以下组成的组：聚碳酸酯(PC)、脂环族聚碳酸酯共聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酰亚胺)(PMMI)、聚酰胺(PA)、聚酯、共聚酯、聚砜(PSU)、三乙酸纤维素(TAC)、热塑性聚氨酯(TPU)和环状烯烃共聚物(COC)。
第六方面，该热塑性基材具有与该功能层的最外层的材料兼容的材料，以便加强该热塑性基材与该功能层的结合。
第七方面，该透明TP载体是多个层的偏振层压件，其中，这些层中的两个或更多个层由选自由以下组成的组中的不同材料构成：聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、三乙酸纤维素(TAC)、聚酰胺(PA)、环状烯烃共聚物(COC)、热塑性聚氨酯(TPU)和多层光学薄膜(MOF)。
第八方面，该透明TP载体是多个层的光致变色层压件，其中，这些层中的两个或更多个层由选自由以下组成的组中的不同材料构成：聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚醚嵌段酰胺(PEBA)、三乙酸纤维素(TAC)、聚酰胺(PA)、环状烯烃共聚物(COC)和热塑性聚氨酯(TPU)。
第九方面，该打印进一步包括将该TP载体加热至比其玻璃化转变温度(Tg，载体)低小于50℃的温度(T载体)，使得0℃＜Tg，载体-T载体≤50℃，并且加热优选地使得5℃≤Tg，载体-T载体≤30℃。
第十方面，该打印进一步包括将特定图案结合至该至少一个透明层中。
第十一方面，该特定图案包括与镜片制造商有关的数据并且使用IR吸收染料结合。
第十二方面，该特定图案用于散射光并且是一组环，每个环都是同心的，并且是由直径为0.3mm或更小的节圆形状制成的，并且该透明TP载体的折射率与该特定图案的材料的折射率不同。
第十三方面，该至少一个透明层被打印成由以下制成的网格：
-一组扩散点，该组扩散点的折射率与该热塑性基材的折射率不同，
-一组光散射点，该组光散射点的大小介于100nm到10μm之间。
第十四方面：
-该透明TP载体的获得步骤使得该透明TP载体是弯曲的并且该透明TP载体的两侧都是光滑表面；并且
-该打印步骤是经由该3-D打印机在该弯曲的透明TP载体的凹形侧上实施的。
第十五方面，该透明TP载体的至少一个光滑表面面向注射模具的凹形嵌件，该注射包覆成型工艺在该注射模具中进行。
说明性实施例的前述一般描述及其以下详细描述仅仅是本披露内容的教导的示例性方面，而不是限制性的。
附图说明
当结合附图考虑以下详细描述时，将容易获得对本披露内容及其许多伴随优点的更全面理解，因为通过参考以下详细描述可以更好地理解本披露内容，在附图中：
图1是FDM 3-D打印机的示意图；
图2是FDM 3-D打印功能膜片；
图3是根据本披露内容的示例性方面的使用FDM 3-D打印机和注射包覆成型制造光学镜片的方法的流程图；
图4是根据本披露内容的示例性方面的用于使用FDM 3-D打印机和注射包覆成型制造光学镜片的系统的示意图；
图5是注射包覆成型工艺的示意图；
图6是根据本披露内容的示例性方面的图3的方法的流程图，该方法包括打印透明层；
图7是图3的方法的流程图，该方法包括将TP载体加热至低于玻璃化转变温度的温度；
图8是图3的方法的流程图，该方法包括将透明层打印成呈扩散点网格的图案；
图9展示了排列在单光眼镜镜片上的微透镜；
图10是图3的方法的流程图，该方法包括结合特定几何图案；
图11展示了根据本披露内容的示例性方面的具有特定图案的功能膜片；以及
图12是根据本披露内容的示例性方面的用于使用FDM 3-D打印机和注射包覆成型制造光学镜片的系统的示意图。
具体实施方式
在附图中，类似的附图标记在几个视图中表示相同或对应的部分。进一步，如本文所用，除非另有说明，否则词语“一个(a)”、“一个(an)”等通常具有“一个或多个”的含义。除非另有说明或展示示意性结构或流程图，否则附图通常按比例绘制。
此外，术语“大致(approximately)”、“大约(approximate)”、“约(about)”和类似术语通常指的是包括在20％、10％或优选5％的余量内的识别值以及其间的任何值的范围。
3D打印提供了比如对小体积和快速原型任务来说更具成本效益等益处。FDM可以用于快速地且有成本效益地从具有特定染料和/或滤光片(比如UV截止、蓝光截止、NIR截止、色彩增强和光致变色)的热塑性长丝来生产功能膜片。
