Name: Polerowanie konwergentne: prosty, szybki proces polerowania na pełnej aperturze wysokiej jakości płaskich i sfer optycznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 7 s
Description: Poznaj metodę polerowania konwergentnego do szybkiego uzyskiwania wysokiej jakości powierzchni optycznych szkła w jednej iteracji. Technika ta znacząco obniża koszty i skraca czas produkcji elementów optycznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca wykonana pod auspicjami Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych przez Lawrence Livermore National Laboratory w ramach kontraktu DE-AC52-07NA27344 w ramach programu LDRD.

1. Przygotowanie polerki i gnojowicy
Najpierw przygotuj Konwergentny System Polerowania (szczególnie zwany Convergent, Initial Surface Independent, Single Iteration, Rogue Particle-Free Polisher lub CISR (wymawiane 'nożyczki'))7,17 Instalując podkładkę i przegrodę, kondycjonując podkładkę, rozcieńczając i chemicznie stabilizując gnojowicę oraz włączając gnojowicę do systemu filtracji.
<ol>
	<li>Na polerce CISR przyklej podkładkę poliuretanową do granitowej podstawy zakładki. Najpierw przyklej jedną krawędź i naciskaj w kierunku przeciwległej krawędzi, aby zminimalizować szczeliny powietrzne. Przytnij wystającą podkładkę, a następnie użyj żyletki i wałka, aby nakłuć i usunąć pęcherzyki powietrza, jeśli to konieczne.</li>
	<li>Przy pierwszym użyciu i po każdych ~100 godzinach polerowania, diament kondycjonuje podkładkę za pomocą kondycjonera diamentowego CMP (średnica 50 mm; przyłożony nacisk 0,6 psi; 5 minut przebywania w każdym promieniowym miejscu okrążenia z odstępami co 25 mm; obrót okrążenia 25 obr./min) z płynącą wodą DI.</li>
	<li>Pomiędzy iteracjami polerowania usuń wszelkie resztki zawiesiny i produktów szklanych z podkładki za pomocą myjki ultradźwiękowej na miejscu (~ 2 minuty przebywania w każdym miejscu promieniowym; obrót na okrążeniu 5 obr./min) z przepływającą wodą DI.</li>
	<li>Na ciężarze przegrody o unikalnym kształcie przyklej dwustronną taśmę piankową, a następnie materiał przegrody (np. wstępnie przycięte szkło lub inny materiał niezużywający się). Przytnij wystającą taśmę piankową, aby dopasować ją do kształtu materiału przegrody i wagi. Zwróć uwagę na zmiany konstrukcji przegrody (zarówno kształtu, jak i wagi) dla różnych rozmiarów przedmiotu obrabianego i okrążenia7,17.</li>
	<li>Przygotować zawiesinę polerską o stężeniu Baume 4 (w szczególności wymieszać objętościowo ~ 1 część zawiesiny polerskiej z tlenku ceru i ~ 9 części wody dejonizowanej (DI) w wiadrze o pojemności 11 l). Sprawdź Baume za pomocą pływaka Baume. Dodaj ~5 ml KOH (10 M), aby dostosować pH do 9,5 i dodaj ~120 ml (1 obj.) zastrzeżonego środka powierzchniowo czynnego19. Reguluj pH i Baume co 24 godziny polerowania.</li>
	<li>Zamontować wiadro z przygotowaną gnojowicą w systemie filtracji. Następnie zainstaluj żądane filtry cząstek CMP w systemie filtracji. Pozwól gnojowicy recyrkulować w systemie filtracji przez kilka godzin.</li>
	<li>Zmierzyć rozkład wielkości cząstek gnojowicy (np. przy użyciu technik wykrywania optycznego pojedynczych cząstek), aby upewnić się, że końcówka dystrybucji jest odpowiednio wolna od nieuczciwych cząstek9,20.</li>
</ol>
2. Przygotowanie obrabianego przedmiotu (trawienie i blokowanie)
Przed polerowaniem, chemicznie wytraw otrzymany drobno zmielony element, aby zmniejszyć ilość usuwanego materiału potrzebnego do usunięcia uszkodzeń spowodowanych szlifowaniem pod powierzchnią21. Następnie zablokuj obrabiany przedmiot (jeśli współczynnik kształtu (tj. długość/grubość) wynosi >10) za pomocą nowatorskiej techniki blokowania przycisku podziałki (PBB), aby zapobiec wyginaniu się przedmiotu obrabianego podczas blokowania i polerowania22.
<ol>
