Jag har sett en hel del diskussioner kring "friformsglas" på sociala medier. Mycket av det har slagit mig som felaktigt, så jag tänkte att det skulle vara värt att prata om det här. För de flesta leverantörer av optiska varor används termen friform för att referera till progressiva additionsglas (PAL) som produceras genom att skära komplexa kurvor, inklusive den progressiva förstoringsytan, på baksidan (okularsidan) av halvfärdiga enkelslipade glasämnen.
Många optiker och andra optiker har aldrig sett insidan av ett ytbehandlingslaboratorium, så låt oss först titta på hur linser har ytbehandlats traditionellt. Jag ska ge er en översikt här, inklusive endast de viktigaste stegen (så, till mina labbkollegor där ute, jag vet att jag utelämnar några detaljer, men jag tror inte att de är relevanta för detta ämne).
Beställningar anländer till laboratorierna på flera sätt, men nuförtiden anländer de vanligtvis i en integrerad optiskt labbhanteringssystem (LMS), såsom Innovations. Förutom att prissätta och fakturera ordern brukar LMS:et lista ut vilka ämnen som ska användas, och, om linserna måste ytbehandlas, hur man slipar de "halvfärdiga" ämnena för att producera tunnaste möjliga linser med tanke på orderns krav och eventuella lagliga eller konventionella standarder som gäller för tjocklek och slagtålighet.
”Halvfärdiga” linsämnen har en färdigställd framyta, som kan vara sfärisk (även om det förr i tiden inte var ovanligt att halvfärdiga ämnen hade toriska framytor, vilka användes för att producera enslipade linser i ”pluscylinder”-form); de kan ha segment placerade på framytorna (när det gäller multifokala glasögon med platta och runda segment); eller så kan de ha komplexa progressiva additionstopologier.
Traditionell linsytbehandling: De fyra stegen
Vid traditionell linstillverkning (även kallad ytbehandling) finns det fyra huvudsteg: blockering, generering, finfördelning (även kallad utjämning) och polering. Nedan följer en kort översikt över varje steg:
- Blockering: Detta består av att fästa ett föremål på linsens färdiga framsida med hjälp av ett av olika medier (ofta en legering med låg smältpunkt, även om man på senare tid har använt flera hartser och lim) som fäster vid blocket på ena sidan och linsen på den andra; blocket fungerar som ett sätt att hålla linsen i maskinerna.
- Alstrande: Den skär en sfärisk eller torisk yta på baksidan av ämnet. Under årens lopp har generatorer övergått från att använda koppformade slipverktyg till fräs- och skärverktyg, som kunde skära mer exakta toriska ytor. Ändå är de producerade ytorna i samtliga fall ganska grova, vilket gör nästa steg, kallat "fining" ("smoothing" i Storbritannien), nödvändigt.
- Fining (utjämning): Denna process innebär att den genererade ytan gnuggas mot ett "slip" (även kallat ett "verktyg") – ett exakt bearbetat metallverktyg format till önskade kurvor. Numera, då oftalmiska linser nästan alltid är av plast, räcker slipkuddar som fäster vid ytan på slipen för att jämna ut ytorna till en punkt där de kan poleras. En vattenstråle riktad mot gränssnittet mellan lins och slip avlägsnar de fina partiklar som produceras av slipmedlets verkan.
- Putsning: En process som är praktiskt taget identisk med finpolering (maskinerna är faktiskt identiska), förutom att istället för slipplattan används en mjuk, porös platta. Istället för vatten används en polermedelsprodukt bestående av mycket fina partiklar suspenderade i vatten. Plattan mättas med polermedlet, vilket ger den effekt som krävs för att skapa en briljant, blank yta.
Denna grundläggande fyrstegsprocess för ytbehandling av linser förblev i grunden densamma i årtionden. Det skedde dock kontinuerliga förbättringar av material och tekniker som gjorde ytbehandlingen mer effektiv och precis.
