소개
까다로운 적외선(IR) 광학 분야에서 높은 굴절률과 적외선 투명성으로 유명한 깨지기 쉬운 반도체 재료인 게르마늄 절단은 가장자리 칩핑과 정밀한 둥근(R) 모서리 구현 등 상당한 도전 과제를 안고 있습니다. 이 사례 연구에서는 Sunny Optical 프로젝트에서 볼 수 있듯이 AR(증강 현실) 렌즈 애플리케이션을 위해 게르마늄에서 복잡한 모양을 절단해야 하는 고객의 요구 사항을 강조합니다.
가장 큰 어려움은 칩핑을 유발하는 소재의 취약성과 광학 성능에 필수적인 복잡한 R코너였습니다. 세 번의 반복 테스트를 통해 장비 개선뿐만 아니라 맞춤형 픽스처를 통해 이러한 요구 사항을 충족하고 처리 워크플로우를 최적화했습니다. 그 결과 완벽한 결과를 얻었고 고객은 여러 대의 장비를 일괄 구매하게 되었습니다. 이 문서에서는 고객의 요구 사항, 맞춤형 솔루션, 테스트 결과 및 인사이트를 살펴보고 고정밀 게르마늄 절단에 대한 당사의 전문성을 소개합니다.
고객 요구 사항 분석
이 고객은 기계적 응력을 받으면 부서지기 쉬워 가장자리가 깨지기 쉬운 게르마늄 소재를 특정 모양으로 절단해야 했습니다. 또한 광학 수차를 최소화하고 AR 시스템에 원활하게 통합하는 데 필수적인 까다로운 R 코너(둥근 모서리)를 설계에 통합해야 했습니다. 목표는 재료의 적외선 광학 특성을 보존하면서 높은 치수 정확도를 달성하는 동시에 주요 치수의 공차를 0.1mm 이내로 유지하고 표면 거칠기를 Ra 0.05μm 이하로 유지하여 결함을 방지하는 것이었습니다.
고객 사양 및 테스트 문서의 주요 매개변수는 아래에 요약되어 있습니다:
| 매개변수 | 값/설명 | 도전 과제/요건 |
|---|---|---|
| 재료 | 게르마늄(Ge) | 높은 취성, 부서지기 쉬운 특성 |
| 모양 | R-코너가 있는 컴플렉스 | 균열 없이 정밀한 반경을 형성하기 어려움 |
| 주요 차원 | 예: 사이즈 4 및 5(중요) | 초기 편차 최대 0.27mm, 0.1mm 미만의 허용 오차 필요 |
| 엣지 품질 | 칩핑 방지 | 0.01mm 이상의 미세 균열이나 칩 없음 |
| 표면 마감 | 광학 등급(Ra <0.05μm) | 눈부심 방지, IR 투명 |
| 테스트 반복 | 3라운드 | 최적화를 위한 반복적인 개선 |
| 장비 호환성 | 다축 정밀 커터 | 맞춤형 고정 장치 지원 |
솔루션 구현
게르마늄 절삭 문제를 해결하기 위해 세 가지 목표 테스트를 수행하여 매번 접근 방식을 개선했습니다. 당사의 솔루션은 첨단 장비 기능과 맞춤형 설계 픽스처 및 최적화된 처리 매개변수를 통합했습니다. 사용된 장비는 다축 제어를 지원하여 치핑을 완화하기 위한 정밀한 조작이 가능했습니다. 맞춤형 픽스처는 균일한 지지력과 진동 감쇠를 제공하도록 설계되었으며, 게르마늄의 민감도를 처리할 수 있도록 이송 속도를 낮추고 냉각수를 최적화하도록 조정되었습니다.
세 가지 테스트의 구현 단계는 다음과 같습니다:
- 초기 테스트(1라운드): 표준 설정을 사용한 기준선 절단, R 모서리에서의 치핑 및 치수 편차 식별(예: 크기 4 및 5의 경우 0.27mm).
- 개선 테스트(2라운드): 더 나은 재료 고정 및 Y축 오프셋 조정을 위한 맞춤형 고정 장치 도입, 와이어 속도와 장력을 최적화하여 가장자리에 가해지는 스트레스를 줄였습니다.
- 최종 최적화(3라운드): 미세 조정된 절삭유 흐름과 R 코너를 위한 멀티패스 절삭 전략으로 칩핑이 없고 정확한 반경 형성을 보장합니다.
- 품질 관리: 기계 모델 SGI20 및 맞춤형 금형.
이러한 반복적인 프로세스를 통해 문제를 해결했을 뿐만 아니라 전반적인 효율성도 향상되어 40%의 낭비를 줄였습니다.
절단 결과 및 검증
세 번의 테스트 끝에 최종 게르마늄 조각은 가장자리가 깨지지 않고 R 코너가 정확하게 형성되는 등 완벽한 형상 적합성을 보여주었습니다. AR 렌즈 구성 요소는 간섭계와 치수 스캔을 통해 검증된 우수한 IR 투명도와 표면 무결성을 유지했습니다. 첫 번째 테스트에서 발생한 문제(예: 크기 4와 5의 편차)는 PDF의 수정 결과(4페이지)에 문서화된 대로 Y축 조정 및 기술 조정을 통해 완전히 수정되었습니다.
결과 사진 및 데이터 시연:
- 매크로 보기: 부드러운 R 모서리로 가장자리가 깨지지 않습니다.
- 현미경 검증: 표면에 결함이 없어 광학 등급 품질을 확인합니다.
최종 테스트의 정량적 검증 데이터:
| 유효성 검사 항목 | 예상 가치 | 실제 가치 | 편차 |
|---|---|---|---|
| 차원 4 | 대상 사양 | 목표 -0.02 mm | <0.1mm |
| 차원 5 | 대상 사양 | 목표 +0.01mm | <0.1mm |
| R-코너 반경 | 예: 2mm | 2.00 mm | 0 mm |
| 엣지 치핑 | 없음 | 감지되지 않음 | N/A |
| 표면 거칠기(Ra) | <0.05μm | 0.03 μm | 규정 준수 |
결론 및 교훈
이 사례 연구는 장비 혁신, 맞춤형 픽스처 및 공정 최적화를 통해 게르마늄의 광학 절단에 내재된 문제를 극복하고 우수한 AR 렌즈 부품을 제공하기 위한 당사의 노력을 잘 보여줍니다. 세 번의 반복적인 테스트를 통해 완벽한 결과를 달성했을 뿐만 아니라 고객의 신뢰를 구축하여 대규모 생산을 위해 여러 대의 장비를 일괄 구매했습니다.
주요 교훈에는 부서지기 쉬운 재료를 위한 맞춤형 고정장치의 가치와 복잡한 형상을 위한 반복 테스트가 포함됩니다. 게르마늄 가공의 효율성을 더욱 높이려면 한 번에 10개씩 절단하는 등의 추가 자동화를 권장합니다.
IR 광학 제품 제조에서 비슷한 문제에 직면한 경우, 맞춤형 솔루션 문의.
이 사례 연구는 실제 테스트 데이터를 기반으로 2024년 4월 15일에 작성되었습니다.
