自由曲面可制造性分析的案例
Ansys Zemax | 確保自由曲面設計的可制造性
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數，解釋了可制造性參數如何與儀器參數相關聯，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數。此外，還解釋了如何處理其考察區域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數將取決于加工方法和設備。加工塑料光學元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準確地說，刀具在表面上產生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
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概要
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數，解釋了可制造性參數如何與儀器參數相關聯，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數。此外，還解釋了如何處理其考察區域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數將取決于加工方法和設備。加工塑料光學元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準確地說，刀具在表面上產生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開 ZEMAX技術分享：確保自由曲面設計的可制造性
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數，解釋了可制造性參數如何與儀器參數相關聯，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數。此外，還解釋了如何處理其考察區域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
作者：DynaOptics 合作翻譯：南京光研 - 杜進
表面參數控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數將取決于加工方法和設備。加工塑料光學元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準確地說，刀具在表面上產生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開 Moldex3D模流分析之仿真可制造性設計
仿真可制造性設計 (Simulation DFM )
仿真可制造性設計 (sDFM) 是一種輔助制造的功能。它為產品設計提供相關的模具分析結果，使設計者可以減少手動驗證每個模擬結果狀態的時間。sDFM 的過程分為三個階段： sDFM Setting、sDFM Viewer 和 sDFM Report。
?sDFM Setting 允許使用者自定義驗證標準格式。驗證標準包括驗證項目、相關設計標準和制造中的關鍵因素。用戶可以設定標準以從提供的信息中查看分析項目。
?sDFM Viewer 允許用戶查看每個分析項目的驗證狀態。用戶可以右鍵單擊 SYNC UI 樹狀菜單上的 項目管理器(Project Manager) 來操作sDFM Viewer，它使用自定義的驗證標準顯示自定義選擇的分析項目列表和驗證狀態。
?sDFM Report 功能在 PowerPoint 中提供完整的標準內容和分析項目結果。用戶可以透過報告中的信息查看整個設計過程。
1. sDFM設定 (Simulation DFM Setting)
?右鍵單擊 項目管理員(Project Manager) 并在目錄中選擇 Simulation DFM Setting。
?選擇 Simulation DFM Setting 設定后，開啟 Simulation DFM Setting 模板列，可操作新增/編輯/刪除及匯入/匯出檢驗模板。
?用戶可以在 Simulation DFM Setting 中選擇驗證項目。在每個子項目下，必須的分析項目（帶有注釋必須）不能取消勾選。
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Moldex3D模流分析之可制造性的靜態規范檢查
然而這樣的反復改變設計和驗證，是一段冗長的工作流程；為了解決這項難題，Moldex3D SYNC在2021的版本推出了幾何優化工具，幫助使用者大幅簡化CAE分析的工作，只要幾個簡單的操作步驟，就可以得到所有的尺寸變化與相對應的CAE分析結果。
