EP4622795A1

EP4622795A1 - GIEßFORM FÜR BRILLENGLÄSER

Info

Publication number: EP4622795A1
Application number: EP23813326.8A
Authority: EP
Inventors: Robert Pfeffer
Original assignee: Rodenstock GmbH
Current assignee: Rodenstock GmbH
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2023-11-22
Publication date: 2025-10-01
Also published as: WO2024110552A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Gießform, vorzugsweise zum Gießen eines optischen Elements, insbesondere eines Brillenglashalbzeugs, mit zumindest einem der folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Gießformhalbzeugs mit einer Gießformfläche, - Beaufschlagen der Gießformfläche an zumindest einer Stelle mit einer gepulsten Laserstrahlung, welche ausgelegt ist, zumindest eine Kavität in der Gießformfläche auszubilden, - Polieren der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität.

Description

Gießform für Brillengläser

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform, insbesondere zum Herstellen von Brillengläsern, die Herstellung der Gießform, insbesondere einer Funktionsfläche der Gießform sowie die Verwendung der Gießform.

Im Herstellungsprozess eines Brillenglases werden häufig Glashalbzeuge vorgefertigt und gelagert, welche im Anschluss in Abhängigkeit von den gewünschten optischen Eigenschaften des zu fertigenden Glases ausgewählt und durch weitere Schritte bearbeitet werden. Während der Bearbeitungsschritte wie spanende Bearbeitung, Polieren, additive Verfahren etc. werden funktionelle Merkmale ausgebildet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Gießform, ein Verfahren zum Herstellen der Gießform sowie eine Verwendung der Gießform bereitzustellen, welches bereits funktionelle Merkmale in dem Glashalbzeug ausbilden kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , der Gießform mit den Merkmalen des Anspruchs 9, sowie durch die Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gießform, vorzugsweise zum Gießen eines optischen Elements, insbesondere eines Brillenglashalbzeugs, mit zumindest einem der folgenden Schritte:

Bereitstellen eines Gießformhalbzeugs mit einer Gießformfläche, welche bevorzugt konvex oder konkav ausgebildet ist, aber auch plan ausgebildet sein kann,

Beaufschlagen der Gießformfläche an zumindest einer Stelle mit einer gepulsten Laserstrahlung und/oder einer fokussierten lonenstrahlung, welche ausgelegt ist, zumindest eine Kavität in der Gießformfläche auszubilden, Polieren der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität, Beaufschlagen der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität mit einer Laserstrahlung, in einer Ausführung bzw. gegebenenfalls einer weiteren Laserstrahlung, und/oder einer fokussierten lonenstrahlung, in einer Ausführung bzw. gegebenenfalls einer weiteren fokussierten lonenstrahlung, welche ausgelegt ist, eine Rauigkeit der Fläche der zumindest einen Kavität zu verringern,

Beaufschlagen der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität mit einem Poliermittel, welches ausgelegt ist, eine Rauigkeit der Fläche der zumindest einen Kavität zu verringern,

Härten der Gießformfläche.

In einer Ausführung umfasst das Polieren ein Beaufschlagen der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität mit einer Laserstrahlung, in einer Weiterbildung einer Ausführung, die ein Beaufschlagen der Gießformfläche an zumindest einer Stelle mit einer gepulsten Laserstrahlung, welche ausgelegt ist, zumindest eine Kavität in der Gießformfläche auszubilden, umfasst, ein Beaufschlagen der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität mit einer weiteren Laserstrahlung, und/oder ein Beaufschlagen der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität mit einer fokussierten lonenstrahlung, in einer Weiterbildung einer Ausführung, die ein Beaufschlagen der Gießformfläche an zumindest einer Stelle mit einer fokussierten lonenstrahlung, welche ausgelegt ist, zumindest eine Kavität in der Gießformfläche auszubilden, umfasst, ein Beaufschlagen der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität mit einer weiteren fokussierten lonenstrahlung, wobei diese (weitere) Laserstrahlung und/oder lonenstrahlung ausgelegt ist, eine Rauigkeit der Fläche der zumindest einen Kavität zu verringern, in einer Weiterbildung erfolgt das Polieren ganz oder teilweise durch dieses Beaufschlagen.

