《下一代智能眼镜镜片量产技术已就位!采用3D打印工艺》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2020-09-28
  • 致力于光学镜片3D打印的Luxexcel 公司宣布已为智能眼镜的下一步增长做好准备,通过镜片专用3D打印设备、材料、软件以及光学领域的专业知识,为智能眼镜市场提供镜片生产解决方案。
    目前,带有VR或AR 功能的智能眼镜其中有待改进之处是比较笨重,并且无法同时满足眼镜佩戴者矫正视力的需要。Luxexcel 公司的智能眼镜量产3D打印解决方案将能够改善这些现有问题,制造出嵌入智能功能镜片,并能够满足为日常眼镜佩戴者生产定制化智能眼镜片的需求,使这些佩戴者在使用智能眼镜时,不再需要另外佩戴视力矫正眼镜。
    本期,3D科学谷将对Luxexcel 的镜片3D打印技术以及制造功能集成智能镜片的工艺进行解析。
    轻巧、舒适的智能眼镜
    近日Luxexcel 公司对外表示,眼镜产品制造商可以使用Luxexcel成熟的批量生产解决方案,将配镜配方与智能技术相结合,制造具有高级智能功能的规则外观镜片,同时满足客户的视力矫正需求。
    Luxexcel 所指的批量生产解决方案是基于材料喷射3D打印技术的解决方案,包含专有的硬件、材料和软件。3D打印解决方案可以在塑料、玻璃等基体材料上进行3D打印,还可以满足客户的气隙要求。
    通过这一工艺,波导、全息胶片和LCD屏幕之类的智能设备能够在镜片制造过程中嵌入其中,成为一种集成智能功能的镜片。同时,镜片还可以根据用户的个性化镜片度数配方进行生产。由于3D打印技术无需模具的特点,一次打印中即可制造多种不同度数的镜片,这是实现智能镜片规模化定制生产的基础。
    为光学部件特殊要求而优化
    根据3D科学谷的市场研究,Luxexcel 在智能组件嵌入式3D打印领域申请了专利。根据Luxexcel ,这种组装光学部件的方法易于实现自动化,并用于大规模生产,而不会损害光学部件的生产所需的精度。借助3D打印技术的优势,这一技术能够快速地按需制造光学部件。
    智能镜片制造工艺
    Luxexcel 的专利技术包括以下步骤:将基体材料放在基板上并装载到打印设备中;第一打印步骤:将打印材料沉积在基体的第一表面上,建立起中间的第一预结构;第二打印步骤:将打印材料墨滴依次沉积在基体的第二表面上;在第一步骤和第二步骤之间的重新布置步骤中,形成中间的第二预结构,旋转第一预结构,并将第一预结构布置在支撑结构上,支撑结构包括载体子结构,基体材料的延伸部至少部分地搁置在载体子结构上。
    在以上工艺中,光学部件3D打印材料以双面打印的方式被打印在基体材料上。通常由于层材料的收缩,在材料固化期间, 3D打印部件不可避免的产生收缩变形。常见的应对策略是,通过前馈或反馈控制来补偿这种收缩效果,也就是在三维结构的设计中对收缩进行预补偿,或者在动态实时监控的基础上,通过调整打印过程来动态补偿物体的形状。然而,这些对策并不能消除收缩效果,而是补偿由此产生的变形。

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    • 发布时间:2019-02-01
    • 未来的工厂必然会采用更尖端的技术,而现在是一些新技术刚开始被主流采用的时候。CB Insights发布了2019年值得关注的14大先进制造趋势,覆盖新的生产方法和工人所运用的高科技装备等,具体包括:通用物联网、工业机器人、工业无人机、边缘计算和3D打印等。 1. IIOT平台 工厂拥有大量数据,2019年制造商想出应对方法了吗? 通用物联网平台(Universal IoT platforms)是物联网领域的一个子集,可以驱动提取和集成工厂所生成数据。今年,市场寻求从风险投资和工业重量级企业加大对先进制造业物联网的投资。 下图显示Predix的运作,这是一家提供通用工业物联网平台的先进制造初创公司。 2.工业传感器 工业传感器更便宜、更容易部署,制造商正在利用这类设备提供其他解决方案。 