J'ai vu de nombreuses discussions sur les verres « freeform » sur les réseaux sociaux. Beaucoup d'entre elles m'ont semblé erronées, et j'ai donc pensé qu'il serait intéressant d'en parler ici. Pour la plupart des fournisseurs de produits optiques, le terme freeform désigne les verres à addition progressive (PAL) fabriqués en découpant des courbes complexes, y compris la surface de puissance progressive, au dos (côté oculaire) d'un verre unifocal semi-fini.
De nombreux opticiens et autres praticiens n'ont jamais visité un laboratoire de surfaçage. Commençons donc par examiner la manière traditionnelle de surfaçage des verres. Je vais vous en donner un aperçu général, en ne détaillant que les principales étapes (je précise donc, chers collègues, que j'omets quelques détails, mais je ne pense pas qu'ils soient pertinents pour ce sujet).
Les commandes arrivent aux laboratoires par plusieurs moyens, mais de nos jours, elles arrivent généralement dans un système intégré. système de gestion de laboratoire optique (LMS), comme Innovations. Outre la tarification et la facturation de la commande, le LMS détermine généralement les ébauches à utiliser et, si les lentilles doivent être surfacées, comment meuler les ébauches « semi-finies » afin d'obtenir les lentilles les plus fines possible, compte tenu des exigences de la commande et des normes légales ou conventionnelles applicables en matière d'épaisseur et de résistance aux chocs.
Les ébauches de lentilles « semi-finies » ont une surface avant finie, qui peut être sphérique (bien que dans un passé lointain, il n'était pas rare que les ébauches semi-finies aient des surfaces avant toriques, qui étaient utilisées pour produire des lentilles unifocales en forme de « cylindre plus »); elles peuvent avoir des segments situés sur les surfaces avant (dans le cas des multifocaux à sommet plat et à segments ronds); ou elles peuvent avoir des topologies complexes à addition progressive.
Surfaçage de lentilles traditionnelles : les quatre étapes
La fabrication traditionnelle de lentilles (aussi appelée surfaçage) comprend quatre étapes principales : blocage, génération, affinage (aussi appelé lissage) et polissage. Voici un bref aperçu de chaque étape :
- Blocage: Il s'agit de fixer un objet sur la surface avant finie de la lentille en utilisant l'un des différents supports (souvent un alliage à bas point de fusion, bien que plus récemment, plusieurs résines et colles aient été utilisées) qui adhèrent au bloc d'un côté et à la lentille de l'autre ; le bloc fournit un moyen de maintenir la lentille dans les machines.
- Générateur: Il découpe une surface sphérique ou torique au dos de l'ébauche. Au fil des ans, les fabricants ont délaissé les outils de meulage en coupe pour adopter des outils de fraisage et de coupe, capables de découper des surfaces toriques plus précises. Cependant, dans tous les cas, les surfaces produites sont assez rugueuses, ce qui rend nécessaire l'étape suivante, appelée « affinage » (« lissage » au Royaume-Uni).
- Collage (Lissage) : Ce procédé consiste à frotter la surface obtenue sur un « lame » (également appelé « outil »), un outil métallique usiné avec précision et façonné selon les courbes souhaitées. De nos jours, les lentilles ophtalmiques étant presque toujours en plastique, des tampons abrasifs adhérant à la surface de la lame suffisent à lisser les surfaces et à les polir. Un jet d'eau dirigé vers l'interface lentille-lame élimine les fines particules produites par l'action de l'abrasif.
- Polissage: Le procédé est pratiquement identique au polissage (les machines sont d'ailleurs identiques), sauf qu'à la place du tampon abrasif, on utilise un tampon doux et poreux. L'eau est remplacée par un produit de polissage composé de très fines particules en suspension dans l'eau. Le tampon se gorge de produit de polissage, ce qui produit une surface brillante et spéculaire.
Ce procédé de base en quatre étapes pour le surfaçage des lentilles est resté fondamentalement le même pendant des décennies. Cependant, des améliorations constantes des matériaux et des techniques ont rendu le surfaçage plus efficace et plus précis.
