Tenho visto bastante discussão sobre lentes "freeform" nas redes sociais. Muitas delas me pareceram errôneas, então achei que valeria a pena falar sobre isso aqui. Para a maioria dos fornecedores de produtos ópticos, o termo freeform é usado para se referir a lentes de adição progressiva (PALs) que são produzidas cortando curvas complexas, incluindo a superfície de potência progressiva, na parte posterior (lado ocular) de lentes monofocais semiacabadas.
Muitos oftalmologistas e outros profissionais nunca viram o interior de um laboratório de surfactantes, então, primeiro, vamos dar uma olhada em como as lentes são surfactantes tradicionalmente. Vou dar uma visão geral aqui, incluindo apenas as etapas principais (então, para os meus colegas de laboratório, sei que estou omitindo alguns detalhes, mas não acho que sejam relevantes para este tópico).
Os pedidos chegam aos laboratórios por vários meios, mas hoje em dia eles geralmente chegam em um sistema integrado sistema de gerenciamento de laboratório óptico (LMS), como a Innovations. Além de precificar e faturar o pedido, o LMS geralmente define quais blanks usar e, caso as lentes precisem ser usinadas, como retificar os blanks "semiacabados" para produzir as lentes mais finas possíveis, considerando os requisitos do pedido e quaisquer padrões legais ou convencionais aplicáveis em relação à espessura e resistência ao impacto.
Lentes em bruto “semiacabadas” têm uma superfície frontal acabada, que pode ser esférica (embora no passado distante não fosse incomum que lentes em bruto semiacabadas tivessem superfícies frontais tóricas, que eram usadas para produzir lentes de visão simples no formato “mais cilindro”); elas podem ter segmentos localizados nas superfícies frontais (no caso de lentes multifocais de topo plano e de segmento redondo); ou podem ter topologias complexas de adição progressiva.
Superfície de lentes tradicional: as quatro etapas
Na fabricação tradicional de lentes (também chamada de surfacing), há quatro etapas principais: blocagem, geração, acabamento (também chamado de alisamento) e polimento. Abaixo, uma breve visão geral de cada etapa:
- Bloqueio: Isso consiste em fixar um objeto à superfície frontal acabada da lente usando um dos vários meios (geralmente uma liga de ponto de fusão de baixa temperatura, embora mais recentemente, diversas resinas e colas tenham sido usadas) que aderem ao bloco de um lado e à lente do outro; o bloco fornece um meio de segurar a lente nas máquinas.
- Gerando: Ela corta uma superfície esférica ou tórica na parte de trás da peça bruta. Ao longo dos anos, os geradores migraram do uso de ferramentas de retificação tipo copo para ferramentas de fresamento e corte, que podiam cortar superfícies tóricas com maior precisão. Ainda assim, em todos os casos, as superfícies produzidas são bastante rugosas, o que torna necessária a próxima etapa, chamada de "acabamento" ("alisamento" no Reino Unido).
- Finificação (Suavização): Esse processo envolve a fricção da superfície gerada sobre uma "sobreposição" (também chamada de "ferramenta") — uma ferramenta metálica usinada com precisão e moldada nas curvas desejadas. Hoje em dia, como as lentes oftálmicas são quase invariavelmente de plástico, almofadas abrasivas aderidas à superfície da sobreposição são suficientes para alisar as superfícies a ponto de poderem ser polidas. Um jato de água direcionado à interface lente-sobreposição remove as partículas finas produzidas pela ação do abrasivo.
- Polimento: Um processo praticamente idêntico ao de polimento (na verdade, as máquinas são idênticas), exceto que, no lugar da lixa abrasiva, é utilizada uma lixa macia e porosa. Em vez de água, utiliza-se um composto de polimento composto por partículas muito finas suspensas em água. A lixa fica saturada com o composto de polimento, o que proporciona a ação necessária para produzir uma superfície brilhante e espelhada.
Esse processo básico de quatro etapas para a superfície das lentes permaneceu fundamentalmente o mesmo por décadas. No entanto, houve melhorias contínuas em materiais e técnicas que tornaram a superfície mais eficiente e precisa.