由于业内涌入大量的风险投资,预计2019年将会出现新型且性能更好的产品,支撑先进制造业IIoT。 下图显示物联网传感器的价格,从今年到2018年已经下降了66%,这是今年值得关注的先进制造趋势之一。 3.工业机器人 2019年另一个值得关注的先进制造趋势是工业机器人变得更小、更智能,与人类的联系更紧密。 机器人灵活性、计算机视觉和人机交互的改进使机器人用例更具吸引力。今年,我们期望机器人能够更深入地进入生产过程,并进入有限的结构化环境。 下图显示了自2015年以来,随着先进制造业的上升趋势,合作机器人也大幅增长。 4.预测分析 分析技术从过去事件的反应性分析,朝着对未来进行更具规范性的预测性分析发展。随着机器生成和收集更多数据,预测分析今年可能会变得更加普遍。 5.边缘计算 边缘计算可以为一系列先进的制造技术提供基础设施。2019年,值得关注的是额外的边缘智能,以及预测性维护、工业机器人和3D打印等技术。 下图显示边缘计算(一种不断上升的先进制造趋势)自2015年以来大幅增长。 6.工业无人机 无人机的影响不可否认很广,但2018年也引发了一个问题,哪家公司将拥有工业无人机市场?今年可能会看到无人机硬件制造商开始巩固其作为市场领导者的地位。 从长远来看,数据无人机收集可能比无人机本身更有价值。 7.个性化制造 随着3D打印开始广泛采用,汽车OEM在大规模定制方面变得更加出色。在2019年,我们应该会看到汽车行业进一步采用3D打印,来满足可定制车辆的需求。 8. AR/VR AR可以改变工作场所的安全、培训方式和工人生产力。投资者和科技公司都发现了AR的巨大潜力,主要制造商已经开始实施该技术,并且从中受益。 根据波音和通用电气等公司的研发成果,AR可以在2019年推动先进制造业生产力的一个阶段性变革。 下图比较了AR和VR从2014年到2018年都不断上升的发展趋势。 9.可穿戴技术 工业应用中的可穿戴技术集成重点是“实用第一”,但下一步是可提高性能的技术。2019年,我们将会看到实时工作人员监控,而采用AR/VR设备会作为更具未来感可穿戴技术的领先指标。 10.工业区块链 在2017年和2018年之间,区块链狂热发展,而现在可以重新评估工业用区块链的实际应用。区块链炒作在2019年会慢慢消亡,预计区块链技术将会更贴近实际,实质性地用在工业安全和知识产权保护等方面。 11.机器视觉 人工智能和传感器技术的进步可以使机器视觉颠覆各种先进制造应用。该技术可以用于检测质量控制问题、分类库存和控制流程。今年,密切关注边缘计算和人工智能以及机器视觉,可以确定技术的发展轨迹。 12.机器即服务 传感器和连接设备可以发展为机器即服务模型(通常称为硬件即服务),通过这种方式公司可以加快工业机械化。 虽然该领域的投资和启动活动目前很少,但航空航天领域的机器即服务获得大量成功,因此2019年先进制造业也将会更多采用这类技术。 13. 3D打印 多年来,3D打印一直被誉为“改变游戏规则”的制造技术,然而这项技术一直没能完全成型。但2019年可能是增材制造的十字路口。 通用电气一直是该技术的最大支持者之一,但只注重削减成本可能不会让该技术发展成增长研究投资的主要来源。在2019年,软件和安全系统可能需要在3D打印真正发挥作用之前改进。 下图显示了工业3D打印的风险投资资金,这也是一个不断上升的先进制造趋势。资金从2014年开始大幅上升直到2017年达到最大值,随后在2018年急剧下降。 14.数据互操作性 工业物联网已经创造了大量数据,但其中大部分还没有被利用:《哈佛商业评论》的研究发现,在决策中使用的结构化数据不到一半,并且<1%的非结构化数据还没有被使用。 现在,一批新的创业公司旨在通过整合不同来源的数据,填补这部分空缺。在2019年,期望先进的制造业采用更多的分析平台,这些平台可以轻松地与不同的或非结构化的数据集一起使用。
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    • 编译者:husisi
