CN116761704A - 镜片方面的改进 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于形成聚合物的方法。该方法包括：相对于包含熔融材料的熔池定位模具，以在模具与熔融材料之间形成模腔；在模腔内添加单体；以及使单体固化以形成聚合物。

Description

镜片方面的改进

技术领域

本发明涉及镜片的制造与评估方面的改进。更具体地，本发明涉及使用单体材料在两种形式之间铸造而形成的镜片。

背景技术

镜片形成可能是复杂的工艺。这在使用比如PMMA等膜或箔片、以及比如可UV固化的单体等铸造镜片材料以层叠方式形成镜片时尤其如此。可以应用WO 2018/087011A1中公开的方法来生产具有嵌入式膜的铸造镜片。用于镜片形成的已知工艺局限于两种固体之间、或者固体与气体(例如空气)或真空之间的铸造。这种工艺具有许多缺点，本申请致力于克服这些缺点。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于形成聚合物的方法，该方法包括：

相对于包含熔融材料的熔池定位模具；

在模具与熔池之间添加材料；以及

使材料固化以形成聚合物。

因此，本发明提供了一种用于形成聚合物的改进的方法，该方法增强了聚合物的一个表面的表面光洁度。认为词语“模具”不仅可以包括不旨在成为最终产品的一部分从而被丢弃掉的模具，而且还可以包括旨在成为最终产品的一部分的基材。

该方法可以进一步包括在单体固化之后使熔融材料的至少一部分凝固的步骤。熔融材料的该至少一部分凝固后可以形成把手、固持器或保护性外壳。通过使熔融材料的一部分或全部凝固，在与模具附连或未与模具附连的情况下均可以更容易地输送聚合物。例如，凝固后的材料可以向聚合物提供保护和/或刚度。

可以使用漂浮装置来定位模具，该漂浮装置由熔融材料支撑并且被配置成将模具相对于熔融材料固持在设定位置。使用漂浮装置确保了将模具相对于熔融材料的表面水平地固持、以及以通过模具与漂浮装置之间的连接而设定的期望角度固持。漂浮装置可以是环面的或环形的。可替代地，漂浮装置可以采取任何其他形状。

漂浮装置可以刚性地连接至模具并且可以形成模具的一部分。例如，漂浮装置可以形成模具的一个或多个壁、比如侧壁，而模具形成其他壁、比如将侧壁互连的上壁。模具和漂浮装置可以一体地形成为一个部件。

模具的位置相对于漂浮装置可以是可调节的。模具可以可移动地连接至漂浮装置，使得用户可以调节模具相对于漂浮装置的位置。因此，在漂浮装置相对于熔融材料保持位置固定时，可以相对于熔融材料移动模具，以改变模腔(即模具与熔融材料之间的空间)的形状和/或尺寸。例如，可以通过改变模具与熔融材料之间的竖直距离或者改变模具相对于熔融材料的角度来改变形状和尺寸。可以通过任何形式的调节装置来提供可调节性，该调节装置例如包括比如球窝接头等可移动接头、铰链、滑块、棘轮等。

该方法可以进一步包括通过向漂浮装置添加压载物或从中移除压载物来调节漂浮装置相对于熔融材料的位置的步骤。这可以视为相对于熔融材料定位模具的步骤的一部分。可以在漂浮装置上均匀地施加压载物，以便使漂浮装置在熔融材料中升高或降低，即调节其总体浮力。可替代地，可以在漂浮装置上不均匀地施加压载物，以便改变漂浮装置相对于熔融材料的取向，即调节其局部浮力。

可以通过模具和/或漂浮装置中的端口来执行添加单体的步骤。通过端口来添加单体，可以在模腔相对于熔融材料处于其期望位置的情况下添加单体。在添加单体时可以使模具倾斜。在还使用了漂浮装置的情况下，可以使模具和/或漂浮装置倾斜。这可以帮助避免模腔内出现气泡或气隙。例如，使模具倾斜可以允许将单体添加至一端口，该端口倾斜至比其静止位置更低的位置，同时允许模腔内的空气或气体通过倾斜至比其静止位置更高位置的端口逸出。

该方法可以进一步包括在单体固化之前在熔融材料上形成表面图案的步骤。通过在熔融材料的表面上形成图案，可以在单体固化时将图案转移至单体，从而在固化后的聚合物上制出图案。可以通过超声波发射器形成表面图案。可以应用超声波发射器使得超声波发射器引导超声波穿过熔融材料，并且可以例如将超声波发射器定位在熔池的边缘处。