Zusätzlich oder alternativ umfasst in einer Ausführung das Polieren ein Beaufschlagen der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität mit einem Poliermittel, welches ausgelegt ist, eine Rauigkeit der Fläche der zumindest einen Kavität zu verringern, in einer Weiterbildung erfolgt das Polieren ganz oder teilweise durch dieses Beaufschlagen mit dem Poliermittel. Ein weiterer Aspekt betrifft eine Gießform, insbesondere zum Herstellen eines optischen Elements, vorzugsweise eines Brillenglases oder eines Brillenglashalbzeugs, wobei die Gießform nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.

Ein weiterer Aspekt betrifft eine Verwendung der erfindungsgemäßen Gießform in einem Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements, insbesondere eines Brillenglases oder eines Brillenglashalbzeugs.

Vorteilhafterweise ermöglicht die Gießform es, das Verfahren zum Herstellen des Brillenglas(-halbzeugs) technisch wenig aufwändig und besonders wirtschaftlich zur Lösung der komplexen Fertigungsaufgabe, nämlich des Vorsehens von Mikroelementen, die formkomplementär zu der zumindest einen Kavität der Gießform ausgebildet sind, auszugestalten. Werden die Mikroelemente vorteilhafterweise bereits beim Gießen der Brillengläser bzw. Brillenglashalbzeuge (Blanks) erzeugt, indem beispielsweise bereits zumindest eine Gießformfläche mit entsprechenden Kavitäten versehen wird, kann eine Vielzahl von Brillengläsern bzw.

Brillenglashalbzeugen bzw. optischen Gläsern in einfacher Weise hergestellt werden. Weiter vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren um Herstellen der Gießform eine präzise Ausgestaltung der Kavitäten unter Ausbildung einer besonders glatten Oberfläche der Gießformfläche, was eine besonders gute Qualität und einfache Auslösung des gegossenen optischen Elements aus der Gießform ermöglicht.

Der Begriff Gießformfläche beschreibt die Fläche bzw. Oberfläche der Gießform, welcher zumindest teilweise, insbesondere vollständig, mit dem Gießmaterial in Kontakt gelangt, um die Form des gegossenen Elements vorzugeben. Andere Flächen bzw. Oberflächen der Gießform können vorgesehen sein, die Gießform vor, nach und/oder während des Gießens zu halten oder zu handhaben. Unter dem Begriff Kavität der Gießform wird ein Hohlraum verstanden, in welchen das flüssige Gießmaterial einläuft, um das optische Element auszubilden. Es versteht sich, dass die Kavitäten vorzugsweise keine Hinterschneidungen aufweisen sollten, damit sich das gegossene Element auf der Gießform lösen lässt oder dass das Element beschädigt wird. Die Gießform wird dazu verwendet zumindest ein optisches Element zu gießen, bevorzugt durch Gießen eines Polymers. Das optische Element zeichnet sich dadurch aus, dass es für einen Teil oder die Gesamtheit des sichtbaren Spektrums des Lichts durchlässig ist. Ein optisches Element kann eine optische Linse, ein Brillenglas, eine Kontaktlinse und so weiter oder entsprechende Halbzeuge davon sein.

Vorzugsweise haben die Kavitäten einen Durchmesser von etwa 0,05 mm bis etwa 3 mm, bevorzugt von etwa 0,05 mm bis etwa 0,3 mm oder von etwa 0,3 mm bis etwa 3 mm. Die Kavitäten könnten eine laterale Erstreckung in einer Richtung entlang der Gießformfläche aufweisen, welche vorzugsweise im Bereich von etwa 0,3mm bis etwa 3 mm, bevorzugt von etwa 0,5 mm bis etwa 2,5 mm.

Vorzugsweise können die Kavitäten eine Erstreckung senkrecht zur lateralen Erstreckung (Tiefe) von etwa 0,1 pm bis etwa 10 pm, bevorzugt von etwa 1 pm bis etwa 5 pm, weiter bevorzugt von etwa 0,3 pm bis etwa 2 pm, insbesondere kleiner als etwa 1 pm aufweisen. Die Kavitäten können eine im Wesentlichen sphärische Form oder eine asphärische Form aufweisen.

