ES2300612T3 - Procedimiento para fabricar una pieza de molde que presenta una superficie principal curvada que soporta una microestructura utilitaria. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para fabricar una pieza de molde que presenta una superficie curva principal que soporta una microestructura utilitaria, que comprende: a) proporcionar una pieza (1) maestra que presenta una superficie principal plana que soporta una microestructura (2) utilitaria; b) transferir dicha microestructura (2) utilitaria desde la superficie principal de la pieza maestra hasta una superficie principal de una película (5) elastomérica curada plana; c) recuperar la película (5) elastomérica curada plana que presenta una superficie (6) principal que soporta un duplicado de dicha microestructura (2) utilitaria; d) proporcionar un artículo (8) maestro que presenta una superficie (9) curva principal que va a duplicarse; e) aplicar una composición (10) de recubrimiento curable o bien: - sobre la superficie (9) curva principal del artículo (8) maestro, o -sobre la superficie (6) principal que soporta el duplicado de dicha microestructura (2) utilitaria de la película (5) elastomérica curada plana, o bien - sobre ambas superficies principales, f) colocar la superficie (6) principal que soporta el duplicado de dicha microestructura (2) utilitaria de la película (5) elastomérica curada plana y la superficie (9) curva principal del artículo (8) maestro una delante de la otra; g) prensar dicha película (5) elastomérica curada y dicho artículo (8) maestro una contra el otro de modo que se ajuste la forma global de dicha película (5) elastomérica curada a la forma curva de la superficie (9) principal del artículo (8) maestro y se extienda la composición (10) de recubrimiento curable entre la superficie (9) principal curva del artículo (8) maestro y la superficie (6) principal que soporta el duplicado de dicha microestructura (2) utilitaria de la película (5) elastomérica curada; h) curar la composición (10) de recubrimiento; i) retirar la película (5) elastomérica curada y recuperar un artículo recubierto duro que presenta una superficie (9) curva principal recubierta con un recubrimiento (10) duro que presenta una superficie (11) principal expuesta que soporta una microestructura utilitaria transferida; j) depositar una capa de un metal o una aleación (12) metálica sobre dicha superficie (11) principal expuesta del recubrimiento duro del artículo (8) maestro; y k) recuperar dicha capa de metal o aleación metálica para obtener una pieza (13) de molde que presenta una superficie (14) principal curva que soporta un duplicado de dicha microestructura utilitaria transferida.
Description
Procedimiento para fabricar una pieza de molde
que presenta una superficie principal curvada que soporta una
microestructura utilitaria.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La presente invención se refiere al campo de la
duplicación de microestructuras y más precisamente a un
procedimiento para fabricar una pieza que presenta una superficie
curva principal que soporta una microestructura utilitaria. En
particular, la presente invención se refiere a un procedimiento para
fabricar una pieza de este tipo que puede utilizarse para la
producción en serie de artículos moldeados, en particular lentes
oftálmicas, que presentan una superficie principal que soporta una
microestructura utilitaria y preferentemente una microestructura
que presenta propiedades antirreflectantes.
Se conoce cómo conferir microestructuras
utilitarias tales como hologramas, rejillas de difracción y
microestructuras que presentan propiedades antirreflectantes en
diferentes tipos de artículos.
Una técnica particular para fabricar estos
artículos consiste en moldear los artículos en moldes en los que al
menos una superficie de la cavidad de moldeo soporta una
microestructura.
Se describen muchos procedimientos diferentes
para obtener piezas de molde, y especialmente piezas de molde para
lentes, que presentan una superficie principal de la cavidad de
moldeo que soporta una microestructura utilitaria, en la solicitud
de patente internacional WO 99/29494.
En el documento WO 99/29494, la microestructura
utilitaria se obtiene inicialmente mediante un procedimiento
interferencial. Se conoce bien un procedimiento de este tipo para la
duplicación de microestructuras en un artículo que presenta
superficies planas. Sin embargo, si se utiliza este procedimiento
para crear microestructuras directamente en una superficie no
plana, pueden producirse algunas distorsiones del patrón de franjas
de interferencia que crean la microestructura. Entonces es
necesario crear un patrón de franjas de interferencia que se
modifica en sí mismo para tener en cuenta la curvatura de la
superficie sobre la que debe grabarse la microestructura.
Cuando el artículo sobre el que va a
transferirse la microestructura es una lente oftálmica o un molde
para lentes, cuyas superficies del artículo están diseñadas según
el usuario de las lentas para gafas, es un procedimiento complicado
y problemático adaptar el patrón de franjas de interferencia a la
curvatura de cada lente.