该方法可以进一步包括在固化之前在单体中嵌入物体的步骤。可以将物体嵌入单体的表面上，或者可以将物体嵌入单体内。可以通过一个或多个间隔件来定位物体。例如，物体可以是箔片、全息元件、装饰元件(例如珠宝、标志等)、电子部件或其他此类物体。

该方法可以进一步包括在单体固化之前定位第二模具的步骤，该第二模具界定模腔，该第二模具由熔融材料支撑。使用第二模具可以允许形成更多种类的聚合物形状。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于形成聚合物的系统，该系统包括：

熔池，该熔池包含熔融材料；以及

模具，该模具相对于熔池定位，以便在模具与熔融材料之间形成用于接纳单体的模腔。

该系统可以进一步包括漂浮装置，该漂浮装置由熔融材料支撑并且被配置成将模具相对于熔融材料固持在设定位置。

模具的位置可以是相对于漂浮装置可调节的。漂浮装置可以包括支撑结构，该支撑结构包括一个或多个接头以允许调节模具的位置。

该系统可以进一步包括压载物，该压载物可移动以调节漂浮装置相对于熔融材料的位置。

模具和/或漂浮装置可以包括用于添加单体的端口。

该系统可以进一步包括被配置成在熔融材料上形成表面图案的装置。该装置可以包括超声波发射器。

该系统可以进一步包括第二模具，该第二模具界定模腔，该第二模具由熔融材料支撑。

附图说明

现在将参考附图来详细描述具体实施例，在附图中：

图1是用于模制镜片的第一组件的示意图；

图2是用于模制镜片的方法的流程图；

图3是用于模制镜片的第二组件的示意图；

图4是用于模制镜片的第三组件的示意图；

图5是用于模制镜片的第四组件的示意图，包括表面图案形成；

图6是用于模制镜片的第五组件的示意图，包括将物体嵌入镜片表面上；

图7是用于模制镜片的第六组件的示意图，包括将物体嵌入镜片内；以及

图8是用于模制镜片的第七组件的示意图。

具体实施方式

用于形成聚合物镜片的已知方法利用两个对准在一起的超级抛光的模具，这些模具通常由玻璃制成但是(在热固化的情况下)也可以由碳化物等制成。可以将液体单体注入模具之间然后使用UV照射使其硬化以便形成镜片。在使用这种工艺的情况下，将镜片与模具分离是已知的问题，如前面的内容所指出的。特别地，将模具与镜片分离可能导致镜片变形或者可能损坏模具和/或镜片。由于抛光通常是昂贵的工艺，因此模具在价格方面考量通常是相当高的。下文描述的方法使所需抛光模具的数量减少二分之一。

对于在至少一个侧面为平坦侧面的情况下利用所描述的方法来铸造产品和/或在表面内或表面上没有嵌入式物体(比如箔片、全息元件、珠宝、标志、电子器件)的情况下形成单体时使用所描述的方法可能是有利的。在无意移除基材(模具)的情况下，例如在表面涂覆或层压中，所公开的方法还可能用于将某物铸造在基材(模具)上。

特别地，所描述的方法可以用来形成平凸镜片、平凹镜片或双平面镜片，或者将这样的层层压在UV透明基材上，具有若干优点。此外，不仅可以实现平坦镜片，而且也可以实现某些图案。

虽然本方法可能被视为类似于浮法玻璃生产，其中其中比如锡等熔融金属被用作熔融玻璃的高表面质量支撑部，但是已知的浮法玻璃生产方法不适合用于通常用来生产光学器件的有机聚合物。这至少部分地由于所涉及的高温，高温容易损坏有机材料和/或比预期更早地引起聚合。

所公开的用于形成镜片的方法包括使用低熔点的金属、合金或其他材料，以便形成熔融熔池102，在其上可以形成镜片，如图1和图2所示。示例低熔点材料包括Woods金属、Fields金属、Cerrolow RTM、gallistan和NaK。其他材料(比如汞)可能也是合适的，但是这些材料可能具有比如高毒性等缺点。通过使用此方法，可以减少所需的模具。所提供的方法甚至可以不使用顶部模具，使得在熔融熔池的表面上容易地形成镜片。熔融熔池可以与可UV固化的单体或可热固化的单体结合使用，从而在所得固化后样本的与熔融材料接触的一侧上得到至少一个良好质量的表面。

熔融金属熔池的柔软度甚至允许将易碎物体铸造在基材(即顶部模具)上，即使在基材太柔软或易碎以至于不能承受传统脱模工艺的情况下也是如此。在一个示例中，聚合物材料可能仅200微米厚、直径为85mm，因此具有易碎性。这同样适用于期望将易碎材料层压在镜片上的情况，例如，尤其是在不清楚首先要移除哪个模具时移除两个模具可能导致损坏的情况。