使用FDM形成光学质量零件的一种可能方法可以是通过常规的注射包覆成型工艺(或薄膜嵌件成型工艺)将功能膜片集成到眼科镜片的前表面上。在这种方法中，在常规的注射包覆成型工艺期间，功能膜片的前表面(凸形表面)与眼科镜片的模腔壁(凹形嵌件表面)在远低于其玻璃化转变温度Tg的温度下接触。玻璃化转变温度表征了无定形聚合物从脆性、玻璃状固体到粘性或橡胶状物质的二级转化。注射模具中的模腔温度T模腔必须低于膜片的玻璃化转变温度Tg，膜片，使得功能膜片在被嵌入模腔中时保持其形状。进一步地，模腔温度T模腔必须低于镜片材料的玻璃化转变温度(Tg，镜片)，因此所得镜片为固体形式，其刚性足以在不变形的情况下顶出。在这种方法中，T模腔≤Tg，镜片-20(℃)。此外，膜片材料和镜片材料应当是相同的，以便保证膜片与镜片之间的兼容性以实现良好的结合。在这种情况下，Tg，膜片＝Tg，镜片。
然而，使用这种方法，即使膜片的后表面(凹形表面)会被熔化的镜片材料融化并且成为所得镜片的组成部分，但前表面也会在整个注射包覆成型工艺中保持固体并且保持其表面纹理。因此，通过FDM 3-D打印生产的集成了功能膜片的光学镜片的表面不会是光滑的。
本披露内容的一个目的是描述一种使用FDM 3-D打印机生产用于生产光学镜片的功能膜片的方法。一方面，将通过FDM 3-D打印而打印出的功能膜片与常规的注射包覆成型工艺一起用于生产光学镜片。
使用FDM 3-D打印功能膜片的常规的注射包覆成型工艺尚无法实现具有光学质量的镜片的原因在于，功能膜片的前表面保持远低于其玻璃化转变温度Tg的温度并且因此在整个工艺中保持固体。已经确定的是，可以至少通过以下来克服这个问题：首先获得至少具有光滑前表面的单层或多层功能热塑性载体，然后将3D打印的附加的(多个)功能层熔结至载体的后表面上。热塑性载体的至少前表面是光滑的。所得3D打印制品会保留功能载体的光滑前表面，同时通过附加的(多个)层增添新的功能。3D打印制品可以用作功能膜片与常规的注射包覆成型一起来生产具有光滑表面的光学制品。
在一些实施例中，获得了扁平的、多层的、透明热塑性(TP)载体，并且使用FDM 3-D打印机将透明层打印在该载体的一侧上。该透明层可以使用具有特定滤光(比如蓝光截止(BCT)、色彩增强、光致变色(PhCh)和近红外(NIR)光截止)的TP长丝打印出以制备功能膜片。然后，可以将此功能膜片与常规的注射包覆成型工艺一起用于生产具有特定滤光功能的光学镜片。在一些方面，可以将若干层不同的滤光片打印在载体上，以制备出具有多种功能(比如PhCh/BCT、BCT/NIR截止、PhCh/BCT/NIR截止和其他滤光功能)的膜片。
图3是根据本披露内容的示例性方面的使用FDM 3-D打印机和注射包覆成型制造光学镜片的方法的流程图。制造光学镜片的方法包括：S301，获得具有至少一个光滑表面的透明热塑性(TP)载体；S303，使用热塑性长丝经由FDM 3-D打印机在与透明TP载体的至少一个光滑表面相反的一侧上打印出至少一个透明层，每个透明层具有预定的滤光性质，以形成功能层；以及S307，进行注射包覆成型工艺以将功能层熔结至热塑性基材以形成光学镜片。
图4是根据本披露内容的示例性方面的用于使用FDM 3-D打印机和注射包覆成型制造光学镜片的系统的示意图。热塑性(TP)长丝403的长丝线轴101被供应至挤出机105，在加热器端107中被加热，然后通过喷嘴109，以在TP载体410上打印出功能层420。在一些实施例中，透明TP载体410是扁平的并且在至少前侧(即，背离喷嘴109的一侧)上具有光滑表面。FDM 3-D打印机使用TP长丝403在载体410的后侧上打印出透明层420。TP长丝403可以具有特定滤光(比如蓝光截止(BCT)、色彩增强、光致变色(PhCh)和NIR截止)，以制备出功能膜片413。在一些实施例中，在419中，功能层413可以热成形为镜片形状以实现期望的光学性质。此功能膜片413或419可以与常规的注射包覆成型工艺415(如图9所展示的)一起用于生产具有特定滤光功能的光学镜片417。
在一些实施例中，可以将若干层不同的滤光片打印在TP载体410上，以生产出具有多种功能(比如PhCh/BCT、BCT/NIR截止、PhCh/BCT/NIR截止和其他光学功能)的膜片413。进一步地，TP载体410可以由本身具有特定滤光片的TP薄膜制成，以引入附加的功能。