Una solución proporcionada en el documento WO
99/29494 es grabar la microestructura en una primera superficie de
un soporte plano flexible, aplicar la superficie opuesta de este
soporte sobre la superficie principal de una pieza de molde
modificando la forma del soporte plano flexible, de modo que su
geometría se ajuste a la geometría de la superficie principal de la
pieza de molde con el fin de obtener un molde compuesto que
presenta una superficie principal de moldeo curva que soporta la
microestructura.
Un problema de esta solución es que es difícil
encontrar materiales de soporte que puedan ser al mismo tiempo:
- -
- suficientemente blandos y flexibles para resistir la deformación de la forma sin inducir grietas en la superficie de soporte;
- -
- suficientemente estables para mantener la integridad dimensional de la microestructura durante el posterior procedimiento de moldeo de las lentes, en particular cuando se requieren altas temperaturas, como por ejemplo durante la etapa de curado de la composición de lente;
- -
- suficientemente compatibles con diferentes composiciones monoméricas, es decir, que sean químicamente inertes y proporcionen suficiente humectabilidad con las composiciones monoméricas para llenar adecuadamente las microestructuras, y
- -
- suficientemente duraderos para resistir el moldeo de un alto número de artículos tales como lentes oftálmicas (producción en serie).
La patente europea EP 400.672 describe una
técnica para formar un molde unitario que presenta una
microestructura formada solidariamente sobre su superficie interna.
Más particularmente, una película que presenta una superficie que
soporta un holograma, una rejilla de difracción u otra
microestructura está unida firmemente a través de su superficie
opuesta a la superficie que soporta la microestructura sobre la
superficie de un modelo del artículo que va a moldearse. Luego, se
forma una pieza de molde que se ajusta a la forma externa de al
menos una parte del modelo mediante electrodeposición de metal
sobre la superficie de la película unida al modelo.
Entonces se separa el metal depositado del
modelo y se refuerza mecánicamente para su utilización como pieza
de molde, por ejemplo, en el moldeo por inyección convencional.
Esta técnica necesita que la película flexible
que soporta la microestructura esté unida firmemente a la superficie
de un modelo de artículos que van a moldearse. Una etapa de unión
de este tipo aumenta el riesgo de deterioro de la película que
soporta la microestructura, tal como por ejemplo, un agrietamiento
de la película, en particular cuando el modelo de superficie es una
superficie curva.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La publicación "Soft lithography" Younan
Xia, George M. Whitesides; Angew. Chem, Int. Ed. 1998, 37,
550-575, describe en la página 764 un procedimiento
de moldeo de duplicados frente a un molde de polidimetilsiloxano
deformado. Según este procedimiento, en primer lugar se graba una
microestructura en un molde de polidimetilsiloxano. Las
características en relieve sobre el molde de polidimetilsiloxano se
reconfiguran mediante deformación mecánica y se duplica la
estructura deformada mediante colada de un poliuretano líquido
curable por UV o una resina epoxídica curable térmicamente frente
al molde de polidimetilsiloxano.
Más particularmente, en una realización, se
curva un molde de polidimetilsiloxano (PDMS) delgado (de
aproximadamente 50 micrómetros de espesor) que presenta una
superficie que soporta una microestructura de modo que la superficie
que soporta la microestructura del molde de PDMS se pone en
contacto conforme con la superficie curva (lente) recubierta con
una película delgada de poliuretano líquido.
Tras el curado del poliuretano, se retira el
molde de PDMS para dejar ver el duplicado de poliuretano sobre la
superficie del sustrato cilíndrico. Finalmente, así se obtiene una
lente final recubierta con un recubrimiento de poliuretano que
presenta una microestructura grabada en él.
Un procedimiento de este tipo no puede
utilizarse en la práctica para la producción en serie.
Por tanto, el objetivo de la presente invención
es proporcionar un procedimiento sencillo, reproducible y rápido
para fabricar una pieza de molde curva que soporta una
microestructura utilitaria, pudiéndose utilizar dicha pieza de
molde curva en la práctica para la producción en serie de artículos
tales como lentes que soportan sobre una superficie principal de
las mismas una microestructura utilitaria.
