Cắt kính germanium không đều tại Sunny Optical: hai lần cắt thử nghiệm, bốn đơn đặt hàng

Tại sao việc cắt kính germanium không đều lại đánh bại các máy cưa thông thường?

Việc cắt kính germanium không đều thất bại vì một lý do đơn giản: mọi dụng cụ cắt thông thường đều được chế tạo dựa trên một hình học, và germanium sẽ trừng phạt bất kỳ nỗ lực nào đi chệch khỏi nó. Mũi khoan lõi cắt hình tròn — không gì khác. Máy cưa ID cắt đường thẳng — không gì khác. Khi Sunny Optical (HKEX 2382) mang đến cho chúng tôi một thấu kính ảnh nhiệt hình lưỡi liềm với nhiều góc bán kính nhỏ, cả hai công cụ đều bị loại trước báo giá đầu tiên.

Phương án dự phòng mà hầu hết các xưởng cố gắng thực hiện là mài hình dạng ra khỏi một phôi vuông quá khổ. Về mặt hình học thì nó hoạt động. Về mặt kinh tế và cơ học thì không. Germanium đơn tinh thể germanium nằm ở mức Mohs 6–6,5 với độ bền chống nứt thấp và xu hướng tách lớp {111} mạnh — một đá mài đi vào góc R1 tập trung ứng suất chính xác nơi tinh thể muốn bị tách. Kinh nghiệm của Sunny Optical phù hợp với những gì chúng tôi mong đợi: các cạnh bị sứt mẻ nặng ở các đoạn chuyển tiếp bán kính nhỏ, độ chính xác hình dạng không giữ được bản vẽ, và hơn nửa giờ thời gian máy cho mỗi bộ phận. Với giá germanium năm 2024–2025 là 1.800–2.400 Bảng Anh mỗi kg, chỉ riêng phôi khởi đầu quá khổ đã là một khoản mục không thể chấp nhận được.

Cấu hình hình lưỡi liềm với các đoạn chuyển tiếp R1 và vát 110°

Bản vẽ xác định một đường viền 73,45 × 52,82 mm: một cấu hình cung và dây cung bất đối xứng với hai bán kính góc R6, hai đoạn chuyển tiếp R1, một cạnh trên vát 110° và bán kính cầu 85 mm trên mặt quang học. Sáu kích thước được kiểm soát chi phối đường viền, và trong việc cắt kính germanium không đều, bản vẽ là quy trình — đường dây được lập trình trực tiếp từ các kích thước này. Đây là hình học phải được cắt ra khỏi máy cưa một cách sạch sẽ — sứt mẻ ở bất kỳ góc R nào sẽ loại bỏ bộ phận, vì khoảng hở mài ở hạ lưu tại các đặc điểm đó gần như bằng không.

Điều gì đã xảy ra trong hai lần cắt thử nghiệm?

Chúng tôi không đủ điều kiện cho các bộ phận dựa trên lời tuyên bố; chúng tôi đủ điều kiện cho chúng dựa trên các mẫu cắt. Sunny Optical đã cung cấp vật liệu germanium, chúng tôi đã lập trình cấu hình từ DXF của họ và chúng tôi đã cắt. Sản phẩm đầu tiên được đo lường theo tất cả sáu kích thước bản vẽ vào tháng 1 năm 2024.

Lần cắt đầu tiên đã đáp ứng kỳ vọng của khách hàng. Các cạnh được cắt ra khỏi dây sạch sẽ — không có vết sứt mẻ ở bất kỳ đâu trên cấu hình, ngay cả ở các đoạn chuyển tiếp R1 đã làm hỏng các bộ phận được mài của họ — và độ chính xác đường viền vượt xa bất kỳ nỗ lực nào trước đó của họ. Bốn trong số sáu kích thước nằm thoải mái trong dung sai của bản vẽ. Kích thước 4 và 5 cho thấy một độ lệch nhỏ cần được siết chặt trước khi sản xuất hàng loạt.

Dấu hiệu sai lệch cho chúng tôi biết chính xác những gì cần điều chỉnh. Kích thước 4 và 5 không bị phân tán — chúng bị dịch chuyển cùng nhau, theo cùng một hướng, một lượng nhất quán. Đó không phải là vấn đề về dây hoặc vấn đề về vật liệu; đó là sự dịch chuyển điểm chuẩn. Hệ tọa độ phôi nằm cao hơn 0,27 mm theo trục Y so với đường đi đã lập trình. Một lần tinh chỉnh — dịch chuyển gốc trục Y xuống 0,27 mm — đã đưa hai kích thước cuối cùng vào đúng vị trí. Không có gì khác trong chương trình thay đổi.