优选的是，用于打印功能层420的长丝403和TP载体410由相同的材料制成或由彼此兼容的材料制成，以保证所得膜片413的功能层/载体界面的良好的结合和光学透明度。相同的长丝材料和载体材料的示例包括但不限于聚碳酸酯(PC)、脂环族聚碳酸酯共聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酰亚胺)(PMMI)、聚酰胺(PA)、共聚酯、三乙酸纤维素(TAC)、热塑性聚氨酯(TPU)和环状烯烃共聚物(COC)。不偏好的长丝/载体对的示例包括但不限于PMMA/PC、共聚酯/PC、聚酯合金/PC和脂环族聚碳酸酯/PC。PMMA的非限制性示例包括Evonik
Arkema
和ChiMei
PMMI的非限制性示例包括Evonik
共聚酯的非限制性示例包括Eastman TRITANTM和SKChemical
聚酯合金的非限制性示例包括Sabic XYLEXTM。脂环族聚碳酸酯的非限制性示例包括三菱化学公司的DURABIOTM和Teijin
PC的非限制性示例包括Sabic LexanTM、Teijin
和Covestro
进一步地，为了将3D打印功能膜片413与注射包覆成型415一起使用，镜片材料和功能膜片413的后部的最外层可以是相同的或兼容的，以保证所得光学镜片的良好的结合和良好的透明度。长丝材料和载体材料的上述示例也适用于镜片材料的情况。
图5是注射包覆成型工艺的示意图。注射包覆成型工艺415用于将功能膜片集成至热塑性镜片上。整个工艺在恒定的模腔温度(T模腔)下进行，该恒定的模腔温度基本上保持低于功能膜片材料的玻璃化转变温度(Tg，膜片)。在501中，打开模具。在503中，将功能膜片413嵌入模具中。在505中，关闭模具。在507中，将熔化的镜片材料520注射至模具中，并且将镜片材料520熔结至功能膜片413。在509中，从模具中顶出镜片417。
在一些实施例中，工艺流程可以从在至少一侧上具有光滑表面的3层扁平层压件作为载体410开始，以用FDM 3-D打印制备出功能膜片413。层压件的典型示例包括PC/PVA/PC和TAC/PVA/TAC偏振层压件、PC/PU/PC和PC/TPU/PC光致变色层压件、PC/MOF(多层光学薄膜)/PC偏振和/或蓝光截止和/或反射镜层压件。这些类型的层压件(尤其是PVA偏振或MOF)通常具有仅通过3D打印难以实现的功能。通过与FDM 3-D打印组合，可以为这样的层压件增添额外的功能，而不必修改组成层。例如，可以将色彩增强层打印在PC/PVA/PC偏振载体上，以生产出具有色彩增强功能的偏振膜片。可以使用类似的方法通过将色彩增强层打印在PC/PU/PC载体上来提供色彩增强光致变色膜片。
在一些实施例中，透明TP载体是多个层的偏振层压件，其中两个或更多个层是由不同材料制成的。偏振层压件包括但不限于聚碳酸酯(PC)/聚乙烯醇(PVA)/PC、三乙酸纤维素(TAC)/PVA/TAC、聚酰胺(PA)/PVA/PA、环状烯烃共聚物(COC)/PVA/COC、热塑性聚氨酯(TPU)/PVA/TPU、和PC/多层光学薄膜(MOF)/PC。尽管这些层压件是对称的，但也可以使用非对称层压件。
在一些实施例中，透明TP载体是多个层的光致变色层压件，其中两个或更多个层是由不同材料制成的。光致变色层压件包括但不限于聚碳酸酯(PC)/聚氨酯(PU)/PC、PC/聚醚嵌段酰胺(PEBA)/PC、三乙酸纤维素(TAC)/PU/TAC、TAC/PEBA/TAC、聚酰胺(PA)/PU/PA、PA/PEBA/PA、环状烯烃共聚物(COC)/PU/COC、COC/PEBA/COC、和热塑性聚氨酯(TPU)/PU/TPU、和TPU/PEBA/TPU。尽管这些层压件是对称的，但也可以使用非对称层压件。
图6是根据本披露内容的示例性方面的图3的方法的流程图，该方法包括打印透明层。如上文提及的，可以将若干层不同的滤光片打印在TP载体410上，以生产出具有多种功能的膜片413。在S601中，FDM 3-D打印机打印出若干个透明层420，其中，每个透明层具有不同的滤光性质，以形成多功能层。
图7是图3的方法的流程图，该方法包括将TP载体加热至低于玻璃化转变温度的温度。特别地，为了提升3D打印层的质量并且为了增强3D打印功能层420与TP载体410之间的结合强度，优选的是，在3D打印(S303)期间，在S701中，将载体加热至并维持在比其玻璃化转变温度(Tg，载体)低小于50℃的温度(T载体)，即，0＜Tg，载体-T载体≤50℃，更优选地，5℃≤Tg，载体-T载体≤30℃。这样的温度条件可以通过使用经加热的打印床和/或在经加热的腔室中进行3D打印来实现。