Según la invención, se proporciona un
procedimiento para fabricar una pieza de molde que presenta una
superficie curva principal que soporta una microestructura
utilitaria que comprende:
- a)
- proporcionar una pieza maestra que presenta una superficie principal plana que soporta una microestructura utilitaria;
- b)
- transferir dicha microestructura utilitaria desde la superficie principal de la pieza maestra hasta una superficie principal de una película elastomérica curada plana;
- c)
- recuperar la película elastomérica curada plana que presenta una superficie principal que soporta un duplicado de dicha microestructura utilitaria;
- d)
- proporcionar un artículo maestro que presenta una superficie curva principal;
- e)
- aplicar una composición de recubrimiento curable:
- -
- sobre la superficie curva principal del artículo maestro, o
- -
- sobre la superficie principal que soporta el duplicado de dicha microestructura utilitaria de la película elastomérica curada plana, o
- -
- sobre ambas superficies.
- f)
- poner la superficie principal que soporta el duplicado de dicha microestructura utilitaria de la película elastomérica curada plana y la superficie recubierta principal del artículo maestro una delante de la otra;
- g)
- prensar dicha película elastomérica curada y dicho artículo maestro uno contra el otro de modo que se ajuste la forma global de dicha película elastomérica curada a la forma curva de la superficie principal del artículo maestro y se extienda la composición de recubrimiento curable entre la superficie principal curva del artículo maestro y la superficie principal que soporta el duplicado de dicha microestructura utilitaria de la película elastomérica curada;
- h)
- curar la composición de recubrimiento;
- i)
- retirar la película elastomérica curada y recuperar un artículo recubierto duro que presenta una superficie curva principal recubierta con un recubrimiento duro que presenta una superficie principal expuesta que soporta una microestructura utilitaria transferida;
- j)
- depositar una capa de un metal o una aleación metálica sobre dicha superficie principal expuesta del recubrimiento duro del artículo, y
- k)
- recuperar dicha capa de metal o aleación metálica para obtener una pieza de molde que presenta una superficie principal curva que soporta un duplicado de dicha microestructura utilitaria transferida.
Ahora se describirá la invención en relación con
los dibujos, en los que:
las figuras 1A a 1J ilustran las principales
etapas del procedimiento según la invención;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un
dispositivo de sujeción diseñado específicamente para prensar la
película elastomérica curada y el artículo maestro (etapa g),
estando el dispositivo de sujeción en su posición abierta antes del
prensado;
la figura 3 es una vista en perspectiva del
dispositivo de sujeción de la figura 2 en su posición cerrada, es
decir, al final de la etapa de prensado (etapa g); y
la figura 4 es una vista esquemática de un
dispositivo de sujeción para sostener la lente durante el
procedimiento de electrodeposición.
Tal como se muestra en la figura 1A, en primer
lugar se proporciona un molde 1 maestro plano que presenta una
superficie plana principal que soporta una microestructura 2
utilitaria.
La pieza maestra plana puede estar compuesta por
cualquier material adecuado pero está compuesta preferentemente por
metal o una aleación metálica y en particular por níquel.
La microestructura 2 utilitaria puede ser
cualquier microestructura utilitaria tal como un holograma, una
rejilla de difracción o una microestructura que presenta propiedades
antirreflectantes. Preferentemente, la microestructura utilitaria
es una microestructura que presenta propiedades
antirreflectantes.
La microestructura 2 utilitaria, que la
superficie plana principal de la pieza 1 maestra soporta, puede
obtenerse previamente mediante cualquier técnica disponible
incluyendo la descrita en la solicitud de patente europea EP
757.262 que se refiere a un procedimiento para obtener una
superficie microgranular que se compone de SiO_{2}.
Un procedimiento preferido para obtener la
microestructura 2 utilitaria es el procedimiento interferencial
descrito en la solicitud de patente internacional WO 99/29494.
Más precisamente, el procedimiento
interferencial consiste en fabricar un patrón de franjas de
interferencia superponiendo dos ondas luminosas coherentes, por
ejemplo, dos rayos láser, e irradiando una capa de material
fotosensible recubierta sobre un sustrato a través de un patrón de
franjas de interferencia de ese tipo.
Luego, revelando de manera convencional la capa
de material fotosensible, se obtiene una microestructura
periódica.
Pueden preverse dos etapas de irradiación para
la capa fotosensible, si se desea, haciendo girar el sustrato,
preferentemente a 90º tras la primera etapa de irradiación, y luego
se revela de manera convencional la capa de material
fotosensible.
Entonces, se obtiene una microestructura
periódica en el plano. Por tanto, puede obtenerse una estructura
isotrópica cuyas propiedades antideslumbrantes son independientes
del ángulo de observación.
