METODOS DE FABRICACION OPTICA

Ventajas y limitacionesQue puedo hacerCapacidad instaladaEl factor humanoCosto vs calidadProducción/planeación/controlesLas nuevas tecnologías

Desarrollado por el personal de manufactura óptica del Centro de Investigaciones en Optica, México.

Pontificia Universidad Católica de Perú, Septiembre del 2012

SISTEMA OPTICO A DESARROLLAR

Si el sistema está formado de superficies planas, cóncavas, convexas y cónicas de revolución podemos utilizar la máquinas tradicionales.

Y dependiendo de la cantidad de componentes y los tiempos de entrega requeriremos de un número determinado de equipo.

Pero además de pulidoras necesitamos más máquinas

CortadorasGeneradoras esmeriladoras

Inspección

Equipo de prueba

Todo esto definirá nuestra capacidad instalada.

Con los métodos convencionales o tradicionales se puede hacer prácticamente todo tipo de componentes ópticas, sin embargo no siempre se puede asegurar la repetitividad, en la calidad y el control de los tiempos de producción.

FACTOR HUMANO

Independientemente de la complejidad de la componente óptica a fabricar, se debe de contar con personal que tenga el entrenamiento y capacidad para hacerlas.

Nos lleva un promedio de 5 años lograr que una persona alcance el nivel requerido para producir componentes de alta precisión.

De cada 5 personas que seleccionamos para capacitar solo 3 concluirán y una será un técnico de buen muy nivel.

COSTO VS CALIDAD

Es frecuente que producimos componentes de muy alta calidad dejando a un lado el costo y sin que realmente sea necesaria esa calidad.

En pocas palabras producimos un automovil de lujo y lo vendemos a precio de un compacto.

CALIDAD COSTO TIEMPO

4λ 2λ λ λ/2 λ/4 λ/6 λ/10 λ/20 λ/500

20

40

60

80

100

120

TiempoCosto

La relacion calidad – costo – tiempo, no son lineales

Pero que determina la calidad, el costo y el tiempo de manufactura?

El uso que se le dará a la componente o sistema óptico, que puede ser:

Formación de imágenes Procesamiento de señales Optica limitada por difracción Rango del espectro Potencia del láser con que trabajara (IR es

muy noble) Etc.

Aquí entra el trabajo del diseñador , el entender realmente los requerimientos de la óptica, la comunicación que tenga con el fabricante y cuanto este dispuesto a invertir quien la solicita.

Un factor determinante será la selección del vidrio.

Si un BK7 tiene un costo de 1, un CaF2

puede llegar a costar hasta 20 veces más.

PLANEACION Y CONTROL

Independientemente de que se fabrique una componmente óptica, un sistema completo o se tenga una línea de producción, se deberá contar con una planeación y sistemas de control.

PLANEACIÓN

REQUERIMIENTO

PERSONAL

MAQUINARIA

INSUMOS

COMPRAS

LOGISTICA

CONTROL

CALIDAD

PLANEACIÓN Y SEGUIMIENTO

CONTROL Inspección de entrada de insumos. Control de materiales. Hojas de ruta. Hojas de inspección. Dibujos, especificaciones ópticas y

mecánicas. Pruebas a realizar. Calidad Empaque

Dada la demanda que existe para la fabricación de superficies no convencionales como las asféricas y las de forma libre, al día de hoy se han desarrollado diferentes técnicas y maquinaria para su manufactura.Todas estas técnicas son asisitidas por computadora.Algunas de las técnicas que se encuentran en el mercado son:

Pulidora, esmeriladora y generadora CNCChorro de agua (FJP) Pulidora CNC tipo BoneteFluido Magnetoreologico (MRF)Pulidora de banda tipo CNC Punta de diamante (SPDT)

TECNICAS MODERNAS DE FABRICACION

PULIDORAS Y ESMERILADORAS CNC

Estas máquinas están basadas en la tecnologia tardicional. Utilizan herramientas de diamante para generar, esmerilar y de goma para pulir. Son de alta precisión y muy rápidas.

Cortesia de Satisloh

PULIDO CON CHORRO DE AGUA (FJP) El FJP utiliza el flujo de agua a

presión para debastar la superficie. El fluido debe contener abrasivos que dependiendo de su tamaño, dureza y concentracion así como de la presión del chorro del fluido, será el acabado que se obtenga.