O desenvolvimento de discos de afiação abrasivos no início da década de 1970 foi revolucionário e contribuiu significativamente para que o plástico ultrapassasse o vidro naquela década. Originalmente, era necessário um processo de afiação em duas etapas; a primeira etapa utilizava um abrasivo agressivo (geralmente carboneto de silício) não apenas para alisar a superfície, mas também para corrigir qualquer imprecisão (imprecisões eram comuns devido ao uso de ferramentas de retificação em formato de copo nos geradores da época). Embora alguns geradores em formato de copo pudessem produzir superfícies razoavelmente lisas (mas apenas girando muito lentamente), eles não conseguiam produzir superfícies tóricas muito precisas. Na segunda etapa de afiação, um abrasivo mais fino e macio (geralmente óxido de alumínio) era usado.
No final da década de 1980, os primeiros geradores de fresagem e torno surgiram em laboratórios ópticos. Eles podiam cortar superfícies diretamente com uma precisão de forma muito maior do que as técnicas de retificação mais antigas – o que significava que podiam produzir curvas tóricas e complexas muito precisas. Inicialmente, as superfícies desses geradores CNC ainda eram um pouco rugosas, mas, com o avanço da tecnologia, eles alcançaram resultados mais suaves.
De fato, à medida que esses geradores evoluíram, eles se tornaram capazes de produzir uma superfície tão lisa que podia ir direto para o polimento, sem qualquer etapa de acabamento. Essa capacidade passou a ser conhecida como "corte para polimento". Os primeiros sistemas de corte para polimento ainda utilizavam as tradicionais lapidações rígidas para a etapa final de polimento, mas o setor de acabamentos rapidamente reconheceu algo revolucionário: se fosse possível gerar superfícies polidas diretamente, não estaríamos mais limitados a simples esferas e tóricas. De repente, parecia viável produzir geometrias de superfície muito mais complexas – e foi aí que a forma livre começou a ser vista como uma meta alcançável.
Do Cut-to-Polish aos Progressivos de Forma Livre
Antes que o corte para polimento se tornasse possível, quando os profissionais da área observaram as melhorias na precisão da forma e na rugosidade da superfície que os geradores podiam produzir, seus pensamentos se voltaram para o que era, até então, uma espécie de "Santo Graal". E se as superfícies de lentes progressivas pudessem ser cortadas com esses níveis de qualidade superficial, no lado ocular de lentes esféricas semiacabadas?
O apelo de tal capacidade era óbvio: os blanks semiacabados para visão simples eram (e continuam sendo) muito mais baratos do que os blanks progressivos semiacabados. Além disso, o número de blanks semiacabados para visão simples que precisariam ser mantidos em estoque (de sete a doze curvas base diferentes) seria uma fração (tipicamente um nono, havendo nove potências de adição comuns) do número de blanks progressivos semiacabados que precisariam ser mantidos (de sete a doze curvas base vezes nove potências de adição), se superfícies progressivas de diversas adições pudessem ser produzidas sob demanda.
Em resumo, as lentes progressivas freeform prometiam economias significativas de custos na produção de lentes, pois produziam cada lente sob encomenda, em vez de recorrer a um estoque de lentes pré-moldadas.
Dois facilitadores ainda faltam
Duas inovações adicionais foram necessárias para transformar essas aspirações em realidades práticas.
Inovação nº 1: Polimento de superfícies complexas
O primeiro desafio estava no processo de polimento. Enquanto os geradores podiam cortar superfícies polidas, o processo existente empregava lapidações (também conhecidas como "ferramentas") cortadas em curvas esféricas ou tóricas. As superfícies esféricas ou tóricas correspondentes nas lentes a serem polidas podiam ser esfregadas contra as superfícies de lapidação, com uma pasta de polimento levemente abrasiva e uma almofada entre a superfície da lente e a superfície de lapidação, em movimentos suficientemente complexos e aleatórios para evitar a produção de erros localizados nas superfícies, que poderiam surgir de qualquer irregularidade na superfície de lapidação ou almofada.