Naturalmente, pueden formarse patrones de
franjas de interferencia que presentan pasos (i) y amplitudes (2A)
diferentes o idénticos. Además, dichas etapas de irradiación pueden
repetirse varias veces de modo que se obtenga, tras el revelado,
una microestructura final formada con múltiples microestructuras
superpuestas.
Generalmente, la longitud de onda de los haces
luminosos coherentes, por ejemplo, rayos láser, está comprendida
entre 170 y 510 nm y el paso del patrón de franjas de interferencia
(y en consecuencia de la microestructura periódica que se está
obteniendo) está comprendido entre 100 y 300 nm. La amplitud 2A está
comprendida generalmente entre 100 y 300 nm.
Preferentemente, se utilizan ondas de luz plana
y así se obtiene una microestructura sinusoidal.
La microestructura periódica podría definirse
generalmente en un sistema de referencia ortogonal (x, y, z) con la
siguiente ecuación (1):
en la
que
A_{n}, B_{n} son coeficientes de Fourier en
la microestructura en la dirección x,
C_{m}, D_{m} son coeficientes de Fourier en
la microestructura en la dirección y, e
i es el paso (periodo) de la
microestructura.
Preferentemente, B_{n} = D_{m} = 0, A_{n}
= C_{m} = A (estructura sinusoidal) y el patrón de franjas de
interferencia y, en consecuencia, la microestructura pueden
representarse mediante la ecuación (2):
en la que i es el periodo y A la
semiamplitud.
Preferentemente, la microestructura utilitaria
es una estructura que se repite periódicamente que presenta un
periodo de 250 nm.
La pieza 1 maestra plana se pone entonces en un
recipiente 3, por ejemplo, un recipiente metálico, con la
microestructura 2 orientada hacia fuera, hacia el extremo abierto
del recipiente 3 (figura 1B).
Tal como se muestra en la figura 1C, entonces se
vierte una cantidad apropiada de una composición 4 curable
formadora de película elastomérica sobre la pieza 1 maestra. Aunque
pueden utilizarse composiciones curables térmicamente y/o por UV,
se prefiere utilizar composiciones curables térmicamente, y en
particular, composiciones de polidimetilsiloxano (PDMS) curables
térmicamente.
Tras el curado, la composición 4 curable, una
película 5 elastomérica curada plana que presenta una superficie 6
principal que soporta un duplicado de la microestructura 2
utilitaria se recubre tal como se muestra en la figura 1D.
Tal como se indicó previamente, las películas
elastoméricas curadas planas preferidas están compuestas
preferentemente por PDMS curado, tales como las obtenidas curando
una composición de PDMS curable Sylgard Elastomer 184.
Otro material adecuado para la película
elastomérica es RTV 615^{TM} comercializada por G.E. silicones que
absorben luz UV a 214 nm.
Normalmente, la película 5 presentaría un
espesor comprendido entre 1 y 2 mm.
Se da a conocer la reproducción de una película
5 plana de silicona de este tipo que presenta una superficie 6
principal que soporta una microestructura utilitaria partiendo de
una pieza maestra de níquel en el artículo "Replication and
compression of Bulk Surface Structures with Polydimethylsiloxane
Elastomer", D.J. Campbell, K.J. Beckman, C.E. Calderon, P.W.
Doolan, R.H. Moore, A.B. Ellis, G.C. Lisensky, J. Chem. Educ. Vol.
76, 537(1999).
Una vez recuperada, se pone la película 5
elastomérica plana en un armazón 7 de montaje que sostiene la
película 5 en su periferia (figura 1E).
Tal como se muestra en la figura 1F, entonces se
proporciona un artículo 8 maestro, tal como una lente oftálmica,
que presenta al menos una superficie 9 curva principal.
Preferentemente, el artículo 8 maestro es una lente oftálmica, en
particular, una lente oftálmica cuya superficie curva principal es
una superficie esférica o una superficie correctora de la presbicia
(es decir, una lente de adición progresiva).
El artículo 8 maestro puede estar compuesto por
cualquier material adecuado para fabricar lentes oftálmicas, pero
preferentemente está compuesto por un material de plástico, y en
particular, por copolímero de
dietilenglicol-bis-carbonato de
alilo (CR39® de PPG Industries) o policarbonato (PC).
Otros materiales adecuados para el artículo 8
maestro son vidrios obtenidos mediante la polimerización de
monómeros alílicos derivados de bisfenol A, tales como los descritos
en la patente US nº 4.959.429, poli(met)acrilato de
alquilo, en particular poli(met)acrilato de metilo,
resinas de poliestireno y resinas a base de ftalato de dialilo.