图1示出了组件100，并且图2示出了概括该方法的流程图。可以相对于熔融熔池102定位S10模具104，然后可以将单体106填充S12在熔融熔池102与模具104之间，随之可以例如通过施加UV光或通过增加温度(热固化)来使单体106固化S14。在固化之后，单体106将被称为样本。图1的组件100还包括间隔件108，这些间隔件用于围封单体106的侧面并且确保熔融熔池102的表面与模具104之间的正确间隔。在一些情况下，还可能期望使用惰性气体气氛和/或清除熔融金属表面的杂质或氧化物，然后再用单体填充模腔110。在固化之后，可以应用任何传统的方法来从模具104移除镜片、即固化后的单体106。可替代地，可以冷却构成熔融熔池102的金属112，以允许在模具侧更好地脱模。例如，通过冷却金属直至其凝固S16，金属可以固持固化后的样本，以便(即通过形成把手)实现从模具移除S18。在移除之后，可以再加热金属以允许从金属容易地移除S20样本。在移除样本之后，可以清洁金属112，从而允许其再次使用。

在样本固化之后使金属112凝固的步骤具有多种益处。例如，凝固后的金属可以用作使样本易于移除的抓手或把手。例如，这可以允许从样本的另一侧容易地移除模具104，或者可以用作样本输送或样本下游处理的保护。这在固化后的样本薄或易碎的情况下可能尤其有用。

作为对此的旁注，应注意，可以用于熔融熔池102的某些金属(比如含铋合金)在冷却或凝固时可能膨胀。应注意，可以“调整”这种体积特性以防止样本变形或者利用变形来提供样本中的期望弯曲。

正常情况下，在固化期间，单体连同所使用的任何粘合剂一起收缩。已知在聚合物样本(例如，生产中的镜片)内产生应力，并且在样本与模具之间产生应力。应力可能导致局部脱离，并且因此导致样本上的不均匀表面。类似地，金属通常在冷却和凝固时收缩。通过使用不以这种通常方式作用的金属，该方法可以具有防止或限制这些应力的引入的益处。

还可以利用这些效果来使样本发生期望的弯曲。例如，金属在冷却和凝固时膨胀(若这样设计)可能致使样本弯曲。如果然后可以对样本的相反侧进行抛光并且接着从金属释放样本，则样本可以回弹至其初始形状，从而形成镜片形状。这在一些实施例中可能是期望的。

在一些情况下，镜片的与熔融熔池接触的一侧可能需要通过使用化学品或以其他方式进行清洁。这在构成熔融熔池102的材料对镜片的表面具有亲和力的情况下、即在液体湿润了镜片的表面的情况下可能特别有利。

可以提供模具104与熔融熔池102的不同布置，并且图3至图8示出了一些附加示例。

图3示出了实施例200，该实施例利用了自找平(self-levelling)原理以便正确地形成期望的固化后样本。模具204附接至支撑结构214，该支撑结构包括漂浮装置216和多个可调节部分。在图3中，漂浮装置216被形成为漂浮在熔融金属112上的环面材料。支撑结构214包括高度调节器件218和角度调节器件220，这允许用户调节模具204相对于支撑结构214的位置，并且由于漂浮装置216将总是安置在熔融熔池202的表面上这一事实因此允许用户调节模具204相对于熔融熔池202的位置。以此方式，漂浮装置216确保了模具204总是固持在期望的位置，以形成期望的单体样本，即模具204和支撑结构214是自找平的。虽然被描述为环面，但是漂浮装置可以采取许多不同的形状。在一些实施例中，可能期望将漂浮装置形成为环，以易于使用和制造。然而，漂浮装置可以是单个部分(比如环)或者以任何其他形状以多个部分形成。

从图3中将看出，当模具处于成角度的位置时，模具的一部分可能在熔融金属的表面下方。这可能是不期望的，例如因为模具将具有其自身的浮力并且可能影响漂浮装置的水平程度，或者尤其是在这种布置与待嵌入单体内的箔片或其他物体结合使用时可能致使其他部件发生一些弯曲，如下文描述的。在这些情况下，可能期望调整模具的突入到熔融金属中的部分，以便限制模具的总突入量，从而限制或防止这些问题。