Vorzugsweise können die Kavitäten eine langgestreckte Form aufweisen, wobei eine laterale Erstreckung in einer ersten Richtung bevorzugt um den Faktor zwei oder mehr größer ist als eine laterale Erstreckung entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist. Die Erstreckung in der zweiten Richtung bzw. Breitenrichtung kann dabei zwischen etwa 1 pm und etwa 50 pm liegen. Eine Vielzahl von Kavitäten kann derart angeordnet sein, um beispielsweise eine Elementarzelle zu bilden, wobei die Gießformfläche zumindest bereichsweise mit einer oder mehreren Elementarzellen bedeckt ist. Analog zur Parkettierung können die Elementarzellen in einem sich periodisch wiederholenden Muster angeordnet sein. Dabei bezeichnet Parkettierung die lückenlose und überlappungsfreie Überdeckung der Gießformfläche durch gleichförmige Teilflächen hier Elementarzellen. Dabei kann es genau eine Form von Elementarzellen oder auch zwei, drei oder mehr verschiedene Formen von Elementarzellen geben. Die Elementarzellen können beispielsweise eine Rotationssymmetrie mit einer zweizähligen, einer dreizähligen, einer vierzähligen oder einer sechszähligen Drehachse aufweisen. Als Durchmesser wird in dieser Anmeldung die maximale Länge einer gerade Strecke verstanden, welche von Rand zu Rand der Kavität gelegt werden kann. Für kugelige Kavitäten entspricht der Durchmesser dem doppelten des Kugelradius. Für Quadrate entspricht der Durchmesser dem 1 ,41 -fachen der Kantenlänge.

Vorzugsweise weist die gepulste Laserstrahlung eine Energie(-dichte) von etwa 10 J/m² bis etwa 100 kJ/m², bevorzugt von etwa 20 J/m² bis etwa 20 kJ/m² auf. Durch den Energieeintrag in das Material tritt Laserablation bzw. Laserverdampfen auf, wobei das Abtragen von Material von der Oberfläche der Gießform durch Beschuss mit der (gepulsten) Laserstrahlung auftritt. Die hierbei Verwendung findende Laserstrahlung mit hoher Leistungsdichte führt zur rapiden Erhitzung des Materials und der Ausbildung eines Plasmas an dessen Oberfläche.

Bei Femtosekunden-Pulsen können die Elektronen des Materials eine hohe Temperatur erreichen, wobei für wenige Pikosekunden thermische Schwingungen der Atomkerne angeregt werden. Die Elektronen hoher Energie können zum Aufbrechen chemischer Bindungen führen. Bei Glas als bevorzugtem Material der Gießform kann es durch so kurze Laserpulse auch zur Coulomb-Explosion kommen, wobei die Elektronen den Festkörper verlassen und ein Teil der verbleibenden positiven Ionen durch Coulomb-Abstoßung aus der Oberfläche geschleudert wird.

Bei Laserpulsen im Nanosekundenbereich führt die Energie des Lasers zu einer Aufheizung der Oberfläche (im Sinne von thermischen Bewegungen der Atome) während des Laserpulses. Da die Wärmeleitung nur einen langsamen Energietransport ins Volumen ermöglicht, wird die eingestrahlte Energie auf eine sehr dünne Schicht konzentriert, wodurch die Oberfläche des Materials sehr hohe Temperaturen erreicht, die zum schlagartigen Verdampfen des Materials führt.

Vorzugsweise weist die gepulste Laserstrahlung eine Wellenlänge von etwa 190 nm bis etwa 12000 nm auf. Bevorzugt kann die Wellenlänge im UV-Bereich liegen, also Wellenlängen von etwa 200nm bis etwa 400nm, besonders bevorzugt im Bereich von etwa 250nm bis etwa 380nm, insbesondere etwa 193nm, etwa 266nm oder 355nm. Bevorzugt kann die Wellenlänge im IR-Bereich liegen, also Wellenlängen von etwa 780nm bis etwa 12000nm, besonders bevorzugt im Bereich von etwa 800nm bis etwa 5000nm, insbesondere etwa 1064, etwa 1500nm, etwa 2000nm oder 10,6pm. Zweckmäßigerweise wird die Laserstrahlung durch einen oder mehrere Laserquellen erzeugt, welche gegebenenfalls zusammen gebündelt werden können. Eine solche Laserquelle kann beispielsweise ein Excimer-Laser, ein NdYAG-Laser, ein CO2- Laser oder ähnliches sein. Bevorzugt kann die von der zumindest einen Laserquelle erzeugte Laserstrahlung durch einen Frequenzverdoppler in eine Laserstrahlung mit halber Wellenlänge umgewandelt werden, beispielsweise für die oben genannten bevorzugten Wellenlängen zu Wellenlängen von etwa 97nm, 133nm, 178nm, 532nm, 750nm, 1000nm oder 5300nm. Bevorzugt kann der Frequenzverdoppler wahlweise hinzugeschaltet werden, so dass zwei verschiedene Wellenlängen der Laserstrahlung bereitgestellt werden kann.