Los materiales preferidos para el artículo 8
maestro son polímeros y copolímeros de
dietilenglicol-bis(carbonato de alilo) y
policarbonato.
Entonces se deposita una cantidad apropiada de
una composición 10 curable sobre la superficie 9 curva principal
del artículo 8 maestro. Alternativamente, la composición 10 curable
puede depositarse sobre la superficie 6 principal que soporta el
duplicado de la microestructura 2 utilitaria de la película 5
elastomérica plana o pueden depositarse cantidades adecuadas de la
composición 10 curable tanto sobre la superficie 6 principal de la
película plana como sobre la superficie 9 principal curva del
artículo 8 maestro.
Preferentemente, la composición curable es una
composición curable por UV.
Puede utilizarse cualquier procedimiento bien
conocido para depositar la composición curable, tal como
recubrimiento por inmersión y recubrimiento por centrifugación.
Si fuese necesario, es posible aplicar la
composición curable en dos o más etapas sucesivas. Por ejemplo, se
aplica una primera cantidad de composición curable mediante
recubrimiento por inmersión o por centrifugación sobre cualquiera
de la superficie 6 ó 9 y luego se aplica una cantidad mayor sobre
las superficies 6 y/o 9 centrales.
El espesor de la composición 10 curable
depositada normalmente está comprendido entre 1 y 15 micrómetros,
preferentemente desde 2 hasta 10 micrómetros.
La composición 10 de recubrimiento curable puede
ser cualquier composición de recubrimiento curable utilizada en la
tecnología de lentes oftálmicas.
La composición de recubrimiento curable puede
comprender uretanos, siloxanos o materiales acrílicos.
Una clase preferida de composición de
recubrimiento es una composición de recubrimiento que comprende
monómeros u oligómeros (met)acrílicos. Los monómeros
preferidos son monómeros de di(met)acrilato o
tri(met)acrilato, en particular
di(met)acrilatos y/o
poli(alquilenoxi)di(met)acrilatos de
polialquilenglicoles. Son composiciones particularmente preferidas
las preparadas a partir de una mezcla de diacrilato de butanodiol y
triacrilato de pentaeritri-
tol.
tol.
Otras composiciones que pueden utilizarse, son
por ejemplo, las que comprenden hidrolizados de alcoxisilanos, en
particular de organopolialcoxisilanos, tales como
metiltrimetoxisilano,
\gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano y
metacriloxipropiltrimetoxisilano. Se dan a conocer ejemplos de tales
composiciones en los documentos US nº 4.211.823, WO 94/10230 y US
nº 5.015.523.
Se ponen entonces la superficie 6 principal que
soporta el duplicado de la microestructura 2 utilitaria de la
película 5 elastomérica curada plana y la superficie 9 curva
principal del artículo 8 maestro cubierta con la composición 10
curable una delante de la otra.
Después se prensan la película 5 elastomérica
curada y el artículo 8 maestro uno contra el otro de modo que se
ajuste la forma global de la película 5 elastomérica curada a la
forma curva de la superficie 9 principal del artículo 8 maestro y
se extienda la composición 10 de recubrimiento curable entre la
superficie 9 principal curva del artículo 8 maestro y la superficie
6 principal que soporta el duplicado de dicha microestructura 2
utilitaria de la película 5 elastomérica curada.
El prensado puede realizarse o bien estirando la
película a través de la superficie 9 principal curva del artículo 8
maestro o bien aplicando directamente una presión sobre la
superficie de la película 5 elastomérica plana opuesta a la
superficie 6 principal que soporta el duplicado de la
microestructura 2 utilitaria para prensar la película 5
elastomérica plana contra la superficie 9 curva principal que
soporta la composición 9 curable del artículo 8 maestro. Entonces
se cura la composición 10 curable, preferentemente se cura mediante
radiación fotoactínica, preferentemente radiación UV cuando la
composición 10 es una composición fotocurable.
Preferentemente, se realiza la irradiación a
través de la película elastomérica curada con el fin de alcanzar la
composición fotocurable.
Tras el desensamblaje y la retirada de la
película 5 elastomérica curada, se recupera un artículo 8 maestro
recubierto duro que presenta su superficie 9 curva principal
recubierta con un recubrimiento 10 duro que presenta una superficie
11 principal expuesta que soporta una microestructura utilitaria
transferida tal como se muestra en la figura 1H.
Tal como se muestra en la figura 1I, se
electrodeposita una capa de metal o aleación metálica, normalmente
níquel, sobre la superficie 11 principal expuesta del recubrimiento
10 duro del artículo 8 maestro.