	<li>Wytrawiaj drobno zmielony przedmiot obrabiany (w szczególności płaskie stopione szkło krzemionkowe o wymiarach 265 x 265 x 8 mm3) w zbiorniku wypełnionym HF:NH4F (6:1 buforowany tlenek trawienia (BOE) 3x rozcieńczony wodą DI) przez 6 godzin, usuwając 10 μm szkła z powierzchni obrabianego przedmiotu. OSTROŻNOŚĆ! BOE jest wyjątkowo niebezpieczny; nosić odpowiednie środki ochrony osobistej (PPE) . Wyjmij obrabiany przedmiot ze zbiornika wytrawiającego i agresywnie spłucz obrabiany przedmiot wodą DI i pozostaw obrabiany przedmiot do wyschnięcia na powietrzu w pionie.</li>
	<li>Sprawdź obrabiany przedmiot pod kątem głębokich uszkodzeń podczas procesu szlifowania, przeprowadzając kontrolę przy jasnym świetle w ciemnym pomieszczeniu. Jeśli nie zostanie znalezione żadne głębokie uszkodzenie, przejdź do następnego kroku, w przeciwnym razie odeślij obrabiany przedmiot z powrotem do ponownego szlifowania.</li>
	<li>Podgrzej pak blokujący w pistolecie do klejenia do ~95 ºC i umieść kropelki (zwane również guzikami) smoły (~0,06 g) na powierzchni płytki blokującej w układzie 9 x 9 (81 przycisków w odstępach 26 mm). W przypadku przedmiotów o różnych rozmiarach należy zapoznać się z zasadami projektowania, aby uzyskać idealną liczbę, rozmiar i odstępy przyciskupodziałki 22. Umieścić płytkę blokującą z nałożonymi przyciskami do góry w piekarniku nagrzanym do temperatury 70 ºC.</li>
	<li>Nałóż taśmę na powierzchnię obrabianego przedmiotu, który nie ma być polerowany. Unikaj tworzenia pęcherzyków powietrza lub nadmiernego rozciągania taśmy.</li>
	<li>Umieść obrabiany przedmiot taśmą stroną do dołu na przyciskach na płycie blokującej w piekarniku. Zakryj blok przycisku obrabianego przedmiotu, aby zminimalizować przepływ konwekcyjny. Po 1,5 godziny ustaw piekarnik na ostygnięcie 10 ºC/h do temperatury pokojowej. Po schłodzeniu grubość podziałki na zablokowanym elemencie powinna wynosić ~1 mm.</li>
</ol>
3. Polerowanie konwergentne
<ol>
	<li>Włącz system wilgotności w komorze środowiskowej polerki CISR, aby zapobiec wysychaniu zawiesiny podczas polerowania i zminimalizować przypadkowe cząstki rysujące obrabiany przedmiot.</li>
	<li>Zamontuj i zamontuj specjalnie zaprojektowaną i przygotowaną przegrodę w polerce. Zamontuj obrabiany przedmiot PBB w polerce CISR i dolnym wysięgniku, aby utrzymać obrabiany przedmiot.</li>
	<li>Polerowanie detalu na CISR przez 4 godziny przy dopasowanym okrążeniu i prędkości obrotu obrabianego przedmiotu 25 obr./min ze skokiem promieniowym ~75 mm i przepływem gnojowicy z systemu filtracji 1 gal/min. 
	UWAGA: Płyta blokująca służy również jako ciężar obciążenia na obrabiany przedmiot odpowiadający przyłożonemu ciśnieniu 0.6 psi.</li>
	<li>Wyłącz obracanie zakładki i obrabianego przedmiotu oraz przepływ gnojowicy. Wyjmij obrabiany przedmiot PBB z polerki CISR i zanurz go w kąpieli wypełnionej wodą DI. Wytrzyj powierzchnię obrabianego przedmiotu ściereczką do pomieszczeń czystych, gdy jest zanurzony. Wyjmij obrabiany przedmiot PBB z kąpieli i spryskaj spłukiwanie wodą DI.</li>
	<li>Odblokuj obrabiany przedmiot, wkładając podkładkę podporową na styku obrabianego przedmiotu z blokiem. Usuń taśmę z powierzchni obrabianego przedmiotu. Agresywnie spłucz obrabiany przedmiot wodą DI i wysusz na powietrzu.</li>
	<li>PBB przeciwległą powierzchnię przedmiotu obrabianego, zgodnie z opisem w rozdziale 2. Następnie powtórzyć procedurę polerowania opisaną w rozdziale 3.</li>
</ol>
4. Metrologia i inspekcja
<ol>
	<li>Zmierz odbite czoło fali (tj. figurę powierzchni) po obu stronach przedmiotu obrabianego, a także transmitowane czoło fali za pomocą interferometru.</li>
	<li>Zamontuj obrabiany przedmiot na stacji kontrolnej przy jasnym świetle i zmierz właściwości zarysowania/kopania przy użyciu standardowych metod produkcji optycznej. Krótkie wytrawienie BOE obrabianego przedmiotu, jak opisano w kroku 2.1, może być użyte do odsłonięcia ukrytych rys na przedmiotach obrabianych używanych w zastosowaniach laserowych o wysokiej płynności. Do pomiaru drobnych rys lub chropowatości na obrabianym przedmiocie można zastosować standardową mikroskopię optyczną lub interferometrię światła białego.</li>
	<li>Przechowuj gotowy przedmiot w pojemniku, minimalizując kontakt z powierzchnią obrabianego przedmiotu.</li>
</ol>

