[发明专利]聚合物复杂形面光学器件精密注塑成型方法及装置

权利要求书

1.一种聚合物复杂形面光学器件精密注塑成型装置，其特征是，由注塑机、模具、基于面形的多段变模温辅助成型系统和模内微动校形辅助成型系统组成，其中，基于面形的多段变模温辅助成型系统由变模温电源模块、变模温控制模块、加热元件、隔热元件、冷却水路和变模温传感模块实现，用于在充填和保压阶段，使模面温度高于材料玻璃态转变温度或接近材料熔融温度，减小聚合物注入模具时由于壁面剪切所引发的分子链取向，进而减小流动引发的残余应力；之后逐渐降低模具温度至材料粘弹态温度，与微动压缩相配合，实现特征复制；

模内微动校形辅助成型系统由微动电源模块、微动控制模块、微动压缩驱动器、成型隔热元件和微动传感模块组成，有两种运行方式：一是在冷却过程中，在粘弹态温度范围对材料进行微动压缩来精密调控样品面形及微纳米结构复制精度，并进一步释放热残余应力，然后在微动压缩状态下降低模具温度至材料的热变形温度以下；二是冷却样品至热变形温度成型预制件，然后升高模温至粘弹态温度，通过微动压缩下的材料蠕变实现面形校正，并进一步释放残余应力，之后在微动压缩状态下降低模具温度至材料的热变形温度以下。

2.如权利要求1所述的聚合物复杂形面光学器件精密注塑成型装置，其特征是，微动压缩的行程通过微动压缩驱动器内集成的电阻应变片进行测量，能够进行单向模内微动校形或多向模内微动校形。

3.一种聚合物复杂形面光学器件精密注塑成型方法，其特征是，由注塑工艺、变温工艺及校形工艺组成，其中变温工艺与基于面形的多段变模温辅助成型系统相对应，校形工艺与模内微动校形辅助成型系统相对应；注塑工艺由塑化、注射、保压、冷却、开模、顶出及合模组成，其中塑化与冷却、开模及顶出工艺环节并行；同时，在一个注塑循环中，变温工艺由线圈加热、水道冷却和线圈加热环节组成，校形工艺由微动压缩/执行和微动压缩/释放环节组成；注塑工艺、变温工艺和校形工艺并行进行；

模具内基于面形的变模温辅助成型通过设计加热和冷却系统来实现，加热及冷却系统包括加热元件、隔热元件及冷却水路，加热方式可以在电磁感应加热、陶瓷加热、液体加热中选择，冷却方式可以在液体冷却和气体冷却中选择；对于自由曲面面形变化较大的情况，加热、冷却系统及其封装需根据光学元件面形变化设计为三维结构；整体加热及冷却系统集成在定模模仁、动模模仁上，模仁外部安装陶瓷隔热套筒，来实现模仁快速升温及冷却；变模温传感模块可在温度传感器、压力传感器和温度及压力传感器中选择，从而对模内温度和压力进行测量；基于面形变温辅助成型系统采用与注塑工艺相似的时序控制方法，通过注塑机注射信号进行触发，通过变模温电源模块供电，通过变模温控制模块驱动加热和冷却系统工作，并通过变模温传感模块采集模内温度数据；根据模腔内温度及压力测量数据，确保模腔内压力不超过微动校形系统的最大输出压力；

微动压缩辅助校形有两种运行方式：一是在冷却过程中，在粘弹态温度范围对材料进行微动压缩来精密调控样品面形及微纳米结构复制精度，并进一步释放热残余应力，然后在微动压缩状态下降低模具温度至材料的热变形温度以下；二是冷却样品至热变形温度成型预制件，然后升高模温至粘弹态温度，通过微动压缩下的材料蠕变实现面形校正，并进一步释放残余应力，之后在微动压缩状态下降低模具温度至材料的热变形温度以下。

4.如权利要求3所述的聚合物复杂形面光学器件精密注塑成型方法，其特征是，通过精密微动压缩系统的执行装置启动微动压缩，模具内微动校形系统由微动压缩驱动器和隔热元件构成，配合动模模仁进行微动校形；微动传感模块在电阻式传感器、电容式传感器和电感式传感器中选择，从而对微动压缩的行程进行测量，配合微动压缩驱动器在厚度公差范围内对样品进行校形。