因此，可以看出在制造固化后的单体样本时使用熔融熔池202的有用之处在于，不仅可以在样本的面向熔融金属212的表面上产生高表面质量，而且允许上部模具204在与浮力漂浮装置216一起使用时精确对准。如果期望的话，此浮力还允许模具204自找平至设计角度。

图4示出了另一实施例300，该实施例利用自找平原理的方式与图3的组件利用自找平原理的方式类似。在此，支撑结构被替换为更简单的机构，其中模具304直接连接至漂浮装置316，该漂浮装置也可以形成模具304的一部分，例如在模腔的侧面处的间隔件。由于组件300的性质更简单，因此可以通过改变漂浮装置316的漂浮特征来适应模腔310。例如，通过在漂浮装置316和/或模具304上均匀地添加或移除压载物，可以分别使漂浮装置316和模具304更靠下或更靠上地就位在熔融金属312中。因此，可以按需对模具304所产生的单体样本的最终尺寸进行调整。类似地，通过不均匀地向系统添加或从中移除压载物，例如使漂浮装置316的左边压载物较多而右边压载物较少，可以使漂浮装置316不均匀地就位在熔融熔池304中，即漂浮装置316的一些部分与漂浮装置316的其他部分相比将更靠下地安置在熔融熔池302中。以此方式，可以通过改变放置在漂浮装置316和/或模具304上的压载物来调节固化后的单体样本的底部的总体厚度和角度。

在一些实施例中，模具可以与漂浮装置分离。这在上表面无需模制的情况下、或者在固化之后漂浮装置于是可以用作镜片固持器以固持固化后的样本以便从熔融熔池移除的情况下可能是有用的。

图4还示出了端口322，这些端口延伸穿过漂浮装置316以提供通向模腔310的通路。这些端口322可以用于模腔的排气和/或填充。在所描绘的实施例中，设置了两个端口322，这两个端口在模腔310上处于相对的位置。端口322的这种布置连同端口322彼此不相邻的其他布置在使一个端口322用于填充而另一个端口用于排气时可以提供有利的效果。例如，通过使漂浮装置316和模具304成角度使得填充端口低于排气端口，可以限制或防止气泡形成。还可以允许端口大于在其他情况下用于形成聚合物镜片的更常见的布置中可能使用的端口。在另外的实施例中，可以将单体放置在熔融金属上，然后将模具和漂浮装置围绕单体定位，使得单体可以例如通过表面张力流入模具中或被吸入模具中。这可以允许更快速地填充模具。

图5示出了另一实施例400，其中可以在样本的位于熔融金属412侧的表面上形成表面图案。组件400类似于图1的组件，但是附加地包括超声波发生器424，该超声波发生器用于在熔融金属412中形成表面波图案426。也可以使用其他形式的波发生，这些其他形式的波发生是技术人员已知的。在一个实施例中，如图所示，超声波发生器424发射某个频率，使得在熔融金属412的顶部中形成驻波。驻波的形成使得在单体上产生图案印记，该印记然后可以被固化以便在从模具404移除时在样本上保留表面图案。当然，通过改变超声波的施加，比如通过改变一个或多个超声头/发生器424的频率、振幅或相位，可以使表面图案形成任何数量的不同图案。这种设计在本领域是已知的。

图6和图7示出的布置500、600同样类似于图1的布置，但是附加地包括在单体样本固化后嵌入其中的物体528、628。在所描绘的实施例500、600中，物体528、628是箔片，但是物体528、628也可以包括其他物体，比如全息元件或前述其他此类物体。

在图6中，物体528被定位在熔融金属的表面上，以便在单体506固化后使物体528存在于样本的表面上。相反地，图7中的物体628被定位在单体606本身内。物体528、628可以被定位成使得在单体506、606固化之前物体在单体之内或之上自由地漂浮，或者可以使用间隔件来将物体528、628相对于模具504、604固持在单体506、606内的期望位置。当然，无论使用哪种方法来固持物体，都可以沿侧向方向和竖直方向两者控制该位置。

图8描绘了另一实施例700，其中两个模具704a、704b被定位在熔融金属上。较大的模具704a围绕较小的模具704b定位，从而形成由模具704a、704b和熔融熔池702围封的模腔710。模具704a、704b中的每一个包括一体的漂浮装置，使得它们各自独立地自支撑在熔融金属712上。以此方式，可以在模具704a、704b之间注射单体706，以便成形。可以通过向一个或两个漂浮装置添加或从中移除压载物(未示出)以便调节每个漂浮装置安放在熔融金属712内的方式来调节单体706的厚度。在一些实施例中，还可能期望通过使用一个或多个间隔件来确保将较小的模具704b准确地定位在较大的模具704a内。还可以将此实施例与图6和图7相关的教示结合，以便将箔片或其他物体定位在单体706之上或之内。