<ol><li>Thompson, B., Malacara, D. Ch 28. Handbook of optical engineering. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAnderson%2C+D+%22Optical+fabrication%22">Optical fabrication</a>. , CRC Press. (2001).</li>
<li>Karow, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKarow%2C+H+%22Fabrication+Methods+for+Precision+Optics%22">Fabrication Methods for Precision Optics</a>. , Wiley. (1993).</li>
<li>Brown, N. J. A short course in optical fabrication technology. Optical Society of America Annual Meeting, 1981 Oct 26, Orlando, FL, USA, , Lawrence Livermore National Lab. (1981).</li>
<li>Cook, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+processes+in+glass+polishing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Non-Crystal.+Solids%22%5BJournal%5D)">Chemical processes in glass polishing.</a> J. Non-Crystal. Solids. 120, 152-171 (1990).</li>
<li>Preston, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Structure+of+Abraded+Glass+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Trans.+Opt.+Soc%22%5BJournal%5D)">The Structure of Abraded Glass Surfaces.</a> Trans. Opt. Soc. 23 (3), 141-14 (1922).</li>
<li>Suratwala, T., Feit, M., Steele, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+Deterministic+Material+Removal+and+Surface+Figure+During+Fused+Silica+Pad+Polishing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Toward Deterministic Material Removal and Surface Figure During Fused Silica Pad Polishing.</a> J. Am. Ceram. Soc. 93 (5), 1326-1340 (2010).</li>
<li>Suratwala, T., Steele, R., Feit, M., Desjardin, R., Mason, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convergent+Pad+Polishing+of+amorphous+fused+silica%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Applied+Glass+Science%22%5BJournal%5D)">Convergent Pad Polishing of amorphous fused silica.</a> International Journal of Applied Glass Science. 3 (1), 14-28 (2012).</li>
<li>Suratwala, T., Feit, M., Steele, R., Wong, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+Temperature+and+Material+Deposit+on+Material+Removal+Uniformity+during+Optical+Pad+Polishing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Influence of Temperature and Material Deposit on Material Removal Uniformity during Optical Pad Polishing.</a> J. Am. Ceram. Soc. , (2014).</li>
<li>Suratwala, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscopic+removal+function+and+the+relationship+between+slurry+particle+size+distribution+and+workpiece+roughness+during+pad+polishing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Microscopic removal function and the relationship between slurry particle size distribution and workpiece roughness during pad polishing.</a> J. Am. Ceram. Soc. 91 (1), 81-91 (2014).</li>
<li>Terrell, E., Higgs, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrodynamics+of+Slurry+Flow+in+Chemical+Mechanical+Polishing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Hydrodynamics of Slurry Flow in Chemical Mechanical Polishing.</a> J. Electrochem. Soc. 153 (6), 15-22 (2006).</li>
<li>Runnels, S., Eyman, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tribology+Analysis+of+Chemical+MechanicalPolishing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Tribology Analysis of Chemical MechanicalPolishing.</a> J. Electrochem. Soc. 141 (6), 1698-1701 (1994).</li>
<li>Park, S., Cho, C., Ahn, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrodynamic+Analysis+of+Chemical+Mechanical+Polishing+Process%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Tribology+Int%22%5BJournal%5D)">Hydrodynamic Analysis of Chemical Mechanical Polishing Process.</a> J. Tribology Int. 33, 723-730 (2000).</li>
<li>Luo, J., Dornfeld, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Abrasive+Size+Distribution+in+Chemical+Mechanical+Planarization%3A+Modeling+and+Verification%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+T.+Semicond.+M%22%5BJournal%5D)">Effects of Abrasive Size Distribution in Chemical Mechanical Planarization: Modeling and Verification.</a> IEEE T. Semicond. M. 16 (3), 469-476 (2003).</li>
<li>Luo, J., Dornfeld, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Material+Removal+Mechanism+in+Chemical+Mechanical+Polishing%3A+Theory+and+Modeling%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+T.+Semiconduct.+M%22%5BJournal%5D)">Material Removal Mechanism in Chemical Mechanical Polishing: Theory and Modeling.</a> IEEE T. Semiconduct. M. 14, 112-133 (2001).</li>
