Prototipazione e Design Optomeccanico

La produzione di Tecnottica, rivolgendosi a diversi settori applicativi tra cui l’Aerospaziale, il Biomedicale, il Machine Vision, l’Automotive e il Lighting, sviluppa soluzioni Ottiche personalizzate, creando prodotti modellati in funzione delle esigenze e delle qualità richieste dai clienti.

La Prototipazione e il Design Optomeccanico sono due aspetti fondamentali per lo sviluppo di qualsiasi prodotto personalizzato, la loro combinazione consente di creare prodotti di qualità pronti per essere prodotti in grandi quantità.

La Prototipazione consente di creare un modello fisico del prodotto prima di procedere alla produzione di massa, di validarne il design tramite test in laboratorio, verificarne funzionalità e qualità con prove sul campo, e testare se funzioni come previsto.

Il Design Optomeccanico si concentra sull’ottimizzazione delle prestazioni ottiche e meccaniche del prodotto e ottenere un sistema che funzioni in modo ideale e che soddisfi le esigenze del cliente.

Prototipazione

Per progettare sistemi efficaci e precisi che garantiscano la qualità dell’immagine desiderata e le prestazioni ottiche richieste, la Prototipazione segue un processo a più fasi che includono la progettazione, la produzione e la validazione.

La Prototipazione è affidata al Progettista Ottico, un Tecnico specializzato in fisica ottica, con un’approfondita conoscenza delle proprietà delle lenti e dei materiali ottici, e degli strumenti di progettazione, inclusi i software di design.

Il Progettista Ottico si occupa di

• progettazione e sviluppo di sistemi ottici, che possono essere composti da lenti, specchi, prismi e altri elementi, e ingegnerizzati per vari ambiti applicativi
• testare e valutare i prototipi, per verificare che soddisfino le specifiche e che siano pronti per la produzione di massa
• supportare le fasi della produzione

Progettazione

Un progetto, prima di essere validato internamente e approvato dal Cliente, passa attraverso numerose fasi di elaborazione, che spesso devono essere ripetute e riprese prima di produrre il risultato sperato.

Fase 1: Simulazione dell’Ottica

La prima fase della progettazione è a carico del Progettista Ottico e prevede una Simulazione grafica realizzata con un software CAD di ottimizzazione (Zemax), specificamente studiato per l’industria Ottica. Il software lavora con dei gradi di libertà e una funzione di merito che, mantenendo fisse alcune variabili, consentono di giocare con gli altri parametri, come le geometrie delle lenti, i tipi di vetro, le lunghezze d’onda.

Il Software elabora i dati inseriti, fa un’analisi delle tolleranze e restituisce un’immagine 3D con una specifica geometria delle lenti.

Esistono infatti diversi design di lenti in grado di svolgere la medesima funzione, il programma propone quello ottimale a livello teorico, che dà minori aberrazioni,  maggiore precisione, ecc., ma spesso, come in tutti i sistemi teorici, il risultato non coincide con il design più facile da produrre o fattibile. Pertanto il Progettista deve valutare costi e benefici e, confrontandosi direttamente con il Production Manager, valutare il design migliore.

Una parte fondamentale e ardua della progettazione ottica, ma anche della progettazione meccanica, è la determinazione delle tolleranze dei componenti, in quanto definiscono la qualità stessa del progetto; se sono troppo strette rendono impossibile la produzione, se sono troppo lasche vanificano la qualità del progetto.

Fase 2: Simulazione dell’Assieme

In questa fase interviene il Progettista Meccanico che, attraverso disegni in 2D delle ottiche, contenenti il profilo delle lenti (in sezione), la distanza tra le lenti, il ray tracing, ha il compito di realizzare la Simulazione dell’Assieme.

Con i dati forniti dal Progettista Ottico, elabora un progetto in 2D con Autocad della parte meccanica (barilotti distanziali, ghiere,…), un disegno 3D dell’assieme finito con Inventor, il rendering dell’intero progetto comprensivo di ottiche e le tavole meccaniche, incluse le quote, tolleranze, filettature e ingombri esterni, che serviranno all’officina meccanica, per la produzione.

Fase 3: Reperimento materiali

Approvate le Tavole da parte del Cliente, il Progettista Ottico si interfaccia con la Logistica per individuare i vetri identificati dal software, o un vetro disponibile il più simile possibile a quello del progetto originale.