Utvecklingen av slipkuddar i början av 1970-talet var revolutionerande och bidrog avsevärt till att plast gick om glas under det decenniet. Ursprungligen var en tvåstegsbehandling nödvändig; det första steget använde ett aggressivt slipmedel (vanligtvis kiselkarbid) för att inte bara jämna ut ytan utan också för att korrigera eventuella felaktigheter i ytan (felaktigheter var vanliga på grund av användningen av koppformade slipverktyg i dåtidens generatorer). Medan vissa koppformade generatorer kunde producera ganska släta ytor (men bara genom att gå mycket långsamt), kunde de inte producera särskilt exakta toriska ytor. I det andra behandlingssteget användes ett finare, mjukare slipmedel (vanligtvis aluminiumoxid).
I slutet av 1980-talet dök de första fräs- och svarvgeneratorerna upp i optiska laboratorier. Dessa kunde direktskära ytor med mycket större formnoggrannhet än de äldre slipteknikerna – vilket innebar att de kunde producera mycket exakta toriska och komplexa kurvor. Ursprungligen var ytorna från dessa CNC-generatorer fortfarande något grova, men allt eftersom tekniken förbättrades uppnådde de jämnare resultat.
Faktum är att allt eftersom dessa generatorer utvecklades blev de så småningom kapabla att producera en så slät yta att den kunde gå direkt till polering utan något finförädlingssteg alls. Denna förmåga kom att bli känd som "cut-to-polish". Tidiga cut-to-polish-system använde fortfarande de traditionella styva överlappningarna för det slutliga poleringssteget, men ytbehandlingssidan av verksamheten insåg snabbt något banbrytande: om man direkt kunde generera polerbara ytor var man inte längre begränsad till enkla sfärer och toriska ytor. Det verkade plötsligt möjligt att producera mycket mer komplexa ytgeometrier – och det var då fri form började ses som ett uppnåeligt mål.
Från Cut-to-Polish till Freeform Progressives
Innan det blev möjligt att polera linser, när folk inom området såg förbättringarna i formnoggrannhet och ytjämnhet som generatorer kunde producera, vände sig deras tankar till det som dittills hade varit en sorts "helig graal". Tänk om progressiva linsytor kunde skäras med dessa nivåer av ytkvalitet, på den okulära sidan av sfäriska, halvfärdiga linsämnen?
Attraktionen med en sådan möjlighet var uppenbar: halvfärdiga enkellinsämnen var (och är fortfarande) mycket billigare än halvfärdiga progressiva ämnen. Dessutom skulle antalet olika halvfärdiga enkellinsämnen som skulle behöva hållas i lager (sju till tolv olika baskurvor) vara en bråkdel (vanligtvis en niondel, eftersom det finns nio vanliga additionspotenser) av antalet olika halvfärdiga progressiva ämnen som måste hållas (sju till tolv baskurvor gånger nio additionspotenser), om progressiva ytor av olika additionspotenser kunde produceras på begäran.
Kort sagt utlovade freeform-progressiva linser betydande kostnadsbesparingar i linsproduktionen genom att tillverka varje lins på beställning snarare än att hämta från ett lager av förgjutna ämnen.
Två möjliggörare saknas fortfarande
Ytterligare två innovationer krävdes för att omsätta dessa ambitioner i praktiken.
Innovation nr 1: Polering av komplexa ytor
Den första utmaningen låg i poleringsprocessen. Medan generatorer kunde skära polerbara ytor, använde den befintliga processen överlappningar (även kända som "verktyg") som skars till sfäriska eller toriska kurvor. Motsvarande sfäriska eller toriska ytor på linserna som skulle poleras kunde gnuggas mot överlappningsytorna, med en lätt slipande polermassa och dyna mellan linsytan och överlappningsytan, i rörelser som var tillräckligt komplexa och slumpmässiga för att undvika att lokala fel i ytorna uppstod, vilka annars skulle kunna uppstå på grund av oregelbundenheter i överlappnings- eller dynytan.