<li>Bastaninejad, M., Ahmadi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+Effects+of+Abrasive+Size+Distribution%2C+Adhesion%2C+and+Surface+Plastic+Deformation+on+Chemical+Mechanical+Polishing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Modeling the Effects of Abrasive Size Distribution, Adhesion, and Surface Plastic Deformation on Chemical Mechanical Polishing.</a> J. Electrochem. Soc. 152 (9), 720-730 (2005).</li>
<li>Sampurno, Y., Sudargho, F., Zhuang, Y., Ashizawa, T., Morishima, H., Philipossian, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+Cerium+Oxide+Particles+Sizes+in+Oxide+Chemical+Mechanical+Planarization%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochem.+Solid+State%22%5BJournal%5D)">Effect of Cerium Oxide Particles Sizes in Oxide Chemical Mechanical Planarization.</a> Electrochem. Solid State. 12 (6), 191-194 (2009).</li>
<li>Suratwala, T., et al. Method and system for Convergent Polishing. US Provisional Patent Application. , 027512-006200US 61454893 (2011).</li>
<li>Suratwala, T., Feit, M., Steele, R. Apparatus and Method for Deterministic Control of Surface Figure During Full Aperture Polishing. US Patent Application. US. , 12/695,986 (2010).</li>
<li>Dylla-Spears, R., Feit, M., Miller, P., Steele, R., Suratwala, T., Wong, L. Method for preventing agglomeration of charged colloids without loss of surface activity. US Provisional Patent Application. , IL-12647 (2012).</li>
<li>Dylla-Spears, R., Wong, L., Miller, P., Feit, M., Steele, R., Suratwala, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Charged+Micelle+Halo+Mechanism+for+Agglomeration+Reduction+in+Metal+Oxide+Particle+Based+Polishing+Slurries%5BTitle%5D)+AND+%22Colloid+Surface+A%22%5BJournal%5D)">Charged Micelle Halo Mechanism for Agglomeration Reduction in Metal Oxide Particle Based Polishing Slurries.</a> Colloid Surface A. 447, 32-43 (2014).</li>
<li>Wong, L., Suratwala, T., Feit, M., Miller, P., Steele, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effect+of+HF%2FNH4F+Etching+on+the+Morphology+of+Surface+Fractures+on+Fused+Silica%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Non-Crystal.+Solids%22%5BJournal%5D)">The Effect of HF/NH4F Etching on the Morphology of Surface Fractures on Fused Silica.</a> J. Non-Crystal. Solids. 355, 797(2009).</li>
<li>Feit, M., DesJardin, R., Steele, R., Suratwala, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+pitch+button+blocking+for+polishing+high-aspect-ratio+optics%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Optimized pitch button blocking for polishing high-aspect-ratio optics.</a> Appl. Opt. 51 (35), 8350-8359 (2013).</li>
<li>Suratwala, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-surface+mechanical+damage+distributions+during+grinding+of+fused+silica%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Non-Crystal.+Solids%22%5BJournal%5D)">Sub-surface mechanical damage distributions during grinding of fused silica.</a> J. Non-Crystal. Solids. 352, 5601(2006).</li>
<li>Miller, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Distribution+of+Sub-surface+Damage+in+Fused+Silica%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE%22%5BJournal%5D)">The Distribution of Sub-surface Damage in Fused Silica.</a> SPIE. 5991, (2005).</li>
<li>Suratwala, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+Rogue+particles+on+the+sub-surface+damage+of+fused+silica+during+grinding%2Fpolishing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Non-Crystal.+Solids%22%5BJournal%5D)">Effect of Rogue particles on the sub-surface damage of fused silica during grinding/polishing.</a> J. Non-Crystal. Solids. 354, 2003(2008).</li>
<li>Suratwala, T., Miller, P., Ehrmann, P., Steele, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polishing+slurry+induced+surface+haze+on+phosphate+laser+glasses%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Non-Crystal.+Solids%22%5BJournal%5D)">Polishing slurry induced surface haze on phosphate laser glasses.</a> J. Non-Crystal. Solids. 351, 2091-2101 (2004).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Jak omówiono we Wprowadzeniu, pomyślne wdrożenie polerowania konwergentnego w odniesieniu do figury powierzchni polega na wyeliminowaniu lub zminimalizowaniu wszystkich zjawisk wpływających na niejednorodność materiału przestrzennego, z wyjątkiem niedopasowania przedmiotu obrabianego do zakładki ze względu na kształt przedmiotu obrabianego. Jeśli którekolwiek z tych zjawisk nie zostanie odpowiednio złagodzone, ani poprzez kontrolę procesu, ani poprzez odpowiednią inżynierię polerki, wówczas pożądany punkt zbieżności nie ...