Un procedimiento de electrodeposición de este
tipo es clásico y se da a conocer por ejemplo, en la solicitud de
patente europea 400.672.
Tras el desensamblaje, se recupera una pieza 13
de molde de metal o aleación metálica, que presenta una superficie
14 principal curva que soporta un duplicado de la microestructura
utilitaria transferida que puede utilizarse para la producción en
serie de artículos moldeados que soportan una microestructura
utilitaria, tal como lentes oftálmicas.
El espesor de la pieza 13 de molde metálica
estará comprendido normalmente entre 0,3 mm y 5 mm.
\newpage
Aunque la pieza 13 de molde puede unirse a un
elemento de refuerzo, es preferentemente de un espesor tal que
pueda utilizarse directamente sin requerir ningún elemento de
refuerzo. En ese caso, una pieza de molde metálica presenta
generalmente un espesor de al menos 1 mm.
Se representa en las figuras 2 y 3 un
dispositivo diseñado específicamente o dispositivo de sujeción 20
para prensar una película 5 elastomérica curada plana que soporta
un duplicado de la microestructura utilitaria.
Haciendo referencia a la figura 2, que es una
vista en perspectiva del dispositivo de sujeción 20 en su posición
abierta, es decir, antes de ejecutar la etapa de prensado (etapa g)
del procedimiento de la invención, el dispositivo de sujeción 20
comprende una placa 21 de base y un portapelícula 22 inclinable
unido de manera que puede girar a la placa 21 de base. La placa 21
de base comprende un soporte 23 para el artículo 8 maestro,
generalmente en su centro. El soporte 23 es preferentemente tal que,
cuando el artículo 8 maestro se pone sobre el soporte 23, sólo
sobresale del soporte 23 la superficie curva principal del artículo
8 maestro recubierta con la composición de recubrimiento
curable.
curable.
El portapelícula 22 comprende dos armazones 24,
25 complementarios separados que definen una abertura central, que
pueden sujetarse juntos mediante medios apropiados tales como
tornillos 26, de modo que se pone la película 5 curada plana entre
los armazones 24, 25 y se mantienen firmemente planos en
intercalación entre los dos armazones 24, 25 complementarios
separados tras el ensamblaje.
Tal como se indicó previamente, el portapelícula
22 está unido de manera que puede girar a la placa 21 de base. Para
este fin, los armazones 24, 25 complementarios se unen de manera que
pueden girar a un eje 27 a través de medios 28, 29 de conexión. Tal
como se muestra en la figura 2, cada medio 28, 29 de conexión
comprende dos partes separadas que pueden sujetarse de manera fija
a los armazones 24, 25 complementarios a través de medios de
fijación tales como tornillos o pernos, permitiendo así un fácil
ensamblaje y desensamblaje de los armazones 24, 25 complementarios
y la sustitución de la película 5.
Cuando se ensamblan, cada medio 28, 29 de
montaje se une de manera que puede girar al eje 27.
Los extremos del eje 27 se montan de manera fija
dentro de dos postes 31, 32 verticales que sobresalen de la placa
21 de base y están espaciados a lo largo de un lado de la misma, y
preferentemente en dos esquinas contiguas de la misma.
Preferentemente, se proporciona al menos un
tope, tal como postes 33, 34, cerca del lado de la placa de base
opuesto al eje 27 con el fin de limitar adecuadamente el giro del
portapelícula 22 hacia la placa 21 de base.
Tal como se muestra en la figura 2, el soporte
23 de piezas maestras comprende dos partes separadas. Una primera
parte 23a que está unida de manera fija a o se fabrica de manera
solidaria con la placa 21 de base y una segunda parte 23b extraíble
para alojar la pieza 8 maestra.
El dispositivo de sujeción 20 funciona tal como
sigue:
Se desensambla el portapelícula 22 y se pone la
película 5 elastomérica entre los armazones 24, 25 complementarios.
Se vuelve a ensamblar el portapelícula 22 y se monta sobre el eje 27
con la cara que soporta la microestructura de la película 5
orientada hacia la placa 21 de base. Se pone una pieza 8 maestra
recubierta sobre el soporte 23 con su cara curva recubierta
dirigida hacia el portapelícula 22.
Entonces, se hace girar hacia abajo el
portapelícula hasta que entra en contacto con los topes 33, 34.
La película entra en contacto en primer lugar
con la pieza 8 maestra en su centro y luego la línea de contacto se
desplaza hacia fuera a medida que se hace descender el portapelícula
22 hasta las etapas 33, 34 de contacto.
Después, se cura el recubrimiento.