Den typen av rörelse kunde inte användas för en mer komplex yta, såsom en progressiv kraftyta. Vågigheterna i ytan förhindrar användningen av den där gnidningsrörelsen. Lösningen visade sig vara något ganska enkelt: användningen av "konforma" poleringslameller, spunna i maskiner som från början såg mycket ut som gammaldags "sfär"-maskiner. De senare använde svampformade metalllameller, spunna på sina "skaft" (för att tänja på metaforen); en lins som hölls vid lamellen på ena sidan av lamellen, under dess topp, skulle rotera på grund av de olika hastigheterna hos den roterande ytan närmare mitten av det roterande lamellen, där rotationshastigheten slutligen sjunker till noll, jämfört med ytterkanten.
Kombinationen av den roterande överlappningsytans kurvlinjära rörelse, linsens roterande rotationsrörelse och en tredje rörelse som förde den roterande linsen över överlappningsytan från nära kanten till nära mitten, producerade en mycket effektiv, slumpmässig rörelse. Några av de tidigaste friformspolerarna använde den rörelsen med en stor, sfärisk överlappning, vars yta kunde forma sig efter linsens oregelbundna yta (därav "konform"). De konforma överlappningarna fick sin förmåga att forma sig efter den böljande progressiva ytan från ett lager av kompressibelt material, inte olikt en tät svamp eller skum, som sitter mellan basen av överlappningen och polerplattan. Detta lager gjorde det möjligt för överlappningsytan att forma sig efter den oregelbundna (det vill säga icke-sfäriska, icke-toriska, asymmetriska) linsytan under hela processen.
Varv med liten bländare: Bättre konformitet
Ytterligare förfining av denna process kom i form av så kallade "liten bländar"-överlappningar, vilka var överlappningar med diametrar mindre än linserna – i storleksordningen en tredjedel till hälften av linsernas diametrar. Detta krävde att maskinerna blev mer komplicerade för att producera de rörelser som behövdes för att få en jämn, slumpmässig behandling av linsytan. De med mindre diameter anpassade sig dock bättre till de oregelbundna progressiva ytorna än de med större diameter, så de med liten bländaröppning har blivit allestädes närvarande.
Innovation #2: Data- och kommunikationsstandarder
Kombinationen av generatorer som kunde producera polerbara ytor, tillsammans med polermaskiner med konform överlappning, gjorde tillverkningen av komplexa ytor på linser praktiskt genomförbar. Emellertid var en ytterligare innovation nödvändig för att göra processen praktisk. Detta var nämligen beskrivningar av ytor som generatorerna, och i viss mån polerarna, kunde "förstå", för att kunna producera ytorna.
Ytorna i sig var olikt allt som hade producerats kommersiellt. Kom ihåg att det ursprungliga målet var att producera en progressiv yta på okulärsidan (baksidan) av ett halvfärdigt enkelslipat ämne. Även om det hade varit möjligt att replikera en progressiv design som hade producerats på objektsidan (framsidan) av progressiva ämnen på baksidan, borde det vara uppenbart att den progressiva ytan måste kombineras med en "styrkeyta" för att ge användbara linser, och dessutom skulle de kombinerade ytorna behöva justeras för att kompensera för linstjocklek och variationer i de använda ämnenas framsidor. Så för att komma fram till den önskade ytan krävdes, och fortsätter att kräva, individuell beräkning av ytorna för varje beställning.
Lyckligtvis, tidigt i denna process, en standard för kommunikation mellan optiska Programvara för laboratoriehantering (LMS), Lens Design Software (LDS) och utrustning med fri form skapades genom att utöka den befintliga data Kommunikationsstandard för att hantera de nya datautbyten som behövs. LMS:et skulle kunna kommunicera med LDS:et för att hämta ytdesignen och leverera den till maskinerna vid behov, vilket gör friformstekniken kommersiellt praktisk och så småningom mainstream.