Główne etapy typowego procesu wytwarzania optycznego obejmują nadawanie kształtu, szlifowanie, polerowanie pełnego otworu, a czasami polerowanie narzędziami o małej powierzchni1-3. W związku z rosnącym zapotrzebowaniem na wysokiej jakości komponenty optyczne do systemów obrazowania i laserowych, w ciągu ostatnich kilku dekad nastąpiły znaczące postępy w technologii wytwarzania optycznego. Na przykład, dzięki rozwojowi maszyn do nadawania kształtu szkłu sterowanych numerycznie (CNC), precyzyjne i deterministyczne usuwanie materiału jest obecnie możliwe podczas procesów nadawania kształtu i szlifowania. Podobnie technologie polerowania narzędziami o małej powierzchni (np. komputerowo sterowana obróbka powierzchni optycznych (CCOS), jonowe kształtowanie powierzchni oraz wykańczanie magnetoreologiczne (MRF)) pozwoliły na deterministyczne usuwanie materiału i kontrolę kształtu powierzchni, co w znacznym stopniu wpłynęło na przemysł wytwarzania optycznego. Jednakże pośredni etap procesu wykańczania, czyli polerowanie pełnego otworu, wciąż charakteryzuje się niskim stopniem determinizmu, zazwyczaj wymagając od doświadczonych optyków przeprowadzenia wielu, często długich cykli iteracyjnych z licznymi zmianami procesowymi, aby osiągnąć pożądany kształt powierzchni1-3.
Duża liczba metod polerowania, zmiennych procesowych oraz złożone oddziaływania chemiczne i mechaniczne między obrabianym elementem, tarczą polerską a zawiesiną3-4 sprawiły, że przekształcenie polerowania optycznego z „sztuki” w naukę stało się wyzwaniem. Aby osiągnąć deterministyczne polerowanie pełnej apertury, szybkość usuwania materiału musi być dobrze zrozumiana. Historycznie szybkość usuwania materiału opisywano za pomocą powszechnie stosowanego równania Prestona5
<img alt="Równanie różniczkowe dla szybkości zmiany wysokości, wzór: dh/dt = kₚσₒVᵣ, dynamika płynów." fo:content-width="1in" fo:src="/files/ftp_upload/51965/51965eqn1.jpg" src="/files/ftp_upload/51965/51965eqn1.jpg" width="100px" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 1"> (1)
gdzie dh/dt to średnia szybkość usuwania grubości, kp to stała Prestona, σo to przyłożone ciśnienie, a Vr to średnia prędkość względna między obrabianym elementem a polerownikiem. Rycina 1 schematycznie przedstawia koncepcje fizyczne wpływające na szybkość usuwania materiału zgodnie z równaniem Prestona, w tym przestrzenne i czasowe zmienności prędkości i ciśnienia, różnice między przyłożonym ciśnieniem a rozkładem ciśnienia działającym na obrabiany element oraz efekty tarcia6-8. W szczególności rzeczywisty rozkład ciśnienia działający na obrabiany element jest zależny od szeregu zjawisk (opisanych szczegółowo w innych źródłach6-8), które silnie wpływają na końcową geometrię powierzchni elementu. Ponadto w równaniu Prestona efekty na poziomie mikroskopowym i molekularnym są w dużej mierze ujęte w makroskopowej stałej Prestona (kp), która wpływa na całkowitą szybkość usuwania materiału, chropowatość mikrostrukturalną, a nawet powstawanie rys na obrabianym elemencie. Różne badania rozszerzyły model Prestona o uwzględnienie mikroskopowych oddziaływań pomiędzy cząstkami zawiesiny, polerownikiem a obrabianym elementem w celu wyjaśnienia szybkości usuwania materiału i mikrochropowatości9-16.
Aby uzyskać deterministyczną kontrolę nad kształtem powierzchni podczas polerowania pełnej apertury, każde z opisanych powyżej zjawisk musi zostać zrozumiane, skwantyfikowane, a następnie opanowane. Strategia stojąca za polerowaniem konwergentnym (Convergent Polishing) polega na eliminacji lub minimalizacji niepożądanych przyczyn nierównomiernego usuwania materiału, albo poprzez odpowiednią konstrukcję polerki, albo poprzez kontrolę procesu, tak aby usuwanie materiału było determinowane wyłącznie przez niedopasowanie elementu obrabianego do tarczy polerskiej wynikające z kształtu elementu obrabianego7,17-18. Rycina 2 ilustruje, w jaki sposób kształt elementu obrabianego może prowadzić do konwergencji w oparciu o koncepcję niedopasowania elementu obrabianego i tarczy polerskiej. Rozważmy płaską tarczę polerską i hipotetyczny element obrabiany o złożonym kształcie pokazany w lewym górnym rogu. Niedopasowanie wysokości powierzchni styku (nazywane szczeliną, ΔhoL) wpływa na rozkład ciśnienia w strefie styku (σ) w następujący sposób:
<img alt="Równanie równowagi statycznej, σ ∝ e^(-Δh₀L/ħ), symbol, badanie fizyczne." fo:content-width="1in" fo:src="/files/ftp_upload/51965/51965eqn2.jpg" src="/files/ftp_upload/51965/51965eqn2.jpg" width="100px" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 2"> (2)
gdzie h̅ jest stałą opisującą szybkość spadku ciśnienia wraz ze wzrostem szczeliny ΔhoL6. W tym przykładzie obrabiany element ma najwyższe ciśnienie lokalne w centrum (patrz: lewy dolny róg Rysunku 2), w związku z czym w tym miejscu zaobserwuje się najwyższą początkową szybkość usuwania materiału podczas polerowania. W miarę usuwania materiału różnica ciśnień w obrębie elementu obrabianego będzie maleć z powodu zmniejszenia niedopasowania między elementem a tarczą polerską, a element obrabiany będzie dążyć do przyjęcia kształtu tarczy. Po osiągnięciu zbieżności rozkład ciśnienia na elemencie obrabianym, a tym samym usuwanie materiału, będą jednolite w całym elemencie (patrz: prawa strona Rysunku 2). Przykład ten został zilustrowany dla tarczy płaskiej, jednak ta sama koncepcja ma zastosowanie do tarczy sferycznej (zarówno wklęsłej, jak i wypukłej). Ponownie zaznacza się, że proces zbieżności działa tylko wtedy, gdy wyeliminowano wszystkie inne zjawiska wpływające na przestrzenną niejednorodność usuwania materiału. Konkretne środki proceduralne i inżynieryjne zastosowane w protokole Polerowania Zbieżnego zostały opisane w sekcji Dyskusja.
Protokół opisany w poniższym badaniu dotyczy procesu polerowania zbieżnego (Convergent Polishing) specjalnie dla kwadratowego elementu z krzemionkowego szkła kwarcowego o boku 26,5 cm, z powierzchni wstępnie szlifowanej na gładko. W ciągu 8 godzin polerowania (4 godziny na powierzchnię), element ten może osiągnąć płaskość polerowania na poziomie ~λ/2 przy bardzo wysokiej jakości powierzchni (tj. niskiej gęstości zarysowań).