Esse tipo de movimento não poderia ser usado para uma superfície mais complexa, como uma superfície de potência progressiva. As ondulações na superfície impedem o uso desse movimento de fricção. A solução acabou sendo algo bastante simples: o uso de polimentos "conformes", fiados em máquinas que inicialmente se pareciam muito com as antigas máquinas "esferográficas". Estas últimas empregavam polimentos metálicos em forma de cogumelo, fiados em suas "hastes" (para ampliar a metáfora); uma lente fixada ao polimento em um dos lados do polimento, abaixo de seu ápice, giraria em virtude das diferentes velocidades da superfície giratória mais próxima do centro do polimento, onde a velocidade de rotação finalmente cai para zero, em relação à borda externa.
A combinação do movimento curvilíneo da superfície da lapidação, do movimento giratório da lente e de um terceiro movimento que movia a lente giratória pela superfície da lapidação, de perto da borda para perto do centro, produzia um movimento aleatório muito eficiente. Alguns dos primeiros polidores de forma livre utilizavam esse movimento com uma lapidação grande e esférica, cuja superfície podia se conformar à superfície irregular da lente (daí o termo "conformante"). As lapidas conformantes obtinham sua capacidade de se conformar à superfície progressiva ondulada a partir de uma camada de material compressível, semelhante a uma esponja ou espuma densa, situada entre a base da lapidação e a almofada de polimento. Essa camada permitia que a superfície da lapidação se conformasse à superfície irregular (ou seja, não esférica, não tórica e assimétrica) da lente durante todo o processo.
Voltas de pequena abertura: melhor conformidade
Um refinamento adicional desse processo veio na forma das chamadas sobreposições de "pequena abertura", que eram sobreposições com diâmetros menores que as lentes – da ordem de um terço a metade do diâmetro das lentes. Isso exigiu que as máquinas se tornassem mais complexas para produzir os movimentos necessários para obter um tratamento uniforme e aleatório da superfície da lente. No entanto, as sobreposições de menor diâmetro se adaptavam melhor às superfícies progressivas irregulares do que as de maior diâmetro, de modo que as sobreposições conformantes de pequena abertura tornaram-se onipresentes.
Inovação #2: Padrões de Dados e Comunicação
A combinação de geradores capazes de produzir superfícies polidas, juntamente com polidores de sobreposição conformativa, tornou viável a fabricação de superfícies complexas em lentes. No entanto, uma inovação adicional foi necessária para tornar o processo prático. Tratava-se, nomeadamente, de descrições de superfícies que os geradores e, em certa medida, os polidores, pudessem "entender" para produzir as superfícies.
As superfícies em si eram diferentes de tudo o que já havia sido produzido comercialmente. Lembre-se de que o objetivo inicial era produzir uma superfície progressiva na face ocular (posterior) de um molde semiacabado para lentes monofocais. Embora fosse possível replicar um design progressivo como o produzido na face do objeto (frontal) de moldes progressivos na superfície posterior, deveria ser óbvio que a superfície progressiva precisava ser combinada com uma "superfície de prescrição" para fornecer lentes utilizáveis e, além disso, as superfícies combinadas teriam que ser ajustadas para compensar a espessura da lente e as variações nas superfícies frontais dos moldes utilizados. Portanto, chegar à superfície desejada exigiu, e continua exigindo, o cálculo individual das superfícies para cada pedido.
Felizmente, no início deste processo, foi criado um padrão para comunicação entre dispositivos ópticos. Software de gerenciamento de laboratório (LMS), Lens Design Software (LDS) e equipamentos com capacidade de formato livre foram criados estendendo os dados existentes Padrão de Comunicações para acomodar as novas trocas de dados necessárias. O LMS poderia se comunicar com o LDS para obter o design da superfície e entregá-lo às máquinas quando necessário, tornando a tecnologia de forma livre comercialmente viável e, eventualmente, popular.