本披露内容的一个优点是，使用了模具温度恒定的常规的注射包覆成型工艺，与加热/冷却工艺相比，该常规的注射包覆成型工艺的模具设计远远没有那么复杂并且周期短得多。进一步地，可以向现有的功能载体增添补充功能和/或互补功能，这会显著缩短开发新的功能膜片的时间并且减少开发新的功能膜片的成本。而且，因为长丝挤出和FDM 3-D打印通常是在与注射成型工艺相比较低的材料温度、较低的材料剪切和较短的材料滞留时间下进行的，所以本发明方法比注射成型更适用于制备具有热敏性染料/滤光片的功能膜片。
在一些实施例中，FDM可以3D打印出特定图案，而不是增添均匀层。特定图案可以用于直写出与镜片制造相关的一些数据，例如在FDM沉积材料中使用IR吸收染料。特定图案也可以包括微透镜、双焦点镜片、三焦点镜片、和渐进式镜片。
在一个实施例中，可以出于近视控制目的形成特定图案。图8是图3的方法的流程图，该方法包括将透明层打印成扩散点网格。在S801中，可以打印出由一组扩散点制成的网格，作为降低镜片周边的对比度的解决方案(例如，以便延缓儿童的近视演变，参见US2011/0313058)。图9展示了排列在单光眼镜镜片上的微透镜。该组扩散点可以是微透镜，这些微透镜的直径通常为十分之一毫米左右至约1.1毫米并且高度为约1微米。屈光力在镜片901的中心905处，而微透镜形成阵列903作为特定图案。
在此实施例中，FDM材料的折射率(RI)需要与所注射的镜片材料的折射率有所不同，以形成光学散射。例如，使用厚度0.3mm和宽度或直径0.3mm的点、使折射率差异ΔRI＝0.01将足以提供光学散射(0.3mm×0.01>>可见光的波长)。较小的点对于提高点的散射角度来说可能是优选的。例如，0.2mm直径将在(3/2)2＝2.25较大的角度区域上散射光。
在一个实施例中，可以增添具有散射性质的FDM长丝材料。这种材料可以是混合有颜料的PC，其大小介于100nm到10μm之间。
在一些实施例中，可以打印其他图案。图10是图3的方法的流程图，该方法包括结合特定图案。在S1001中，可以将透明层打印成特定几何图案。图11展示了根据本披露内容的示例性方面的具有特定几何图案的功能膜片。在图11中，膜片1101包括经由FDM沉积的用于散射光的特定几何图案1103。特别地，该特定几何图案是一组环(每个环都是同心的)并且是由直径为0.3mm或更小的节圆形状制成的，并且TP载体的RI≠FDM图案化材料的RI。
实验实施方式1
作为一个实验实施方式，制造了色彩增强偏振膜片和镜片。在实施方式中，将来自Onbitt的透射率35％的650μm厚的PC/PVA/PC中性灰色偏振层压件模切至
类圆形载体。
Sabic
OQ3820是用于眼科镜片的UV稳定的聚碳酸酯(PC)级。这种PC树脂的玻璃化转变温度为145℃，并且如通过2mm厚的镜片测量的，UV截止为约380nm。将OQ3820PC树脂与吸收峰分别在495nm和585nm左右的两种色彩增强染料复合，然后挤出成
长丝。
使用该长丝，然后用FDM 3-D打印机在维持在120℃下的经加热的腔室中将0.1mm厚的色彩增强层打印至PC/PVA/PC偏振载体上，以产生色彩增强偏振膜片。所得扁平膜片在3D打印侧上具有粗糙表面，但在另一面上具有光滑表面。
为了生产出具有色彩增强功能的偏振镜片，将该膜片应用在图5所展示的注射包覆成型工艺中，以光滑侧面向凹形嵌件，而粗糙的色彩增强层面向熔体，使用OQ3820 PC树脂作为镜片材料，关键参数如下列出：
所得1.50基础半成品(SF)镜片，厚度为10mm，光学透明，前后表面光滑，并且显示出偏振功能和色彩增强功能两者。
实验实施方式2
作为第二实验实施方式，制造了蓝光截止膜片和镜片。
将总透射率91％和UV截止＜300nm的250μm厚的可商购获得的透明PC薄膜模切成
类圆形载体。
Sabic
OQ3820是用于眼科镜片的UV稳定的聚碳酸酯(PC)级。这种PC树脂的玻璃化转变温度为145℃，并且如通过2mm厚的镜片测量的，UV截止为约380nm。将OQ3820PC树脂与来自BASF的1.0％的
326UV吸收剂复合，然后挤出成
长丝。
使用该长丝，然后用FDM 3-D打印机在维持在120℃下的经加热的腔室中将0.25mm厚的层打印至所述PC载体上，以产生蓝光截止膜片。所得扁平膜片在3D打印侧上具有粗糙表面，但在另一面上具有光滑表面。