<table><tbody><tr><td>MHN 50 mil Podkładka poliuretanowa&nbsp;</td><td>Eminess Technologies</td><td>PF-MHN15A050L-56</td><td></td></tr><tr><td>Gluz polerski z tlenku ceru</td><td>Universal Photonics</td><td>HASTILITE PO</td><td></td></tr><tr><td>Szkło przegrody (cięcie strumieniem wody)</td> <td>Borofloat ; Schott&nbsp;</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Odżywka diamentowa</td><td>Morgan Advanced Ceramics&nbsp;</td><td>CMP-25035-SFT</td><td></td></tr><tr><td>Myjka ultradźwiękowa</td><td>Zaawansowany system przetwarzania dźwięków</td><td>URC4</td><td></td></tr><tr><td>Oczyszczanie Optima Wkład filtracyjny</td><td>3M</td><td>CMP560P10FC</td><td></td></tr><tr><td>Blokowanie skoku</td><td>Uniwersalna taśma blokująca Photonics</td><td>BP1</td><td></td></tr><tr><td></td><td>3M</td> <td># 4712</td><td></td></tr><tr><td>Ściereczka do pomieszczeń czystych</td><td>ITW Texwipe</td><td>AlphaWipe TX1013</td><td></td></tr><tr><td>Pojedyncze cząstki optyczne z czujnikami częściowymi</td> Systemy <td>wymiarowania</td><td>Accusizer 780 AD</td><td></td></tr></tbody></table>