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    • 在疫情施虐期间,时间是保障生命的最宝贵源泉,医疗器械是保证安全的最有效措施。怎么能在最短时间内提供最大数量的医疗器械成了举国上下最严峻的课题,我们看到各行各业都采用了最先进的技术来保障医疗器械的生产。其中3D打印就是最近受到大家热捧的一个话题,央视网,央视财经频道都在最近都给予了大量的报道。包括国外这两天也有福特和大众这些大公司也在使用3D技术紧急生产防护面罩,计划通过这一次尝试,未来推广到其他汽车零部件生产中去。很多人惊呼“狼来了”,感觉到了危机感,因为这些产品之前都是通过常规的注塑工艺来完成的。如果3D打印技术风靡盛行,是不是所有的传统注塑行业的人都要失业?是不是意味着所有的汽车零部件都可以用3D打印来生产? 其实3D打印技术早在20世纪90年代中期就已经问世,早在1986年人类就已经开发出了世界上第一台3D打印机,第一个获得3D打印技术专利的是麻省理工学院。按照大家理解的3D打印知识来讲,这项技术不需要昂贵的机械设备和模具,能直接通过三维数据变现成实物,节省了模具开发和验证时间,它所能加工的产品,可以覆盖我们所有的工业制品。按照理论上来讲,早就应该风靡全球,替代掉所有的传统加工工艺了。但事实上,最近20年我们偶尔能在媒体上听见通过3D打印技术打印出了某一个飞机、某一个汽车、某一个手枪、某一个人造肝脏外,并没有看见波音和空客把这个技术拿来量产飞机,也没有看见热衷高科技的特斯拉用来打印电池和火箭,这中间究竟还有什么难度没有攻克吗? 假如现在OEM要求我们开发一个塑料材质的保险杠,我们有哪几种途径可以实现呢: 第一种常见办法,当然是机械加工。先买来一整块比保险杠体积还要大的塑料原材料,通过编程,将不需要的区域通过设备铣削、钻孔等方法去除掉,颇有点设计阶段做快速成型件的意思。这种方法的弊端也很明显,大量的材料被白白浪费,一些结构还不能一次直接成型,比如让直接在保险杠背面加工一个直径3mm高6mm的BOSS柱,还需要单独找一台设备加工好,用胶水黏上去,使用时保证不了强度。整个过程大概一周时间就可以完成,但是一次还只能做一个,产能和效率已经被固定了。 第二种方法,先根据我们的三维数据,设计加工出对应的模具,再借用注塑设备,将塑料熔融后注射进模腔,冷却定型后修整完即可。但在这个过程中,像保险杠这样大一个模具,从设计到最后认可,一个专业的团队至少需要3个月时间,还不能保证尺寸100%合格,模具开发成本高达上百万。这种方法适合大批量加工,只要前期验证合格了,后期量产后,每天至少可以产几百件。 也许你觉得前面两种方法都太麻烦了,脑洞大开的你,突发奇想,可不可以将这个产品的原材料制作成像积木或乐高玩具一样的造型,再根据图纸,我们把每一个小的造型根据保险杠的长宽高尺寸堆积固定在一起呢。当然可以,但是这种产品堆积出来后外表粗糙,每块材料之间肯定会存在缝隙,既不牢靠,也不能直接投入使用。那我们能不能用更先进的设备来帮我们完成这个手工活呢,先将保险杠根据3维数据均分成X份,再利用计算机编程,将材料通过设备一点一点、一层一层地按照数据轮廓堆积起来,堆积后完全看不见间隙,想要的保险杠就制造出来了。那这个设备是不是有点类似我们办公用的打印机,将碳粉或油墨一层一层的堆积在纸上,最后显现出图像,完全看不出图层与图层之间的瑕疵。因此3D打印机就在这样的创意中实现了,只不过与传统办公用打印机相比,他们是在二维空间工作,3D打印机是需要在三维空间来工作。由于3D打印是用逐步逐层叠加的方法来加工,所以他真正的名字叫增材制造技术(additive manfacturing ,AM),3D打印只是他的别称。 有了3D打印机是不是就一定能很容易打印出产品呢,关键还在于材料。从上面的描述,我们可以看出,打印一个保险杠,他不能直接使用传统的PP料去打印,因为层与层直接没有办法粘合在一起呀。所以凡是能被3D打印的材料,必须像办公室打印机使用的墨水一样具备以下特点: A.能非常方便地被3D打印机输送到指定区域; B.到了指定区域,必须能够保持他原有的形状; C.