为了生产出蓝光截止镜片，将该膜片应用在图4所展示的注射包覆成型工艺中，以光滑侧面向凹形嵌件，而粗糙的蓝光截止层面向熔体，使用OQ3820 PC树脂作为镜片材料，关键参数如下列出：
所得1.50基础半成品(SF)镜片，厚度为10mm，不仅光学透明，前后表面光滑，而且在表面加工到2mm平面后，还获得约402nm的UV截止。另外，测量出蓝光截止性能BVC B'为约30％。
图12展示了通过将(多个)热塑性(TP)功能层FDM 3-D打印在弯曲的单层TP载体上使用功能膜片来制成功能镜片的工艺流程。
在图12中，将后侧或两侧具有光滑表面的弯曲的透明TP载体1210与FDM 3-D打印机一起用于使用具有特定滤光(比如蓝光截止(BCT)、色彩增强、光致变色(PhCh)和NIR截止)的TP长丝403在载体1210的凹形侧上打印出透明层1220，以制备出功能膜片1213。此功能膜片1213然后可以与常规的注射包覆成型工艺415(如图5所展示的)一起用于生产具有特定滤光功能的光学镜片417。在一些实施例中，与图4中的上述情况类似，可以将若干层不同的滤光片打印在载体1210上，以产生具有多种功能(比如PhCh/BCT、BCT/NIR截止、PhCh/BCT/NIR截止等)的膜片1213。进一步地，载体1210可以由具有特定滤光片的TP薄膜制成，以引入更多的功能。
在一些实施例中，用于在弯曲的TP载体1210上进行打印的FDM3-D打印机可以是一种特别被布置成在除扁平表面之外的表面上进行打印的3-D打印机。例如，专门的3-D打印机可以包括对喷嘴109角度的控制，使得喷嘴连续不断地被调整为面向垂直于弯曲表面的切线的方向。
(1)一种制造光学镜片的方法，包括：
获得具有至少一个光滑表面的透明热塑性(TP)载体；
使用热塑性长丝经由3-D打印机在与该透明TP载体的至少一个光滑表面相反的一侧上打印出至少一个透明层，每个透明层具有预定的滤光性质，由此形成功能层；以及
进行注射包覆成型工艺以将该功能层熔结至热塑性基材，由此形成该光学镜片。
(2)根据(1)所述的方法，其中，该打印包括：
经由该3-D打印机打印出多个透明层，每个透明层具有不同的滤光性质，以形成多功能层，
其中，该滤光性质是由以下组成的组中的一项：紫外(UV)截止、蓝光截止、色彩增强、光致变色、和近红外(NIR)截止。
(3)根据(1)或(2)所述的方法，其中，该透明TP载体具有至少一个预定的滤光性质。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的方法，其中，该热塑性长丝包括与该透明TP载体的材料兼容的长丝材料，以便加强该透明层与该透明TP载体的结合。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的方法，其中，该长丝材料选自由以下组成的组：聚碳酸酯(PC)、脂环族聚碳酸酯共聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酰亚胺)(PMMI)、聚酰胺(PA)、聚酯、共聚酯、聚砜(PSU)、三乙酸纤维素(TAC)、热塑性聚氨酯(TPU)和环状烯烃共聚物(COC)。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的方法，其中，该热塑性基材具有与该功能层的最外层的材料兼容的材料，以便加强该热塑性基材与该功能层的结合。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的方法，其中，该透明TP载体是多个层的偏振层压件，其中，这些层中的两个或更多个层由选自由以下组成的组中的不同材料构成：聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、三乙酸纤维素(TAC)、聚酰胺(PA)、环状烯烃共聚物(COC)、热塑性聚氨酯(TPU)和多层光学薄膜(MOF)。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的方法，其中，该透明TP载体是多个层的光致变色层压件，其中，这些层中的两个或更多个层由选自由以下组成的组中的不同材料构成：聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚醚嵌段酰胺(PEBA)、三乙酸纤维素(TAC)、聚酰胺(PA)、环状烯烃共聚物(COC)和热塑性聚氨酯(TPU)。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的方法，其中，该打印进一步包括将该TP载体加热至比其玻璃化转变温度(Tg，载体)低小于50℃的温度(T载体)。