Tras el curado, el portapelícula 22 se eleva de
nuevo para recuperar una pieza maestra con una microestructura
grabada en su superficie recubierta para tratamientos
adicionales.
En la figura 4, se muestra esquemáticamente un
dispositivo de sujeción 30 para sostener la pieza maestra y
particularmente adecuado para ejecutar la etapa de deposición de
metal (etapa j) y en particular una etapa de electrodeposición.
Tal como se muestra en la figura 4, el
dispositivo de sujeción 30 comprende una placa 31 de plástico, plana
y gruesa en la que se ha mecanizado un rebaje 32.
Se mecaniza el rebaje 32 de modo que la pieza 8
maestra que presenta una superficie curva que soporta la
microestructura encaja perfectamente en el rebaje 32 y sólo
sobresale del rebaje 32 la superficie curva que soporta la
microestructura de la pieza 8 maestra.
Antes de la etapa de electrodeposición, se
recubre la placa con una capa delgada de una resina 33 fotosensible
para fomentar la adhesión entre el níquel y el plástico y se forma
una capa 34 de metal inicial muy delgada sobre la pieza maestra y
la placa mediante pulverización catódica o evaporación. La línea de
contacto entre la pieza 8 maestra y la placa 31 se pinta entonces
con un adhesivo 35 conductor para mejorar el contacto eléctrico.
Ejemplo
Se fabrica una pieza de molde que presenta una
superficie curva que soporta una microestructura utilitaria
utilizando el procedimiento global descrito anteriormente.
La pieza maestra plana era una pieza maestra
plana de níquel de 125 x 125 mm de tamaño y 1 mm de espesor que
comprendía una rejilla con relieve superficial con un periodo de 250
nm. Esta microestructura se obtuvo inicialmente mediante exposición
holográfica de una resina fotosensible.
La pieza maestra plana de níquel se puso
entonces, con su microestructura grabada orientada hacia arriba, en
un recipiente de metal de 150 x 150 x 30 mm.
Luego, se preparó un lote de una composición de
polidimetilsiloxano curable (Dow Corning Sylgard Elastomer 184 de
Dow Corning) con una razón de agente de curado con respecto a base
de 1:15. Tras mezclar meticulosamente los componentes, se reservó
la mezcla durante 15 minutos para permitir que surgieran burbujas a
partir de la composición. A continuación, se vertió la composición
en el recipiente de metal para cubrir la pieza maestra y se reservó
durante 15 minutos para permitir que surgieran burbujas a partir de
la composición. Finalmente, se puso el conjunto en un horno a 130ºC
durante 20 minutos para curar la composición. Tras el enfriamiento
hasta temperatura ambiente, se retiró cuidadosamente la composición
curada de la pieza maestra plana de níquel con el fin de recuperar
una película de polidimetilsiloxano elastomérica curada que
presentaba una superficie principal que soportaba un duplicado de
la microestructura. La película de PDMS curada es totalmente
transparente. La película presenta un espesor de varios mm en su
borde, mientras que la parte de la misma que soporta la
microestructura utilitaria es de 1-2 mm de
espesor.
Se depositan 0,5 ml de una composición curable
por UV disponible comercialmente (SHC-3100 Universal
Coating de Gerber Coburn/LTI) sobre la superficie convexa de una
lente CR39® que presenta una potencia negativa de -2,00
dioptrías.
Se montó la película de silicona en el
portapelícula del dispositivo de sujeción descrito con relación a
las figuras 2 y 3, con la microestructura orientada hacia abajo y
se hizo descender el portapelícula sobre la lente y se sujetó en su
sitio.
La película de silicona entró en contacto con el
centro de la lente en primer lugar y luego se desplazó la línea de
contacto hacia fuera a medida que se hizo descender la lámina.
Esto descartó las burbujas de aire de la
superficie de contacto. Se eligió la altura de la lente para
garantizar que la película de silicona se ajustaba exactamente a la
superficie de la lente.
Entonces se curó la composición curable por UV
mediante irradiación durante 3 minutos con una luz UV de intensidad
de 130 mW/cm^{2}.
Tras separar la película de PDMS de la lente, se
obtuvo una lente que presentaba un recubrimiento duro curado cuya
superficie expuesta soporta un duplicado de la microestructura.
La lente maestra se monta en un dispositivo de
sujeción tal como se dio a conocer con relación a la figura 4. Tras
la deposición de una capa delgada de una resina fotosensible, se
deposita una capa de níquel inicial muy delgada mediante deposición
física en fase de vapor sobre la superficie expuesta del
recubrimiento duro curado.