Vấn đề khó khăn — vấn đề đã đánh bại mọi phương pháp trước đó — đã được giải quyết ngay trong lần cắt đầu tiên. Dây kim cương chạy vô tận theo một hướng với lực căng không đổi, vì vậy không có sốc đảo chiều tại các đoạn chuyển tiếp R1 và không có sự tách lớp mặt thoát — các chế độ lỗi đã làm hỏng các bộ phận dưới phương pháp mài. Những gì còn lại sau thử nghiệm 1 là tinh chỉnh, và việc tinh chỉnh là một sự dịch chuyển tọa độ, không phải là cuộc chiến với vật liệu. Đó là bài học lặp đi lặp lại của việc cắt kính germanium không đều trên dây vô tận: tinh thể cư xử; độ chính xác phụ thuộc vào kỷ luật điểm chuẩn.

Một SGI 20, hai hệ thống cắt

Máy mà Sunny Optical đủ điều kiện là máy cưa dây kim cương vô tận SGI 20 — một bàn làm việc 200 × 200 mm, chiều cao phôi 220 mm, đường kính dây từ 0,35 đến 1,0 mm và tốc độ dây lên tới 61 m/s. Hai hệ thống điều khiển độc lập chạy trên cùng một nền tảng:

• Hệ thống đường viền. Tải bản vẽ CAD của khách hàng (DXF), đặt thông số cắt và dây sẽ đi theo đường dẫn — bao gồm cả cung, đường cong tự do và góc bán kính nhỏ. Độ dày đường cắt bằng đường kính dây, vì vậy dây 0,4 mm tiêu thụ 0,4 mm gecmani dọc theo đường dẫn thay vì hàng centimet vật liệu mà phương pháp mài từ khối vuông lãng phí.
• Hệ thống cắt lát. Đặt độ dày và số lượng lát cắt; máy sẽ cắt các khối hoặc thanh hình trụ một cách tự động, cho phép các độ dày khác nhau trong một lần chạy. Tốc độ nạp 10–20 mm/phút trên gecmani.

Hệ thống thứ hai đó là lý do tại sao trường hợp này không kết thúc ở một máy. Sunny Optical đã mang đến cho chúng tôi một vấn đề cắt ống kính gecmani không đều mà không có gì khác có thể giải quyết, sau đó họ phát hiện ra cùng một nền tảng xử lý việc cắt lát khối và rút thanh thông thường của họ. Một máy hình dạng đặc biệt bị bỏ không giữa các công việc hình dạng đặc biệt là một khoản đầu tư vốn khó khăn; một máy lấp đầy thời gian rảnh rỗi của nó bằng việc sản xuất cắt lát thì không.

Bốn đơn đặt hàng và quyết định nền tảng tiêu chuẩn

Sau khi kiểm tra mẫu đủ điều kiện, Sunny Optical đã đặt đơn hàng đầu tiên. Ba đơn hàng nữa đã theo sau — tổng cộng bốn đơn đặt hàng, xây dựng lên hàng chục máy, và công ty hiện đang vận hành hơn 30 máy cưa dây Vimfun trên các địa điểm sản xuất của họ. Năng suất sản xuất được báo cáo của họ đối với dòng sản phẩm này đã cải thiện khoảng 30% sau khi chuyển đổi, chủ yếu là do loại bỏ tình trạng sứt mẻ góc R và do hư hỏng dưới bề mặt nông hơn mà vết cắt dây để lại cho dây chuyền đánh bóng.

Đối với những người đọc đang áp dụng điều này vào các bộ phận của riêng họ: quy trình cắt ống kính gecmani không đều được hiển thị ở đây là phần đầu của một chuỗi công cụ lớn hơn. Máy cưa dòng SGI nằm cùng với các trạm định tâm, mài cầu và đánh bóng của chúng tôi trong một hệ thống phối hợp thiết bị sản xuất tròng kính germanium hoàn chỉnh dây chuyền, bản thân nó thuộc về infrared optics processing equipment phạm vi rộng lớn hơn. Các nhóm lập kế hoạch một dây chuyền hoàn chỉnh từ thỏi đến ống kính phủ nên bắt đầu từ dây chuyền sản xuất quang học hồng ngoại tổng quan.