Le développement des tampons abrasifs de finition au début des années 1970 fut révolutionnaire et contribua significativement à la suprématie du plastique sur le verre durant cette décennie. À l'origine, un processus de finition en deux étapes était nécessaire : la première utilisait un abrasif agressif (généralement du carbure de silicium) non seulement pour lisser la surface, mais aussi pour corriger toute imprécision (les imprécisions étaient fréquentes en raison de l'utilisation d'outils de meulage à coupelles dans les générateurs de l'époque). Si certains générateurs à coupelles pouvaient produire des surfaces relativement lisses (mais seulement en fonctionnant très lentement), ils ne permettaient pas d'obtenir des surfaces toriques très précises. Lors de la seconde étape de finition, un abrasif plus fin et plus tendre (généralement de l'oxyde d'aluminium) était utilisé.
À la fin des années 1980, les premiers générateurs de type fraisage et tour sont apparus dans les laboratoires d'optique. Ils permettaient de découper directement des surfaces avec une précision de forme bien supérieure à celle des anciennes techniques de rectification, produisant ainsi des courbes toriques et complexes d'une grande précision. Initialement, les surfaces de ces générateurs CNC étaient encore quelque peu rugueuses, mais grâce aux progrès technologiques, ils ont obtenu des résultats plus lisses.
En fait, à mesure que ces générateurs évoluaient, ils sont devenus capables de produire une surface si lisse qu'elle pouvait passer directement au polissage sans aucune étape de finition. Cette capacité est devenue connue sous le nom de « coupe-polissage ». Les premiers systèmes de coupe-polissage utilisaient encore les traditionnels tours rigides pour l'étape finale de polissage, mais le secteur du surfaçage a rapidement compris une révolution : la génération directe de surfaces polissables permettait de ne plus se limiter à de simples sphères et toriques. Il est soudain devenu possible de produire des géométries de surface beaucoup plus complexes, et c'est à ce moment-là que la forme libre a commencé à être perçue comme un objectif réalisable.
Du Cut-to-Polish aux Progressifs Freeform
Avant que la découpe au polissage ne devienne possible, les professionnels du secteur, constatant les améliorations de précision de forme et de rugosité de surface que les générateurs permettaient, se sont tournés vers ce qui était jusque-là une sorte de « Saint Graal ». Et si les surfaces des verres progressifs pouvaient être découpées avec ces niveaux de qualité, côté oculaire, sur des ébauches de verres sphériques semi-finis ?
L'attrait d'une telle solution était évident : les verres unifocaux semi-finis étaient (et restent) bien moins chers que les verres progressifs semi-finis. De plus, le nombre de verres unifocaux semi-finis à conserver en stock (sept à douze courbes de base différentes) ne représenterait qu'une fraction (généralement un neuvième, neuf puissances d'addition étant communes) du nombre de verres progressifs semi-finis à conserver (sept à douze courbes de base multipliées par neuf puissances d'addition), si des surfaces progressives de différentes puissances d'addition pouvaient être produites à la demande.
En bref, les verres progressifs à forme libre promettaient des économies de coûts importantes dans la production de verres en fabriquant chaque verre sur commande plutôt qu'en puisant dans un inventaire de flans prémoulés.
Deux catalyseurs toujours manquants
Deux innovations supplémentaires étaient nécessaires pour transformer ces aspirations en réalités pratiques.
Innovation n°1 : Polissage de surfaces complexes
Le premier défi résidait dans le processus de polissage. Alors que les générateurs pouvaient découper des surfaces polissables, le procédé existant utilisait des rodoirs (aussi appelés « outils ») taillés selon des courbes sphériques ou toriques. Les surfaces sphériques ou toriques correspondantes des lentilles à polir pouvaient être frottées contre les surfaces de rodage, avec une pâte de polissage légèrement abrasive et un tampon interposés entre la surface de la lentille et celle de rodage, selon des mouvements suffisamment complexes et aléatoires pour éviter les erreurs localisées, qui pourraient résulter d'irrégularités de surface du rodage ou du tampon.