La línea de contacto entre la lente y la placa
de plástico se pinta entonces con un adhesivo conductor para
mejorar el contacto eléctrico.
Entonces, se monta la placa de plástico en un
anillo de acero y se pone el conjunto en un dispositivo de
electrodeposición clásico. Se aumentó el recubrimiento de níquel
hasta un espesor de 300 micras mediante electrodeposición.
A continuación, se retira la lente maestra del
dispositivo y se separa la capa de níquel de la lente maestra para
recuperar una pieza de molde de níquel que presenta una superficie
curva principal que soporta un duplicado de la microestructura.
Claims (15)
1. Procedimiento para fabricar una pieza de
molde que presenta una superficie curva principal que soporta una
microestructura utilitaria, que comprende:
- a)
- proporcionar una pieza (1) maestra que presenta una superficie principal plana que soporta una microestructura (2) utilitaria;
- b)
- transferir dicha microestructura (2) utilitaria desde la superficie principal de la pieza maestra hasta una superficie principal de una película (5) elastomérica curada plana;
- c)
- recuperar la película (5) elastomérica curada plana que presenta una superficie (6) principal que soporta un duplicado de dicha microestructura (2) utilitaria;
- d)
- proporcionar un artículo (8) maestro que presenta una superficie (9) curva principal que va a duplicarse;
- e)
- aplicar una composición (10) de recubrimiento curable o bien:
- -
- sobre la superficie (9) curva principal del artículo (8) maestro, o
- -
- sobre la superficie (6) principal que soporta el duplicado de dicha microestructura (2) utilitaria de la película (5) elastomérica curada plana, o bien
- -
- sobre ambas superficies principales,
- f)
- colocar la superficie (6) principal que soporta el duplicado de dicha microestructura (2) utilitaria de la película (5) elastomérica curada plana y la superficie (9) curva principal del artículo (8) maestro una delante de la otra;
- g)
- prensar dicha película (5) elastomérica curada y dicho artículo (8) maestro una contra el otro de modo que se ajuste la forma global de dicha película (5) elastomérica curada a la forma curva de la superficie (9) principal del artículo (8) maestro y se extienda la composición (10) de recubrimiento curable entre la superficie (9) principal curva del artículo (8) maestro y la superficie (6) principal que soporta el duplicado de dicha microestructura (2) utilitaria de la película (5) elastomérica curada;
- h)
- curar la composición (10) de recubrimiento;
- i)
- retirar la película (5) elastomérica curada y recuperar un artículo recubierto duro que presenta una superficie (9) curva principal recubierta con un recubrimiento (10) duro que presenta una superficie (11) principal expuesta que soporta una microestructura utilitaria transferida;
- j)
- depositar una capa de un metal o una aleación (12) metálica sobre dicha superficie (11) principal expuesta del recubrimiento duro del artículo (8) maestro; y
- k)
- recuperar dicha capa de metal o aleación metálica para obtener una pieza (13) de molde que presenta una superficie (14) principal curva que soporta un duplicado de dicha microestructura utilitaria transferida.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicha pieza (1) maestra está compuesta por una pieza de
metal o aleación metálica.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en
el que dicho metal es níquel.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que la etapa (b) de transferencia se
realiza vertiendo sobre la superficie plana principal que soporta la
microestructura utilitaria de la pieza (1) maestra una composición
elastomérica curable líquida y curándola.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en
el que el curado de la composición elastomérica se realiza mediante
curado por calor.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que la película elastomérica curada
plana está compuesta por polisiloxano, preferentemente un
polidimetilsiloxano.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que la película elastomérica curada
plana presenta un espesor comprendido entre 1 y 2 mm.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que durante la etapa (g) de prensado,
la película elastomérica curada plana se sostiene mediante un
armazón periférico.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que la composición de recubrimiento
curable comprende monómeros y/u oligómeros de compuestos de
(met)acrilato.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que el curado de la composición de
recubrimiento curable se realiza a través de irradiación con UV.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que la microestructura utilitaria es
un holograma o una microestructura que presenta propiedades
antirreflectantes.
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que la microestructura utilitaria es
una estructura que se repite periódicamente que presenta un periodo
de 250 nm.
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, en el que la etapa (j) de deposición
comprende electrodepositar un metal o una aleación metálica.
14. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, en el que la pieza de molde está compuesta
por níquel.
15. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, en el que el artículo maestro es una lente
oftálmica cuya superficie curva principal es una superficie esférica
o una superficie correctora de la presbicia.
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