Alternativ oder zusätzlich kann (statt der gepulsten Laserstrahlung) eine fokussierte lonenstrahlung genutzt werden. In Abhängigkeit von der Stärke des lonenstroms steht der Materialabtrag im Vordergrund oder die Abtastung der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts durch den lonenstrahl als bildgebendes Verfahren. In letzterem Fall spricht man auch von einem Focused-Ion-Beam-Mikroskop. Vorzugsweise wird die fokussierte lonenstrahlung durch Ionen, bevorzugt Gallium-, Neon- oder Helium-Ionen, ausgebildet, wobei die Ionen mit Spannungen von etwa 0,5 kV bis etwa 50 kV, bevorzugt von etwa 2 kV bis etwa 50 kV beschleunigt werden. Der Strahlstrom kann durch unterschiedlich große Blenden geregelt werden, bevorzugt auf eine Größe von etwa 1 pA bis zu etwa 1 ,3 pA, besonders bevorzugt von etwa 1 ,5 pA bis zu etwa 25 nA. Dabei werden große Stromstärken für den groben Materialabtrag zum Ausbilden der Kavitäten genutzt, kleine Ströme aufgrund der besseren Auflösung zum Polieren und zur Abbildung. Besonders bevorzugt kann die Möglichkeit der Abbildung der bearbeiteten Oberfläche durch den Betrieb einer entsprechenden Vorrichtung als Focused-Ion-Beam-Mikroskop genutzt werden, um eine sofortige Qualitätskontrolle und gegebenenfalls eine Nachbearbeitung durchzuführen.

Vorteilhafterweise ist Glas als bevorzugtes Material der Gießform für diese Wellenlängen bereichsweise intransparent und absorbiert diese Strahlung gut, so dass ein guter Energieübertrag in das zu entfernende Material übergehen kann. Es versteht sich aber, dass auch Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichts - also von etwa 380nm bzw. 400nm bis etwa 780nm bzw. 800nm verwendet werden können, wie beispielsweise 532nm. Eine Einfärbung oder Dotierung des Glases der Gießform kann dabei bevorzugt den Energieübertrag ins Material bzw. die Absorption erhöhen.

Weiter bevorzugt kann die Laserstrahlung, welche zum Verringern der Rauigkeit der Oberflächen der Kavitäten, ein gepulste oder nicht gepulste Laserstrahlung sein. Insbesondere kann zum „Laserpolieren“ ein CO2-Laser verwendet werden, insbesondere mit einer Wellenlänge von 10,6pm. Es versteht sich, dass zum Laserpolieren auch eine andere Wellenlänge verwendet werden kann. Besonders bevorzugt ist die zum Laserpolieren verwendete Wellenlänge doppelt so groß wie die zum Ausbilden der Kavitäten verwendete Laserstrahlung, was insbesondere durch Deaktivieren des Frequenzverdopplers erreichbar ist.

Das Polieren von Glas mit CO2-Laserstrahlung beruht auf der Absorption der Laserstrahlung in einer dünnen Randschicht des Materials der Gießform, bevorzugt so dass oberflächennahe Temperaturen knapp unterhalb der Verdampfungstemperatur des Materials erreicht werden. Dadurch wird die Viskosität des Materials reduziert und die Rauigkeit aufgrund der Oberflächenspannung geglättet. Mit anderen Worten findet ein Umschmelzen anstelle von Materialabtrag statt. Durch die entsprechende Wahl der Verfahrensparameter wie beispielsweise Temperatur, Geschwindigkeit und Intensitätsverteilung kann das Polieren an die Oberflächenform der Gießform angepasst werden. Vorteilhafterweise kann eine hohe Prozessgeschwindigkeit, bevorzugt von bis zu 1 cm²/s für Quarzglas, erreicht werden.

Vorzugsweise weist die gepulste Laserstrahlung eine Pulslänge von etwa 10 fs bis etwa 10ps auf, bevorzugt von etwa 20fs bis etwa 2ns. Das Verfahren kann mit Lasern mit verschiedenen Wellenlängen und verschiedenen Impulsdauern, insbesondere Lasern mit hoher Leistung, wie z. B. Dauerstrich-, modulierten Dauerstrich- und gepulsten Lasern, gütegeschalteten und anderen gepulsten Lasern, verwendet werden. Dabei können Laserimpulsdauer, wie z. B., jedoch nicht begrenzt auf Laser mit Impulsen, die in Femtosekunden, Pikosekunden, Nanosekunden, Mikrosekunden gemessen werden können, modulierte Dauerstrich- und Dauerstrichlaser verwenden. Die einzelnen Pulse können mit einer Wiederholrate von etwa 100Hz bis etwa 10kHz, bevorzugt von etwa 250Hz bis etwa 2500Hz auf das abzutragende Material einwirken.