(10)根据(9)所述的方法，其中，在该打印期间，将该TP载体加热成使得0℃＜Tg，载体-T载体≤50℃。
(11)根据(10)所述的方法，其中，在该打印期间，将该TP载体加热成使得5℃≤Tg，载体-T载体≤30℃。
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的方法，其中，该打印进一步包括将特定图案结合至该至少一个透明层中。
(13)根据(12)所述的方法，其中，该特定图案包括与镜片制造商有关的数据并且使用IR吸收染料结合。
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的方法，其中，将该至少一个透明层打印成由一组扩散点制成的网格，该组扩散点的折射率与该热塑性基材的折射率不同。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的方法，其中，将该至少一个透明层打印成由一组光散射点制成的网格，该组光散射点的大小介于100nm到10μm之间。
(16)一种制造光学镜片的方法，包括：
获得在两侧具有光滑表面的弯曲的透明热塑性(TP)载体；
使用热塑性长丝经由3-D打印机在与该弯曲的透明TP载体的凹形侧上打印出至少一个透明层，每个透明层具有预定的滤光性质，由此形成功能层；以及
进行注射包覆成型工艺以将该功能层熔结至热塑性基材，由此形成该光学镜片。
(17)根据(16)所述的方法，其中，该打印包括：
经由该3-D打印机打印出多个透明层，每个透明层具有不同的滤光性质，以形成多功能层，
其中，该滤光性质是由以下组成的组中的一项：紫外(UV)截止、蓝光截止、色彩增强、光致变色、和近红外(NIR)截止。
(18)根据(16)或(17)所述的方法，其中，该弯曲的透明TP载体具有至少一个预定的滤光性质。
(19)根据(16)至(18)中任一项所述的方法，其中，该热塑性长丝包括与该弯曲的透明TP载体的材料兼容的长丝材料，以便加强该透明层与该弯曲的透明TP载体的结合。
(20)根据(19)所述的方法，其中，该长丝材料选自由以下组成的组：聚碳酸酯(PC)、脂环族聚碳酸酯共聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酰亚胺)(PMMI)、聚酰胺(PA)、聚酯、共聚酯、聚砜(PSU)、三乙酸纤维素(TAC)、热塑性聚氨酯(TPU)和环状烯烃共聚物(COC)。
鉴于上述教导，本发明的许多修改和变化是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以以不同于本文具体描述的方式实施。
Claims (15)
1.一种制造光学镜片(417，901)的方法，包括：
(S301)获得具有至少一个光滑表面的透明热塑性(TP)载体(410，1210)；
(S305)使用热塑性长丝(403)经由3-D打印机在与所述透明TP载体(410，1210)的至少一个光滑表面相反的一侧上打印出至少一个透明层(420，1220)，每个透明层(420，1220)具有预定的滤光性质，由此形成功能层(420，1220)；以及
(S307)进行注射包覆成型工艺(415)以将所述功能层(420，1220)熔结至热塑性基材，由此形成所述光学镜片，其中，所述透明TP载体(410，1210)的至少一个光滑表面形成所述所制造的光学镜片(417，901)的光滑表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述打印(S305)包括：
经由所述3-D打印机打印出多个透明层(420，1220)，每个透明层(420，1220)具有不同的滤光性质，以形成多功能层，