当然，虽然图8的实施例与替代性的制造方法相比可能不会减少模具的数量，但是本发明的其他益处将仍然适用。

虽然所公开的方法在要从模具移除样本的情况下(比如在镜片制造中)可能是特别有用的，但是该方法也可以在其他情况下使用。例如，可以利用该方法来允许例如在如图所示的模具是并不打算移除的基材的情况下在基材上涂覆或层压样本。这在比如制造波导、微波电路、气动/流体回路、冲压等应用中可能是特别有用的。例如，当与UV固化结合使用时，本技术提供了与平板印刷术(即，复杂图案的印刷)类似的成像技术。此外，与使用平板印刷术相比，本技术可以允许最终样本具有更好的表面光洁度和更大的厚度。

很明显，除非另外特别说明，否则关于本发明的一个实施例所公开的任何一个或多个特征可以与本发明的任何其他一个或多个实施例的任何一个或多个特征结合使用。例如，图3的实施例的自找平特征可以与图6和图7的实施例的箔片定位和/或如图8的实施例中的附加模具结合使用。作为另一非限制性示例，任何实施例均可以与图5的实施例的表面图案形成特征结合。这适用于每一个实施例而不限于本文所公开的特定示例。

Claims (23)

1.一种用于形成聚合物的方法，所述方法包括：

相对于包含熔融材料的熔池定位模具，以在所述模具与所述熔融材料之间形成模腔；

在所述模腔内添加单体；以及

使所述单体固化以形成聚合物。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述单体固化之后使所述熔融材料的至少一部分凝固的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述熔融材料的所述至少一部分凝固后形成把手、固持器或保护性外壳。

4.如权利要求1所述的方法，其中，使用漂浮装置来定位所述模具，所述漂浮装置由所述熔融材料支撑并且被配置成将所述模具相对于所述熔融材料固持在设定位置。

5.如权利要求4所述的方法，其中，能够相对于所述漂浮装置调节所述模具的位置。

6.如权利要求4或权利要求5所述的方法，进一步包括通过向所述漂浮装置添加或从中移除压载物来调节所述漂浮装置相对于所述熔融材料的位置的步骤。

7.如任一前述权利要求所述的方法，其中，通过所述模具和/或所述漂浮装置中的端口来执行添加所述单体的步骤。

8.如权利要求7所述的方法，其中，在添加所述单体时，使所述模具和/或所述漂浮装置倾斜。

9.如任一前述权利要求所述的方法，进一步包括在所述单体固化之前在所述熔融材料上形成表面图案的步骤。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述表面图案是通过超声波发射器形成的。

11.如任一前述权利要求所述的方法，进一步包括在固化之前在所述单体中嵌入物体的步骤。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述物体嵌入所述单体的表面上或嵌入所述单体内。

13.如权利要求11或权利要求12所述的方法，其中，通过一个或多个间隔件来定位所述物体。

14.如任一前述权利要求所述的方法，进一步包括在所述单体固化之前定位第二模具的步骤，所述第二模具界定所述模腔，所述第二模具由所述熔融材料支撑。

15.一种用于形成聚合物的系统，所述系统包括：

熔池，所述熔池包含熔融材料；以及

模具，所述模具相对于所述熔池定位，以便在所述模具与所述熔融材料之间形成用于接纳单体的模腔。

16.如权利要求15所述的系统，进一步包括漂浮装置，所述漂浮装置由所述熔融材料支撑并且被配置成将所述模具相对于所述熔融材料固持在设定位置。

17.如权利要求16所述的系统，其中，能够相对于所述漂浮装置调节所述模具的位置。

18.如权利要求17所述的系统，其中，所述漂浮装置包括支撑结构，所述支撑结构包括一个或多个接头以允许调节所述模具的位置。

19.如权利要求15至18中任一项所述的系统，进一步包括压载物，所述压载物能够移动以调节所述漂浮装置相对于所述熔融材料的位置。

20.如权利要求15至19中任一项所述的系统，其中，所述模具和/或所述漂浮装置包括用于添加所述单体的端口。

21.如权利要求15至20中任一项所述的系统，进一步包括被配置成在所述熔融材料上形成表面图案的装置。

22.如权利要求21所述的系统，其中，所述装置包括超声波发射器。

23.如权利要求15至22中任一项所述的系统，进一步包括第二模具，所述第二模具界定所述模腔，所述第二模具由所述熔融材料支撑。