光学部件的注塑成型

具有三维问题领域的工艺控制
在光学部件的生产过程中，必须对三维问题领域进行管理：必须将部件的几何、表面及光学性能列入到所需产品的质量评定中。这需要精确的过程控制，即推测已知的模具内的熔体状态和所存在的过程。作这些推测需要具有型腔压力方面的知识。因为型腔压力精确地反映了注塑成型期间的填充、压缩和保压阶段，这些信息在过程优化期间和加工及质量监控都是有帮助的。
在理想化的免保压注塑模塑中，理论上模腔是被等温填充的，熔体被压缩然后被等容冷却，这就意味着在这个阶段特定的体积是保持不变的(图1所示)。然而，这样一个填充操作将需要极高的压力，这不一定是可能实现的， 因为该方法会施加应力到模具和机器上。
经典的pvT图示阐明了实际的加工过程(具有保压阶段的生产):
(1) 在注射阶段(1-2)，压力在温度几乎保持不变(等温)下增加。
(2) 在定容填充模腔的充填阶段结束后，就开始压缩阶段。熔体被压缩以确保生产的部件形状具有一定的重现性。 
(3) 一达到最大模腔压力，保压阶段就开始运行。其通过补充更多的材料补偿聚合物的高温收缩。也就是说部件体积的缩减是由于温度的降低而引起的。 
(4) 熔体在浇口区域处(密封点)的固化。逐步产生的热收缩为模腔内的压力降低到环境压力(5)提供了可能。该阶段(4-5)是等容的。 
(5) 模腔内部压力一达到环境压力，收缩过程就开始。 
(6) 部件温度降到环境温度。在(5-6)阶段的特定体积改变对应于加工收缩。
重要的是在注射模塑过程中，压力是由螺杆通过浇口逐点发射到部件上的。冷却效应使部件的外层流路方向凝固。这导致在压缩和保压阶段在部件内产生一个压力梯度，这导致了内应力的产生。
重要的是作为一个二维描述的pvT图示实际上仅给出了点的信息。那就意味着其并没有描述部件内沿流路方向的压力状态。然而对光学部件而言，沿其流路方向的内部性能稳定性对其质量是很重要的。这样不会诱导内部应力的产生。
为了确定部件的实际情况，pvT图示必须围绕流路被延伸到三维图(图3所示)。只有这样才能解释在标准注塑成型中，在部件内部存在非均相的压力状态，从而导致了内应力的产生。螺杆通过浇口逐点保压来补偿部件的收缩，这使得沿流路的每一点处于不同的pvT状态。在三维图示中，以一个面来代表加工曲线，并用于沿流路压力减小、温度降低的标准加工的描述。
作为膨胀压缩模塑的例子，理想的加工以一个等温填充阶段(1-2)运行，然后融入到膨胀阶段(2)。在这个阶段，模腔内压力达到最大值，并且该过程被恒压控制。在(4)中，压缩阶段也是以恒压的方式开始的。从(5)开始，该过程又是等压的，直到模腔压力降到环境压力或冷却环境温度(7)之下为止。在等压过程控制期间，该工艺流程是一个压力沿整个流路保持不变的平面。
从模腔被完全填满开始，该工艺按与标准注塑成型的充填阶段(1-2)相似的模式运行。由于沿流路的流动阻力增加，在注塑阶段整个流路不能以常压的方式来进行压缩。当加工由标准工艺转入到更高压力的压缩阶段时，在压缩期间压力保持不变(pvT图示中的3-5阶段)。注射-压缩模塑期间沿流路方向的压力降是通过运用大面积的压力来进行补偿的。因而为在模压阶段达到等压控制的压缩冲程的目标得以实现。
跟在标准注射模塑中的理想加工流动一样，这种理想化的流动也不能彻底的实现。那是由于部件外层的部分凝固而导致的。因而通常难以实现图中所描述的实际流动状态。
工艺优化步骤