其中，所述滤光性质是由以下组成的组中的一项：紫外(UV)截止、蓝光截止、色彩增强、光致变色、和近红外(NIR)截止。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述透明TP载体(410，1210)具有至少一个预定的滤光性质。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热塑性长丝(403)包括与所述透明TP载体(410，1210)的材料兼容的长丝材料，以便加强所述透明层(420，1220)与所述透明TP载体(410，1210)的结合。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述长丝材料选自由以下组成的组：聚碳酸酯(PC)、脂环族聚碳酸酯共聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酰亚胺)(PMMI)、聚酰胺(PA)、聚酯、共聚酯、聚砜(PSU)、三乙酸纤维素(TAC)、热塑性聚氨酯(TPU)和环状烯烃共聚物(COC)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热塑性基材具有与所述功能层(420，1220)的最外层的材料兼容的材料，以便加强所述热塑性基材与所述功能层(420，1220)的结合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述透明TP载体(410，1210)是多个层的偏振层压件，其中，这些层中的两个或更多个层由选自由以下组成的组中的不同材料构成：聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、三乙酸纤维素(TAC)、聚酰胺(PA)、环状烯烃共聚物(COC)、热塑性聚氨酯(TPU)和多层光学薄膜(MOF)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述透明TP载体(410，1210)是多个层的光致变色层压件，其中，这些层中的两个或更多个层由选自由以下组成的组中的不同材料构成：聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚醚嵌段酰胺(PEBA)、三乙酸纤维素(TAC)、聚酰胺(PA)、环状烯烃共聚物(COC)和热塑性聚氨酯(TPU)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述打印(S305)进一步包括将所述TP载体(410，1210)加热至比其玻璃化转变温度(Tg，载体)低小于50℃的温度(T载体)，使得0℃＜Tg，载体-T载体＜50℃，并且其中，加热优选地使得5℃≤Tg，载体-T载体≤30℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述打印(S305)进一步包括(S801，S1001)将特定图案(903，1103)结合至所述至少一个透明层(420，1220)中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述特定图案(903)包括与所述镜片(417，901)制造商有关的数据并且使用IR吸收染料结合。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述特定图案(1103)用于散射光并且是一组环，每个环都是同心的，并且是由直径为0.3mm或更小的节圆形状制成的，并且所述透明TP载体(410)的折射率与所述特定图案(1103)的材料的折射率不同。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个透明层(420，1220)被打印成由以下制成的网格：
-一组扩散点，所述一组扩散点的折射率与所述热塑性基材的折射率不同，
-一组光散射点，所述一组光散射点的大小介于100nm到10μm之间。
14.根据权利要求1所述的方法，其中：
-所述透明TP载体(1210)的获得步骤使得所述透明TP载体(1210)是弯曲的并且所述透明TP载体(1210)的两侧都是光滑表面；并且
-所述打印步骤(S305)是经由所述3-D打印机在所述弯曲的透明TP载体(1210)的凹形侧上实施的。
15.根据权利要求1或14所述的方法，其中，所述透明TP载体(410，1210)的至少一个光滑表面面向注射模具的凹形嵌件，所述注射包覆成型工艺(415)在所述注射模具中进行。
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