Alternativ oder zusätzlich kann das Verringern der Rauigkeit der Oberflächen der Kavitäten aus mittels eines Poliermittels erfolgen. Bevorzugt kann ein Polieren der Flächen der Kavitäten durch ein chemisches Poliermittel, insbesondere ein säurehaltiges bzw. fluorhaltiges Poliermittel erfolgen. Bevorzugt kann das Polieren durch Eintauchen der Gießformfläche in und/oder Besprühen mit dem Poliermittel erfolgen, wobei zusätzlich eine mechanische Bearbeitung der zu polierenden Fläche erfolgen kann. Die mechanische Bearbeitung kann durch zylinderförmige oder flache Polierscheiben bzw. Bürsten erfolgen. Weiter bevorzugt kann sich das Eintauchen in und/oder Besprühen mit dem Poliermittel mit einem Eintauchen in bzw. Besprühen mit Wasser abwechseln.

Das Poliermittel kann mineralische und/oder organische Säuren bzw. Gemische davon aufweisen. Insbesondere kann das Poliermittel Flusssäure bzw.

Fluorwasserstoff bzw. Salze davon enthalten, da diese chemischen Fluor- Verbindungen die Oberfläche von Silikaten angreifen können. Bevorzugt kann das Poliermittel Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salzsäure oder ein Gemisch davon als bevorzugte anorganische Säuren enthalten. Weiter bevorzugt kann das Poliermittel als bevorzugte organische Säuren Ameisensäure, Essigsäure, wäßrige Lösungen von Oxalsäure und Propionsäure bzw. Gemische davon aufweisen.

Vorteilhafterweise ermöglicht das Polieren der Gießformfläche mit einem Säuregemisch als bevorzugtem Poliermittel ein sehr glattes Resultat. Die Wirkung kann durch ein Verlängern bzw. Verkürzen der Eintauchzeit bzw. Besprühzeit sowie eine Anpassung der Säurekonzentration angepasst werden. Auch durch das Anpassen des Verhältnisses von Flusssäure zu den weiteren Säuren kann das Ergebnis beeinflusst werden. Das Besprühen kann dabei jeweils unter Verwendung von Druckluft erfolgen. Das Benetzen der Gießformfläche kann auch durch mit dem Poliermittel benetzte bzw. getränkte Polierscheiben bzw. Bürsten erfolgen. Das Polieren mittels des Poliermittels kann bei Temperaturen von etwa 15°C bis etwa 50°C erfolgen. Insbesondere kann das Erreichen der entsprechenden Poliertemperatur durch Temperieren des Poliermittels erfolgen. Der pH-Wert des Poliermittels kann bevorzugt zwischen etwa 5 und etwa 6,5, besonders bevorzugt zwischen etwa 5,5 und 6 eingestellt werden.

Mittels der Laserstrahlung und/oder dem Poliermittel kann das Polieren der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität erfolgen.

Vorzugsweise kann vor dem Polieren ein Waschen der Gießformfläche mittels einer Waschlösung erfolgen, um eine Vorreinigung durchzuführen, wodurch vorteilhaftweise Partikel oder Anhaftungen entfernt werden können, welches sich ansonsten nachteilig auf das Polieren auswirken können. Die Waschlösung kann beispielsweise Wasser bzw. wasserbasiert sein und bevorzugt ein Tensid aufweisen. Das Waschen kann in einem Tauchbad oder durch Aufsprühen erfolgen.

Vorzugsweise ist das Gießformhalbzeug aus Glas ausgebildet, insbesondere aus einem chemisch härtbaren Glas. Vorteilhafterweise ist Glas stabil und starr, haltbar, günstig und chemisch im Wesentlich inert. Bei dem Material der Gießform bzw. des Gießformhalbzeugs handelt es sich um Glas, besonders bevorzugt Floatglas, Quarzglas oder Borosilikatglas. Prinzipiell kann es sich aber auch um andere ähnliche Gläser bzw. Glasmaterialien, wie Glaskeramik oder entsprechende andere spröd-brechende lasertransparente Materialien handeln.