Ce type de mouvement ne pouvait pas être utilisé pour une surface plus complexe, comme une surface progressive. Les ondulations de la surface empêchent ce mouvement de frottement. La solution s'est avérée assez simple : l'utilisation de disques de polissage « conformes », filés dans des machines qui ressemblaient initialement beaucoup à d'anciennes machines « sphériques ». Ces dernières utilisaient des disques métalliques en forme de champignon, filés sur leurs « tiges » (pour étirer la métaphore) ; une lentille maintenue sur le disque d'un côté, sous son sommet, tournait grâce aux vitesses différentes de la surface en rotation, plus près du centre du disque en rotation, où la vitesse de rotation finit par s'annuler, par rapport au bord extérieur.
La combinaison du mouvement curvilinéaire de la surface du disque rotatif, du mouvement de rotation de la lentille et d'un troisième mouvement déplaçant la lentille rotative sur la surface du disque, du bord vers le centre, produisait un mouvement aléatoire très efficace. Certains des premiers polissoirs à forme libre utilisaient ce mouvement avec un grand disque sphérique, dont la surface pouvait épouser la surface irrégulière de la lentille (d'où le terme « conformant »). Les disques conformants obtenaient leur capacité à épouser la surface progressive ondulée grâce à une couche de matériau compressible, semblable à une éponge ou une mousse dense, placée entre la base du disque et le tampon de polissage. Cette couche permettait à la surface du disque de s'adapter à la surface irrégulière (c'est-à-dire non sphérique, non torique et asymétrique) de la lentille tout au long du processus.
Tours à petite ouverture : meilleure conformité
Ce procédé a été perfectionné par les disques dits « à petite ouverture », dont le diamètre était inférieur à celui des lentilles – de l'ordre d'un tiers à la moitié de celui-ci. Cela a nécessité des machines plus complexes pour produire les mouvements nécessaires à un traitement uniforme et aléatoire de la surface des lentilles. Cependant, les disques de plus petit diamètre s'adaptaient mieux aux surfaces progressives irrégulières que les disques de grande taille, si bien que les disques conformes à petite ouverture sont devenus omniprésents.
Innovation n°2 : Normes de données et de communication
La combinaison de générateurs capables de produire des surfaces polissables et de polisseuses à rodage conforme a rendu possible la fabrication de surfaces complexes sur des lentilles. Cependant, une innovation supplémentaire était nécessaire pour rendre le procédé pratique : il s'agissait de décrire les surfaces que les générateurs, et dans une certaine mesure, les polisseuses, pouvaient « comprendre » afin de pouvoir les produire.
Les surfaces elles-mêmes étaient différentes de tout ce qui avait été produit commercialement. Rappelons que l'objectif initial était de produire une surface progressive sur la face oculaire (arrière) d'une ébauche unifocale semi-finie. Bien qu'il aurait été possible de reproduire un design progressif tel que celui produit sur la face objet (face avant) des ébauches progressives sur la face arrière, il était évident que la surface progressive devait être combinée à une « surface de prescription » pour obtenir des verres utilisables. De plus, les surfaces combinées devaient être ajustées pour compenser l'épaisseur des verres et les variations des faces avant des ébauches utilisées. Ainsi, obtenir la surface souhaitée nécessitait, et nécessite toujours, un calcul individuel des surfaces pour chaque commande.
Heureusement, dès le début de ce processus, une norme de communication entre les fibres optiques a été mise en place. Logiciel de gestion de laboratoire (LMS)Le logiciel de conception d'objectifs (LDS) et l'équipement capable de créer des formes libres ont été créés en étendant les données existantes Norme de communication Pour prendre en charge les nouveaux échanges de données nécessaires. Le LMS pourrait communiquer avec le LDS pour obtenir le plan de surface et le transmettre aux machines en cas de besoin, rendant ainsi la technologie des formes libres commercialement viable et, à terme, courante.