In contemporanea, il Progettista Meccanico si interfaccia con l’Officina per individuare i materiali migliori (alluminio, plastica,…) per realizzare le parti meccaniche e che soddisfino i requisiti e le dimensioni richiesti, e definire il finishing ideale per ospitare l’ottica.

Qualora alcuni materiali non si dimostrassero idonei o non fossero disponibili, il progetto dovrebbe essere rivisto dall’inizio.

Produzione

La fase di Produzione inizia con la codifica dei singoli componenti, lenti, distanziali, ghiere, viti vengono identificate con un codice univoco.

Segue la produzione delle ottiche, che richiedono tempi lunghi, in particolare se necessitano di Coating.

Termina con la produzione delle parti meccaniche ed eventuale anodizzazione, se necessaria.

Ogni fase è seguita da una meticolosa pulizia dei componenti sotto cappe aspirate.

Assemblaggio

La prima fase di assemblaggio riguarda l’inserimento delle ottiche nelle rispettive meccaniche.

Segue l’assemblaggio delle parti meccaniche e quello finale in cui tutti i componenti sono montati a formare l’assieme, incluse le parti elettroniche eventualmente fornite dal cliente.

Ognuna di queste fasi avviene rigorosamente sotto le cappe aspiranti e prevede la pulizia dei singoli pezzi e dei pezzi assemblati.

Validazione

Il prototipo è pronto, inizia la fase di test interno con la misura di focale, della centratura delle ottiche nelle meccaniche, back focal, MTF, ecc. a seconda delle specifiche richieste. Superati tutti i test di Tecnottica, viene imballato con cura e spedito al Cliente , che lo testerà a sua volta sul campo.

Qualora il Cliente non approvasse il prototipo, per una qualsiasi problematica, il processo tornerebbe in fase di progettazione e si rimetterebbe mano al progetto ottico o meccanico a seconda della problematica; in caso contrario si parte con la produzione dei lotti e le quantità richieste.

Design Optomeccanico

Lenti, specchi, prismi e tutti i singoli componenti ottici per funzionare correttamente da soli o all’interno di sistemi ottici, devono essere montati su appositi supporti che li mantengano in posizione o su meccanismi di movimento ne consentano la corretta interazione, questi supporti sono definiti in Ottica Assiemi o Componenti Optomeccanici.

Il Design Optomeccanico è una fase importante nella creazione di un prodotto, poiché assicura che tutti i componenti funzionino correttamente insieme e che il prodotto sia robusto e affidabile.

L’Ingegnere che si occupa della Progettazione Meccanica degli Assiemi, è responsabile della scelta dei materiali dei componenti optomeccanici, della progettazione, lo sviluppo e l’analisi dei componenti e della loro disposizione all’interno di un sistema.

La Progettazione meccanica degli Assiemi utilizza diverse tecniche e strumenti, tra cui la modellazione 3D, la progettazione assistita dal computer (CAD), la simulazione e la prototipazione. Questi strumenti consentono di creare modelli precisi dei componenti e di verificare che siano compatibili tra loro e che funzionino correttamente all’interno del sistema.

• progettare i singoli elementi che compongono il sistema, come supporti per lenti, specchi, prismi e altri elementi ottici;
• progettare i sistemi di movimentazione automatici o motorizzati, come meccanismi di messa a fuoco e di zoom, utilizzati nella Spettroscopia, Marcatura, Microscopia ottica, Ottica quantistica, Olografia, Range finding, Lidar, Sensoristica, Sistemi di puntamento;,
• assicurarsi che gli obiettivi siano robusti e affidabili e che possano resistere alle sollecitazioni meccaniche, termiche e ambientali.

Nel reparto Prototipazione di Tecnottica abbiamo due figure altamente specializzate che lavorano in simbiosi per la buona riuscita di ogni progetto, il Progettista Ottico, il Dottor Iari Gabriel Marino, e la Progettista Meccanica, la Dottoressa Francesca Brambilla.

Entrambi lavorano in stretta collaborazione con gli Ingegneri meccanici ed elettronici per integrare gli elementi ottici nei sistemi, per garantire che il prodotto finale soddisfi le specifiche del cliente e abbia prestazioni ottiche eccellenti.

Tecnottica ha inoltre un’officina meccanica interna per la creazione dei componenti meccanici e il loro assemblaggio; per meccaniche particolari  o di dimensioni troppo grandi si avvale della collaborazioni con officine meccaniche specializzate.

L’Azienda offre inoltre un servizio di Consulenza alla Prototipazione, di cui parleremo nel prossimo articolo.