Vorzugsweise weist das Verfahren zum Herstellen der Gießform den Schritt auf: Chemisches Härten der Gießformfläche.

Das chemische Härten von Glas beruht auf einem Prozess des lonenaustauschs zwischen den alkalischen Ionen (hauptsächlich Natrium, in einigen Fällen Lithium) der Oberflächenschichten des Glases und den Kaliumionen (oder Natrium) von Salzlösungen, mit denen die Flächen bzw. Oberflächen benetzt bzw. in welche sie eingetaucht werden. Vorzugsweise erfolgt das Härten bei Temperaturen zwischen etwa 400°C und etwa 500°C. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Kavitäten gemäß einer vorgebbaren Struktur angeordnet auf der Gießformfläche ausgebildet. Die Struktur kann beispielsweise ausgelegt sein, eine Mikrostruktur auf einer Fläche, insbesondere der Vorderfläche, eines Brillenglases bzw. eines Brillenglaskörpers bereitzustellen. Diese Mikrostruktur kann insbesondere als diffraktives Gitter für sichtbares Licht dienen, vorzugsweise zur Farbsaumkorrektur oder Myopie-Kontrolle im Brillenglas.

Das in der Gießform gegossene optische Element kann vorzugsweise aus einem Polymer, insbesondere einem Duroplast oder Thermoplast, ausgebildet werden, bevorzugt aus Polyethylenglycolbisallylcarbonat; Copolymere, die Polyethylenglycoldimethacrylat enthalten; Polycarbonat; Polythiourethan; oder Polyapisulfid.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschreiben. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellungen von Gießformhalbzeug und Laserbestrahlung mittels gepulster Laserstrahlung;

Fig. 2 Gießformhalbzeug mit Kavität;

Fig. 3 Anordnung einer Vielzahl von Kavitäten zur Ausbildung einer Mikrostruktur;

Fig. 4 schematische Darstellungen von Gießformhalbzeug und Laserbestrahlung zum Polieren;

Fig. 5 schematische Darstellungen von Gießformhalbzeug und einer Vorrichtung zum Polieren mit säurehaltigen Poliermitteln mittels eines Tauchbades;

Fig. 6 schematische Darstellungen von Gießformhalbzeug und einer Vorrichtung zum Polieren mit säurehaltigen Poliermitteln mittels Sprühen;

Fig. 7 Anordnung einer Vielzahl von Kavitäten zur Ausbildung einer sich räumlich wiederholenden Mikrostruktur.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung von Gießformhalbzeug 2 und Laserbestrahlung mittels gepulster Laserstrahlung 4. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Gießform kann ein Gießformhalbzeug 2 mit einer Gießformfläche 4 bereitgestellt werden. Die Gießformfläche 4 kann konvex, konkav oder plan ausgebildet sein. An zumindest einer Stelle kann die Gießformfläche 4 mit einer gepulsten, ersten Laserstrahlung 6 beaufschlagt werden, welche ausgelegt ist, zumindest eine Kavität 8 in der Gießformfläche 4 auszubilden.

Alternativ kann die in Figur 1 gezeigte Laserstrahlung 4 auch durch eine fokussierte lonenstrahlung ersetzt werden, um die Kavität 8 auszubilden. Dazu kann ein Strahlstrom von bevorzugt mehr als etwa 1 nA bis zu etwa 25 nA oder insbesondere bis zu 1 ,3 pA verwendet werden, um einen entsprechenden Materialabtrag zu erhalten.

Die Figur 2 zeigt ein Gießformhalbzeug 4 mit einer Kavität 8 mit Durchmesser D. Die Kavität 8 kann je nach physiologischer Anforderung des Brillenglases als sphärisches, torisches oder beliebig als Freiform ausgeführtes Flächenelement in das Gießformhalbzeug 2 eingearbeitet werden.

Die Figur 3 zeigt eine Anordnung von Kavitäten 8 entsprechend einer Mikrostruktur 12. Die Anordnung der Kavitäten 8 kann je nach physiologisch notwendiger Anforderung beliebig ausgeführt werden. Ob rund, rechteckig, im Paralellogrammgitter oder in jeglicher beliebiger Anordnung.