以下透過一連接器案例來示范如何利用Modex3D SYNC做出優化的幾何設計。圖五是已通過DFM檢查的原始產品模型，圖六則是一開始的模擬結果；從流動分析來看，連接器兩側都有流動不平衡的現象。圖七則為翹曲變形結果，此翹曲情形會造成排針無法正常插入，必須在生產前改善。從原始設計剖面來看，兩邊厚度不同，而較厚的那端可進行些微的厚度修正。推測改變厚度可以改善流動平衡與翹曲 (仍須做結構強度分析)，卻無法判斷應修改多少才能達到最佳厚度。若一一分析不同厚度的設計，必然曠日費時，如圖八所示。這時若使用Moldex3D SYNC幾何優化工具，即可快速指定變化的參數，并設置所有分析組別。最后也從中獲得一組優化分析結果(圖九)，波前幾乎在末端重合，也因此改善了翹曲結果。
圖五 鏈接器案例及其剖面圖
圖六 CAE仿真結果，顯示兩側流動不平衡
圖七 可能因流動不平衡而造成的翹曲變形
圖八 對幾何參數設置變化范圍并一次產生所有分析組別
圖九 某一組分析結果，兩側波前幾乎在末端重合
從上述的例子可得知，可制造性(DFM)的靜態的規范檢查，無法百分之百反映動態生產過程所造成的問題。CAE模流分析則可協助用戶彌補這一部分；而Moldex3D SYNC幾何優化工具更可進一步幫助使用者簡化分析所需的工作。若將模流分析提供的分析結果項目也視為產品可制造性的一環，結合CAD與CAE的優點與功能，即可有效提升產品設計效率，縮短產品上市時間。
展開 Moldex3D模流分析SYNC之for PTC Creo模擬可制造性設計
?單擊分析項目，顯示仿真結果。
?使用者可以在下拉式選單中選擇狀態以調整驗證狀態。此外，使用者還可以在備注欄中新增評論。 調整驗證狀態后，分析項目的顏色將會改變。
?sDFM Viewer 中的驗證狀態分為 4 種狀態：Passed、Failed、Mediocre 和 Pending。
?子項目的狀態結合了分析項目的所有驗證狀態，主項目狀態結合了所有子項目的驗證狀態（主項目和子項目的狀態不能被調整），例如：由于壓力(“Pressure)的狀態顯示為未確認(Unconfirmed)，因此流動平衡(Filling Balance)的狀態也顯示為未確認((Unconfirmed))。主項目的狀態綜合了所有子項目的驗證狀態，并顯示出最高優先級的狀態（狀態優先級：失敗(Failed) > 未確認(Unconfirmed) > 無結果(No result) > 可接受(Acceptable) > 失敗(Failed)）。
?為了進一步查看分析結果，使用者可透過單擊 結果顯示控制(Result Display Control) 來操作其目錄。
?調整驗證狀態后，使用者可以單擊 確定(OK) 儲存當前設定。在使用者下次操作 sDFM Viewer 驗證狀態時，將維持相同設定。配置文件儲存在項目活頁夾中，路徑：\Report\RunID\CREO_SYM.ifmi。若配置文件不存在，sDFM Viewer 將重新計算狀態。此外，若透過 sDFM Setting 修改了驗證標準，每個組別的.ifmi 檔將被自動地被刪除，sDFM Viewer 將重新計算狀態。
展開 Moldex3D模流分析之SYNC for SOLIDWORKS模擬可制造性設計
仿真可制造性設計 (sDFM) 是一種輔助制造的功能。它為產品設計提供相關的模具分析結果，使設計者可以減少手動驗證每個模擬結果狀態的時間。sDFM 的過程分為三個階段： sDFM Setting、sDFM Viewer 和 sDFM Report。
?sDFM Setting 允許使用者自定義驗證標準格式。驗證標準包括驗證項目、相關設計標準和制造中的關鍵因素。用戶可以設定標準以從提供的信息中查看分析項目。
?sDFM Viewer 允許用戶查看每個分析項目的驗證狀態。用戶可以右鍵單擊 SYNC UI 樹狀菜單上的 項目管理器(Project Manager) 來操作sDFM Viewer，它使用自定義的驗證標準顯示自定義選擇的分析項目列表和驗證狀態。
?sDFM Report 功能在 PowerPoint 中提供完整的標準內容和分析項目結果。用戶可以透過報告中的信息查看整個設計過程。
1. sDFM設定 (Simulation DFM Setting)
?右鍵單擊 項目管理員(Project Manager) 并在目錄中選擇 Simulation DFM Setting。
?sDFM Setting 中包含了三個功能： sDFM 管理員(Simulation DFM Manager)、sDFM 格式(Simulation DFM Format) 和 sDFM 設定(Simulation DFM Setting)。
sDFM 管理員(Simulation DFM Manager)
sDFM 管理員(Simulation DFM Manager) 允許使用者管理現有的sDFM格式。預設的sDFM格式被稱為Default，其無法被編輯或是刪除。用戶可以使用以下的功能來創建自定義的sDFM格式。
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