Technological signature in precision injection compression moulding of polymer Fresnel lens

Injection Compression Moulding (ICM) is the leading process technology for the mass manufacturing of high precision polymer optics. The utilisation of ICM in Fresnel lenses production has been assessed, keeping the focus on the technological signature of the process to the nal product. By means of a proper design of experiments, it has been evaluated the optimal process window, to ensure the optimal replication quality, in terms of geometrical dimensions and surface roughness characteristics. For the case of polymer Fresnel lenses, the biggest constraints to promote the process optimization, are metrological related aspects. The lens pro le segmentation and slope, coupled with the material transparency, require dedicated measuring equipment, able to acquire accurate information in reasonable time. Remarkably, the use of a laser scanning confocal microscope has been characterized and evaluated to perform the measures. To do so a complete uncertainty budget and a measurement noise estimation have speci ed the instrument's physical limit. The results have shown not only the possibility to employ the instrument for the analysis of the discussed samples, but also a valuable process optimization has been defended and proposed. At the end of this work, the optimal process parameters will be described, weighting the importance of both packing and compression steps.

Injection Compression Moulding ICM rappresenta il processo tecnologico chiave nella manifattura su larga scala di componenti ottici in polimero ad alta precisione. L'utilizzo della ICM nella produzione di lenti di Fresnel è stato caratterizzato, mantenendo una forte attenzione sulla cosiddetta Technological signature, ovvero la "firma tecnologica" nonchè la capacità di generare particolari strutture e o forme da parte del processo sul prodotto finale. Attraverso un adeguato piano di esperimenti DOE, è stata valutata la finestra di processo ideale, per assicurare la miglior qualità. Quest'ultima da intendersi in termini di dimensioni e rugosità superficiale, nella generazione delle specifiche geometrie che caratterizzano la lente di Fresnel. Purtroppo il vincolo più grande che limita l'ottimizzazione dei processi manifatturieri di queste lenti è dovuto ad aspetti metrologici. Il profilo segmentato e molto pendente di questi oggetti unici insieme all'elevata trasparenza dei polimeri amorfi con cui vengono prodotti, richiedono l'utilizzo di tecniche di misurazione dedicate ed innovative, capaci di acquisire informazioni accurate di tipo dimensionale geometrico in tempi sostenibili. A tal proposito, un microscopio confocale a scansione di fascio laser è stato caratterizzato per essere impiegato nelle misurazioni. In primis è stato valutato il bilancio delle incertezze dovute alla misura. In secondo luogo è stato stimato il rumore di fondo dello strumento. In questo modo si sono definite anche le limitazioni fisiche dello strumento. Questi passaggi hanno mostrato la possibilità di utilizzare lo strumento per l'analisi dei campioni. Una volta quindi svolte le misure, è stato possibile proporre delle direzioni di ottimizzazione del processo, basandosi su dati quantitativi comparati per mezzo di una robusta analisi statistica. Alla fine di questo lavoro, verranno infine proposti i parametri di processo più adeguati, delineando l'importanza sia della fase di impaccamento sia di quella di compressione che caratterizzano la ICM.