polerowanie konwergentne: prosty, szybki proces polerowania na pełnej aperturze wysokiej jakości płaskich i sfer optycznych

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats &amp; Spheres

Polerowanie konwergentne to nowatorski system polerowania i metoda wykańczania płaskich i sferycznych szklanych optyki, w której obrabiany przedmiot, niezależnie od jego początkowego kształtu (tj. figury powierzchni), zbiega się do końcowego rysunku powierzchni o doskonałej jakości powierzchni przy stałym, niezmiennym zestawie parametrów polerowania w jednej iteracji polerowania. W przeciwieństwie do tego, konwencjonalne metody polerowania z pełną aperturą wymagają wielu, często długich, iteracyjnych cykli obejmujących polerowanie, metrologię i zmiany procesu, aby osiągnąć pożądaną powierzchnię powierzchni. Proces polerowania konwergentnego opiera się na koncepcji niedopasowania wysokości obrabianego przedmiotu do zakładu, co skutkuje różnicą ciśnień, która zmniejsza się wraz z usuwaniem i powoduje, że obrabiany przedmiot zbiega się do kształtu zakładki. Pomyślne wdrożenie procesu polerowania konwergentnego jest wynikiem połączenia szeregu technologii w celu usunięcia wszystkich źródeł niejednorodnego usuwania materiału przestrzennego (z wyjątkiem niedopasowania przedmiotu obrabianego do zakładu) w celu uzyskania zbieżności figur powierzchni oraz zmniejszenia liczby cząstk zbuntowanych w systemie w celu uzyskania niskiej gęstości zarysowania i niskiej chropowatości. Proces polerowania konwergentnego został zademonstrowany do wytwarzania zarówno płaskich, jak i kul o różnych kształtach, rozmiarach i proporcjach na różnych materiałach szklanych. Praktycznym skutkiem jest to, że wysokiej jakości komponenty optyczne mogą być wytwarzane szybciej, bardziej powtarzalnie, przy mniejszym nakładzie metrologii i mniejszym nakładzie pracy, co skutkuje niższymi kosztami jednostkowymi. W tym badaniu protokół polerowania konwergentnego jest szczegółowo opisany do wytwarzania 26,5 cm kwadratowych płaskich stopionych krzemionek z drobno zmielonej powierzchni do polerowanej powierzchni ~λ/2 po polerowaniu 4 godziny na powierzchnię na polerce o średnicy 81 cm.

Opisany powyżej protokół Polerowania Konwergentnego pozwala na wypolerowanie szlifowanego elementu z topionego kwarcu (w tym przypadku kwadratu o boku 26,5 cm) w jednej iteracji trwającej 4 hr na powierzchnię, do płaskości szczyt-do-doliny rzędu ~λ/2 (~330 nm) dla elementów o niskim stosunku kształtu i ~1λ (~633 nm) dla elementów o wysokim stosunku kształtu (patrz Rysunek 3). Ponownie, proces ten wielokrotnie doprowadza elementy do tej samej końcowej geometrii powierzchni bez konieczności zmiany parametr...

Opisano nowatorski proces polerowania optycznego, zwany "Convergent Polishing", który umożliwia szybsze, tańsze polerowanie. W przeciwieństwie do konwencjonalnych procesów polerowania, polerowanie konwergentne umożliwia polerowanie szklanego elementu obrabianego w jednej iteracji i z wysoką jakością powierzchni do ostatecznej wielkości powierzchni bez konieczności zmiany parametrów polerowania.

Polerowanie konwergentne: prosty, szybki proces polerowania na pełnej aperturze wysokiej jakości płaskich i sfer optycznych

Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial ...

Ogólnym celem polerowania konwergentnego jest wypolerowanie szklanego przedmiotu obrabianego od szlifowanej powierzchni do ostatecznego wypolerowanego kształtu z doskonałą jakością powierzchni, niezależnie od jego początkowego kształtu powierzchni w zaledwie jednej iteracji. Osiąga się to dzięki wdrożeniu polerki wykorzystującej technologie zmniejszające złożoność związaną z tradycyjnym polerowaniem. Ważnym krokiem w polerowaniu konwergentnym jest przygotowanie dla polerki ciężaru przegrody właściwej dla przedmiotu obrabianego, który kompensuje zużycie padów i pozwala na bardziej równomierne rozprowadzenie temperatury i zawiesiny.Następnie polerowanie odbywa się pod ustalonym zestawem parametrów w celu osiągnięcia zbieżności do ostatecznej pożądanej figury powierzchni poprzez naturalny proces renormalizacji ciśnienia, wyniki pokazują, że 265 milimetrów kwadratowych szlifowanych szklanych elementów wielokrotnie osiąga 330 nanometrową powierzchnię od szczytu do doliny w jednej czterogodzinnej iteracji polerowania. Główną zaletą polerowania konwersyjnego w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak konwencjonalne polerowanie z pełnym otworem, jest to, że obrabiany przedmiot osiąga

convergent-polishing-simple-rapid-full-aperture-polishing-process

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisujemy zastosowanie techniki przetapiania laserem dwutlenku węgla do wytwarzania krzemionkowych wnęk rezonansowych, w tym wolnostojących mikrosfer oraz mikrotoroidów na chipie. Metoda przetapiania usuwa niedoskonałości powierzchni, co pozwala na uzyskanie długiego czasu życia fotonów w obu typach urządzeń. Powstałe urządzenia charakteryzują się ultrawysokimi dobrociami, co umożliwia ich zastosowanie w szerokim zakresie, od telekomunikacji po biodetekcję.

Wytwarzanie krzemionkowych mikrorozwiązujących o ultrawysokim czynniku dobroci

Przedstawiono dostosowane techniki opracowane w naszym laboratorium do budowy mikrofalowych systemów fotonicznych opartych na rezonatorach o ultra-wysokim Q w trybie galerii szeptów. Protokoły uzyskiwania i charakteryzowania tych rezonatorów są szczegółowo opisane i podano wyjaśnienie niektórych z ich zastosowań w fotonice mikrofalowej.