层与层直接必须能牢靠地连接在一起; 制作保险杠的原有PP料颗粒他是不能牢靠地连接在一起,就算像注塑一样去加热到熔融状态,他也没有办法一直维持他原有的形状。他必须转换成液体的形式储存和传输,然后能在很短的时间内固化。这个转化考虑到实用性,又不能有太高的成本,太高的环境条件。 于是科学家们根据这一特点开发出了感光性树脂这种材料。在打印时,先准备一个器具储存满感光性树脂,在器具中央设置一个升降平台,平台淹没在液体下面,与空气和液面的交界位置保留一个距离,这个距离就是你将要打印的这个产品的每一层的厚度,一般以微米作为单位。在平台的上方设置一束紫外线从液面上方照射下来,由于平台的阻挡,光线只能穿过平台与液面留有距离的这一片液体,接受过照射的感光性树脂发生反应后硬化变成固体,就相当于打印了一层材料。再通过将要打印产品的形状控制紫外线照射的区域,就能打印出这一层的平面轮廓。最后通过平台的不断移动,打印出每一层的材料堆积出立体轮廓。这就是最早的自上而下的立体3D打印(Stereolithography)。 但是这种模式只能打印很小的普通部件,如果要打印一个很大的部件,就需要扩大容器的体积,如果要大到飞机、汽车这样的部件,从上而下的打印方法可能就不太可取。科学家们又想出了另外一种方法,将之前的容器底部换成透明材料,让紫外线从下而上照射,平台从上方悬挂在容器内,加工开始后,通过平台的悬挂装置不断地从下往上移动来打印每一层。这种方法完全与前面的方法相反,但是实际加工完第一层后,平台与凝固的部分发生了粘结,会阻止平台继续上升,使用起来非常麻烦。 当然这也难不倒科学家,他们发现感光性树脂一旦遇到氧气就会迅速固化,因此感光性树脂里面不能含有氧气,一旦溶解有一丁点氧气,就会导致固化过程终止。按常理来说氧气就是3D打印的天敌,科学家们正是利用这一点,让氧分子充斥在加工层与平台之间,就会阻止平台与打印层的粘结,顺利地让平台可以自由的上下移动。 从上面的描述,不难看出,阻碍3D打印能不能顺利实现的,一是零件的体积大小,二是能不能找到对应的材料。因为在市场上,每种产品使用的原材料性能都不一样,转换成对应的感光性树脂的化学结构也不一样,需要专门的合成过程来实现,所以目前市场上的价格不菲,这常常让需要对3D打印感兴趣的客户望而却步,如果找不到对应的材料,3D打印的价格就不是大家传说中的那么便宜,反而成为了推广的累赘。 当然,目前科学家也发明了其他的3D打印技术,比如根据挤出成型原理而发明的熔融沉积成型(Fused Deposition Moldeling ,FDM),也是我们新闻中提到的这家公司正在应用的技术。这种技术的原理是将要使用的原材料先加工成非常细的丝,丝的一端与马达相连,另一端通过加热后与喷嘴相连,转动的马达不断将丝推向喷嘴,喷嘴在程序下控制移动,就堆积在指定位置,凝固后就相当于打印出了这一层。再通过工作台的上下移动,就可以堆积出每一层,最终实现我们的成品。这种技术的优势在于可以让传统的热塑性材料都能通过3D打印来实现,丰富了原材料的选择,不再需要昂贵的感光性树脂。最难能可贵的是,他还可以像双射注塑一样,实现两种材料的同时打印。除此之外,FDM还可以打印金属和陶瓷等高温很难融化的材料。 既然FDM这么便宜,又这么方便,是不是也可以大力推广了呢?事实并非如此,因为FDM相邻的层与层之间融合度并不好,在一定的条件下,你甚至可以看见层与层之间的结合界限,因此成品的尺寸和外观精度并不高。所以很多时候,想用这种技术去替代立体3D打印一些外观和尺寸要求非常高的零件,还不是很现实。另外,如果待加工的物体有一些凸出或者悬空部位比较长,在打印时要真正实现非常困难,因为材料还没有完全固化时就因为无法承受自身重力而塌陷。所以我们在新闻中,只是看到了厂商利用这种技术生产护目镜或防护面罩这种结构比较简单、体积又比较小的零件。 我们不否认3D打印这种技术已经投入使用,未来还会大规模创新和发展。但是在当前,要大规模应用在汽车上,如果去生产外观要求比较高,轮廓体积比较大的保险杠、门板、仪表台还不太现实,或者去生产外观要求不高,尺寸比较精密,结构比较复杂的连接件、紧固件、轴承等也还不太成熟,所以他还暂时不能取代传统工艺去生产对应的汽车零部件。