Die Figur 4 zeigt einen flächigen Laserstrahl 10, der in gesteuerten Bahnen über das Gießformhalbzeug 2 bewegt werden kann oder das Gießformhalbzeug 2 vollflächig bestrahlt. Das Beaufschlagen der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität 8 mit der weiteren, zweiten Laserstrahlung 10 ist derart ausgelegt, um eine Rauigkeit der Fläche der zumindest einen Kavität 8 zu verringern. Die Laserstrahlung 10 kann in Wellenlänge, Pulsdauer und/oder Energiedichte von der Laserstrahlung 6 zum Ausbilden der Kavitäten verschieden sein.

Alternativ kann die in Figur 4 gezeigte Laserstrahlung 10 auch durch eine fokussierte lonenstrahlung ersetzt werden, um die Kavität 8 zu polieren. Dazu kann ein Strahlstrom von bevorzugt mehr als etwa 1 nA bis zu etwa 25 nA verwendet werden, um einen entsprechenden zum Polieren geeigneten geringen Materialabtrag zu erhalten. Die Figur 5 zeigt eine beispielhafte Anordnung 100 zum Polieren der Gießformfläche 4 mittels eines säurehaltigen Poliermittels 102 mit einem Tauchbad 104 als bevorzugte Ausführungsform. Mit einer wässrigen, fluorwasserstoffhaltigen Lösung kann vorteilhafterweis schon bei Zimmertemperatur von etwa 20°C mit genügender Geschwindigkeit eine Glättung der Kavitäten 8 erreicht werden. Durch die geringe Temperatur wird das Gießformhalbzeug nicht thermisch belastet, wodurch ein thermisches Verziehen vermieden wird. Das Poliermittel 102 kann innerhalb des Tauchbades kontinuierlich oder zeitweise durchmischt werden, beispielsweise durch Rühren, wodurch sich vorteilhafterweise eine gleichmäßige Säure-Konzentration an der Oberfläche der Gießformfläche erhalten werden kann.

Als besonders günstig hat sich die Verwendung sogenannter Pufferlösungen als Poliermittel erwiesen, deren pH-Wert im Bereich von etwa 5,0 bis etwa 6,5 liegt. Günstig wirken weiterhin Zusätze zum Poliermittel von solchen Stoffen, die mit den Glas-Bestandteilen Verbindungen eingehen, z. B. Natriumchromat, Natriumsulfat, Natriumferrocyanid usw.

Das Poliermittel ist bevorzugt eine saure, Fluoridionen enthaltenden Lösung, die in der Lage ist, das Glas im Bereich der Kavitäten 8 anzugreifen und einen Silicofluoridniederschlag zu bilden, wobei die behandelte Oberfläche bevorzugt, kontinuierlich mechanisch bearbeitet wird, um den Niederschlag zu beseitigen und sie dem weiteren Angriff des Poliermittels auszusetzen. Vorteilhafterweise kann das Besprühen der Gießformfläche 4 mit dem Poliermittel sowohl eine einfache Dosierung des Poliermittels bewirken als auch ein Wegspülen des Niederschlags, so dass eine weitere mechanische Bearbeitung (beispielsweise durch Bürsten) nicht mehr notwendig ist, jedoch optional noch durchgeführt werden kann.

Das Poliermittel 102 kann beispielsweise eine Schwefelsäurekonzentration von etwa 70 bis etwa 78 Gewichtsprozent und eine Flusssäurekonzentration von etwa 4 bis etwa 6 Gewichtsprozent sowie eine Temperatur zwischen 20°C und 50°C aufweisen.

Nach dem Polieren kann die Gießform in ein weiteres Tauchbad eingebracht werden, um das Poliermittel abzuwaschen. Bevorzugt kann dieses Tauchbad eine Pufferlösung mit einem neutralen pH-Wert oder einen leicht alkalischen pH-Wert bis etwa 9 aufweisen, wodurch das Poliermittel neutralisiert wird. Die Gießformfläche kann auch mit Wasser oder Pufferlösung besprüht werden, um das Poliermittel von der Oberfläche zu entfernen.

Die Figur 6 zeigt eine weitere beispielhafte Anordnung 100 zum Polieren der Gießformfläche 4 mittels eines säurehaltigen Poliermittels 102, wobei das Poliermittel 102 mittels einer Düse 106 auf die Gießformfläche 4 aufgesprüht wird. Das Poliermittel 102 kann die gleichen Eigenschaften aufweisen, wie mit Bezug auf Figur 5 beschrieben. Das Poliermittel 102 kann durch die Düse 106 mit einem vorbestimmten Druck bzw. einer vorbestimmten Geschwindigkeit auf die Gießformfläche 4 aufgebracht werden. Durch die Verwendung von frischem oder aufbereitetem Poliermittel, kann vorteilhafterweise eine gleichmäßige Säure- Konzentration an der Oberfläche der Gießformfläche aufgesprüht werden.