Bomba Pieza a pulir

Liquido con abrasivo

Vista lateral del corte

Vista superior del corte

Cortesia de II-VI

Este proceso se basa en la utilizaciórn de una herramienta deformnable tipo bonete la cual se llena con un líquido. Por la parte exterior la herramienta lleva un elemento abrasivo. La herramienta se monta en una máquina de 7 ejes controlados por computadora.Manipulando la presión con que se llena el bonete, la velocidad de giro y la presión que se aplica, se pueden obtener prácticamente cualquier tipo de superficie, siendo las de forma libre, su especialidad. Zeeko Ltd UK

PULIDORA CNC TIPO BONETE

Cortesia de QED Corp.

El sistema magnetorologico, utiliza un abrasivo líquido que contiene partículas ferrosas, el cual al pasar sobre un tambor magnético hace que el líquido se endurezca y pueda debastar una superficie, dandole la forma que previamente se establezca.A diferencia de los otros procesos, en este la componente óptica está en la parte superior.

BombaBomba

Vista superior

Forma del corte

PULIDO POR MEDIO DE LIQUIDOS MAGNETICOS (MRF)

PULIDORA DE BANDA TIPO CNC

Este sistema funciona por medio de una rueda elastométrica movida por una banda de debaste. La banda contiene particulas de diamente, zirconio, cerio o alumina en diferentes concentraciones y tamaños, y dependiendo del diámetro de la rueda y de la dureza de la banda serán los tiempos de proceso.Este sistema está contenido en una máquina de 5 ejes haciéndola versatil para la obtención de diferentes tipos de superficies.De acuerdo a la literatura existente máquinas puden producir superficies de hasta λ/4 y podría ser el proceso que antecede a los MRF y Bonete.

PUNTA DE DIAMANTE (SPDT) Utiliza una herramienta con punta de diamante que puede

cortar en profunidades de hasta una décima de micrómetro, por lo que la pieza posteriormente tendrá que ser pulida, si es para óptica de precisión. Las máquinas que se utilizan para este fin se caracterizan por su establidad, control de movimento y temperatura, ( ≤0.1°C)

Con el proceo de punta de diamante se pueden obtener hiperboloides, paraboloides, elipsoides,toroids,asferas, optica limitada por difraccion, etc en materiales vitreos, metales y plasticos

Pero todas estas tecnologías, maqunarias y equipos requieren de una inversión alta

Por ejemplo: Pulidora Strasbaugh de dos ejes capacidad

de 300 mm de diámetro, 25 mil USD. Una pulidora Satisloh para lentes de 60 mm

de diámetro, 140 mil USD. Unidad Zeeko para superficies de hasta 300

mm de diámetro, 350 mil £ Una unidad SPDT, 200 mil USD

Entonces que hacemos? Cual es nuestra capacidad de compra? Cual elegimos? Nuestra elección está acorde con lo que

vamos a fabricar, a lo que nos piden? Cual es el retorno de la inversión? Que tal si hacemos alianzas con otros grupos

afines? Podríamos estructurar una alianza Perú-

México en futuros proyectos, empezando con la capacitacion de personal?

De acuerdo a informacion que poseemos, la capacidad actual para fabricar sistemas opticos para la comunidad astrofisica, sobre pasa la capacidad instalada a nivel mundia.

Segun reporte de la Air Force de los Estados Unidos de Norte America, hay una linea de espera de proyectos hasta el 2037, pero sigue creciendo.

MEDIO AMBIENTE Desde los años 70’s se empezó a tomar conciencia de

los residuos que se generan en los procesos de manufactura óptica.

Ahora los productores está controlando la emanaciones de vapores, la confinación de residuos sólidos se cuenta con sistemas de filtración de aguas residuales, hay supervisión de instituciones reguladoras del medio ambiente.

Exsiten acuerdos internacionales en esta materia. Las convocatorias internacional requieren que se

compruebe los sistemas de control con que se cuenta para poder otorgar los proyectos.

Independientemente de la complejidad de la componente óptica y de la técnica que se utilice para fabricarla, habrá un factor del cual siempre dependeremos, el factor humano.

La capacidad y la experiencia desarrollada será la clave del éxito en manufactura óptica.

CONCLUSIONES

GRACIAS POR SU ATENCION

M en C. Ing. Luis Manuel Arredondo Vega Coordinador de talleres y películas delgadas

Centro de Investigacione en Optica León Guanajuato, México

mavega@cio.mx