Mikrofalowe systemy fotoniczne oparte na rezonatorach z galerią szeptów

Duże interferometry laserowe są konstruowane w celu stworzenia nowego rodzaju astronomii opartej na falach grawitacyjnych. Ich czułość, podobnie jak w przypadku wielu innych eksperymentów wymagających wysokiej precyzji, zbliża się do podstawowych granic hałasu, takich jak drgania atomowe ich komponentów. Jesteśmy pionierami w dziedzinie technologii, które pozwalają przezwyciężyć te ograniczenia za pomocą nowatorskich kształtów wiązki laserowej.

Generacja wiązek optycznych Laguerre'a-Gaussa wyższego rzędu do precyzyjnej interferometrii

Skalowalność i rozdzielczość konwencjonalnych technik manipulacji optycznej są ograniczone przez dyfrakcję. Obchodzimy granicę dyfrakcji i opisujemy metodę optycznego transportu nanocząstek przez chip za pomocą złotej powierzchni z wzorem ścieżki blisko rozmieszczonych rezonatorów plazmonicznych w kształcie litery C.

Produkcja i eksploatacja nanooptycznego przenośnika taśmowego

Opisujemy konstrukcję spektrometru CW-SBS do szybkiego rozpraszania Brillouiny stymulowanego falami ciągłymi. Spektrometr wykorzystuje lasery diodowe o pojedynczej częstotliwości i atomowy filtr wycinający do pozyskiwania widm transmisyjnych mętnych/niemętnych próbek o wysokiej rozdzielczości spektralnej przy prędkościach do 100 razy większych niż w przypadku istniejących spektrometrów CW-SBS. To ulepszenie umożliwia szybką analizę materiału Brillouina.<br...

Szybki spektrometr rozpraszania Brillouina stymulowany falami ciągłymi do analizy materiałów

Przedstawiono protokoły syntezy mikrosfer z polimerów, manipulacji mikrosferami i pomiarów mikrofotoluminescencji.

Wytwarzanie mikrosfer polimerowych do zastosowań w rezonatorach optycznych i laserach

Sferoidy nowotworowe są coraz częściej wykorzystywane do oceny interakcji komórek nowotworowych z mikrośrodowiskiem i odpowiedzi na terapię. Niniejszy protokół opisuje solidną, ale prostą metodę pół-wysokoprzepustowego obrazowania sferoid guza 3D przy użyciu szybkiego usuwania optycznego.

Szybkie oczyszczanie optyczne do półwysokoprzepustowej analizy sferoidów nowotworowych

Polerowanie plazmowe to obiecująca technologia obróbki powierzchni, szczególnie odpowiednia do druku 3D porowatych elementów ze stopu tytanu. Może usuwać częściowo stopione proszki i ablacyjne warstwy tlenku, skutecznie zmniejszając w ten sposób chropowatość powierzchni i poprawiając jakość powierzchni.

Polerowanie plazmowe jako nowa opcja polerowania w celu zmniejszenia chropowatości powierzchni porowatego stopu tytanu do druku 3D

Ten artykuł przedstawia protokół do oceny wpływu różnych metod produkcji (polimeryzowane termicznie PMMA, CAD-CAM frezowane PMMA i żywica drukowana w 3D) i technik polerowania (papiery ścierne z węglika krzemu o ziarnistości 600, 800 i 1000) na chropowatość powierzchni (Ra) materiałów bazowych z żywicy używanych do kompletnych protez.

Wpływ technik wytwarzania i procedur polerowania na chropowatość powierzchni żywic bazowych protez zębowych

Ten protokół opisuje wytwarzanie wszczepialnego, zintegrowanego okna obrazowania za pomocą laserowego druku 3D. Okno składa się z systemu mikrosoczewek sprzężonych z mikrorusztowaniami. Metoda polega na polimeryzacji dwufotonowej (2PP) biokompatybilnego fotorezystu SZ2080 w ciągłej sekwencji, optymalizując wydajność produkcji i wyrównanie między różnymi komponentami.

Mikrofabrykacja wszczepialnej optyki zintegrowanej z mikrostrukturalnym oknem obrazowania w celu zaawansowanego obrazowania in vivo

Poznaj metodę polerowania konwergentnego do szybkiego uzyskiwania wysokiej jakości powierzchni optycznych szkła w jednej iteracji. Technika ta znacząco obniża koszty i skraca czas produkcji elementów optycznych.

Polerowanie konwergentne: prosty, szybki proces polerowania na pełnej aperturze wysokiej jakości płaskich i sfer optycznych

Przeglądaj więcej filmów