Zusätzlich zum Besprühen der Gießformfläche 4 mit dem Poliermittel kann auch ein mechanisches Polieren, vorzugsweise durch eine um eine Rotationsachse R drehende Polierscheibe 108 erfolgen. Weiter bevorzugt kann sich Besprühen mit dem Poliermittel mit einem Besprühen mit Wasser abwechseln. Insbesondere können wegpolierte Partikel durch einen durch das Sprühen ausgebildeten Fluss an Poliermittel bzw. Wasser von der Gießformfläche weggespült werden.

Die Figur 7 zeigt eine Anordnung von Kavitäten 8 entsprechend einer Mikrostruktur 12. Die Anordnung der Kavitäten 8 kann je nach physiologisch notwendiger Anforderung beliebig ausgeführt werden. Ob rund, rechteckig, im Paralellogrammgitter oder in jeglicher beliebigen Anordnung.

Bezugszeichen

2 Gießformhalbzeug

4 Gießformfläche

6 erste Laserstrahlung

8 Kavität

10 zweite Laserstrahlung

12 Mikrostruktur

100 Anordnung

102 Poliermittel

104 Tauchbad

106 Düse

108 Polierscheibe

R Rotationsachse

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Herstellen einer Gießform, vorzugsweise zum Gießen eines optischen Elements, insbesondere eines Brillenglashalbzeugs, mit folgenden Schritten:

Bereitstellen eines Gießformhalbzeugs (2) mit einer Gießformfläche (4), welche bevorzugt konvex oder konkav ausgebildet ist,

Beaufschlagen der Gießformfläche (4) an zumindest einer Stelle mit einer gepulsten Laserstrahlung (6) und/oder einer fokussierten lonenstrahlung, welche ausgelegt ist, zumindest eine Kavität (8) in der Gießformfläche (4) auszubilden, und

Polieren der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Kavitäten (8) einen Durchmesser (D) von etwa 0,3 mm bis etwa 3 mm aufweisen und/oder wobei die Kavitäten (8) eine Tiefe (T) von etwa 0,1 pm bis etwa 5 pm aufweisen. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polieren ein Beaufschlagen der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität (8) mit einer Laserstrahlung (10) und/oder einer fokussierten lonenstrahlung umfasst, welche ausgelegt ist, eine Rauigkeit der Fläche der zumindest einen Kavität (8) zu verringern. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die gepulste Laserstrahlung (6) eine Energie(-dichte) von etwa 10 J/m² bis etwa 100 kJ/m², bevorzugt von etwa 20 J/m² bis etwa 20 kJ/m² aufweist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die gepulste Laserstrahlung (6) eine Wellenlänge von etwa 190 nm bis etwa 12000 nm aufweist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die gepulste Laserstrahlung (6) eine Pulslänge von etwa 10 fs bis etwa 10ps aufweist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ionen der fokussierten lonenstrahlung mit Spannungen von etwa 0,5 kV bis etwa 50 kV beschleunigt werden und/oder der Strahlstrom der fokussierten lonenstrahlung eine Größe von etwa 1 pA bis zu etwa 1 ,3 pA aufweist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Polieren ein Beaufschlagen der Flächen der zumindest einen ausgebildeten Kavität mit einem Poliermittel umfasst, welches ausgelegt ist, eine Rauigkeit der Fläche der zumindest einen Kavität zu verringern. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Poliermittel eine Fluorverbindung, bevorzugt Fluorwasserstoff, enthält. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Poliermittel eine anorganische und/oder eine organische Säure enthält. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gießformhalbzeug (2) aus Glas ausgebildet ist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verfahren zum Herstellen der Gießform den Schritt aufweist:

Härten, bevorzugt chemisches Härten, der Gießformfläche (4). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Vielzahl von Kavitäten (8) gemäß einer vorgebbaren Struktur (12) angeordnet auf der Gießformfläche (4) ausgebildet wird Gießform, insbesondere zum Herstellen eines optischen Elements, wobei die Gießform nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt wurde. Verwendung der Gießform gemäß Anspruch 14 in einem Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements, insbesondere eines Brillenglases oder eines Brillenglashalbzeugs.