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Para produção de µEODs, como regra geral, pode-se dizer que o tipo de aplicação determinará o material das lentes, assim como a técnica de fabricação a ser usada. A escolha do método depende dos requerimentos da aplicação em relação a diversos fatores tais como: a quantidade de produção, exatidão de forma óptica e estabilidade em meio ambiente. Nesta revisão será avaliado cada processo de replicação e demonstradas suas capacidades e deficiências.

Riemer (2008), considera primordial o desenvolvimento de processos determinísticos na fabricação de microelementos ópticos.

O primeiro passo para determinar o projeto e a fabricação de cada EOD é a escolha do material da lente: vidro, plástico ou material semicondutor. Dependendo da aplicação, as lentes deverão atender as necessidades mecânicas, ópticas, químicas e térmicas combinadas em apenas um elemento.

Tradicionalmente, o vidro é o material mais usado na confecção de elementos ópticos de precisão (SILVA, 2002).

Durante muitos anos o vidro tem sido o material preferido nas aplicações ópticas. O vidro possui resistência à abrasão, baixo coeficiente de expansão térmica e exibe uma boa uniformidade de suas propriedades. Entretanto, o vidro é quebrável, denso e difícil de ser produzido em grandes quantidades, sobretudo fabricar lentes com arestas de características pronunciadas na zona óptica (por exemplo, elementos ópticos difrativos (EOD)). Os métodos mais comuns de produção de vidros ópticos são: retificação, litografia/ataque químico e injeção de vidros em moldes (GIL, 2002).

O método que prevalece na manufatura óptica de vidros é a retificação, no qual podem ser produzidas partes esféricas e anesféricas. Entretanto, é difícil de produzir arestas com características pronunciadas por este método, que são frequentemente exigidas nos µEODs. Isto ocorre porque o máximo diâmetro do rebolo deve ser muito menor que o diâmetro final do elemento óptico. Quando o elemento óptico é pequeno o rebolo deve ser tão pequeno, que para um avanço viável, a produção de lentes se torna inexequível (GIL, 2002).

Quando a técnica de fabricação por microlitografia é usada em vidros, um degrau pode ser aproximado para um perfil com relevo superficial linear ou polinomial. O empecilho para atingir alta eficiência nas redes de difração com esta técnica é que diversas máscaras devem ser alinhadas de forma precisa durante as várias etapas do processo de fabricação (BLOUGH, et al.1997).

Alguns vidros ópticos são injetados em moldes, entretanto, este procedimento requer uso de moldes de carbeto de silício para proporcionar a resistência ao desgaste necessário, porém, este processo não é capaz de preencher arestas extremamente pequenas e afiadas na cavidade dos moldes devido à característica da viscosidade do vidro (GIL, 2002).

Todavia, todos esses métodos de produção de vidro requerem um estágio final de polimento. Então, enquanto os métodos de manufatura do vidro estão bem desenvolvidos e entendidos, esses possuem uma série de limitações na produção em escala de microlentes ópticas. Portanto, devido aos problemas apresentados, o uso deste material foi abolido.

Em função disso, a substituição do plástico por vidro já vem sendo feita há muito tempo. Os materiais plásticos são perfeitamente capazes de aceitar polimento e contornos precisos dos moldes de injeção (MILLER; McLEOD; SHERWOOD, 1951).

Enquanto o projetista de vidros ópticos possui uma variedade grande nos materiais usados para lentes com formato esférico, o projetista na moldagem por injeção possui poucos materiais, porém grandes possibilidades de construir diversas formas. Por tal motivo o uso de lentes anesféricas nesses materiais é maior, inclusive pode-se combinar e implementar dispositivos de montagem e fixação mecânica reduzindo o número de peças de um sistema optomecânico, tais como anéis, espaçadores e flanges ou implementar dispositivos elétricos, portanto, podendo-se criar equipamentos monolíticos (BÄUMER, 2005).

Os plásticos criaram novo conceito no projeto dos produtos, viabilizando a produção de formas complexas e em escalas microscópicas, o qual, não seria possível ser feito com o vidro. Por exemplo, dispositivos ópticos, tais como, placas que guiam a luz ou lentes em forma de folhas para as telas de LCD possuem características em microescala da placa

moldada delgada para controlar a luz visível ou o laser de acordo com o projeto (MURAKAMI; KOTAKI; HAMADA, 2008).

Outro potencial fator determinante na escolha do material polimérico seria o custo e peso baixo (a densidade do vidro é de duas a cinco vezes maiores que a do plástico). Neste caso, os polímeros seriam a melhor escolha em relação aos materiais vítreos.

SILVA (2002) e Bäumer (2005) descrevem algumas vantagens que os plásticos ópticos proporcionam:

 Baixo custo relativo de manufatura e alta produtividade: o processo de moldagem por injeção é ideal para a produção em larga escala de peças. Usando moldes com múltiplas cavidades pode-se combinar os custos de fabricação e vida útil do molde a uma produção que torne o processo muito atraente do ponto de vista econômico, principalmente quando se compara aos custos de fabricação de lentes de vidro polido;

 Montagem compacta dos sistemas ópticos (peças monolíticas): o processo de injeção permite agregar em uma única peça furos, fendas, flanges, elementos de posicionamento e centralização que permitem a montagem de sistemas ópticos extremamente compactos e integrados inclusive com sistemas elétricos impressos numa mesma peça;

 Diversas possibilidades de projetos de forma: como exemplo pode-se citar a confecção de lentes anesféricas. Praticamente todo equipamento de desbaste e polimento de lentes em vidro emprega mecanismos que utilizam movimentos mecânicos para contorno de superfícies esféricas. O complexo processo para produção de uma superfície anesférica em uma cavidade do inserto para moldagem é necessário somente uma vez, para que milhares de lentes plásticas sejam produzidas;

 Repetibilidade: o processo de injeção apresenta alta repetibilidade permitindo baixas tolerâncias dimensionais;

 Alta resistência ao estilhaçamento (shatter resistence): devido ao comportamento elástico dos materiais plásticos;

 Redução de Peso: os vidros ópticos têm massa de 2,3 a 4,9 vezes maior que a dos plásticos. Para grandes elementos ópticos esta característica se torna muito relevante;

 Transmissão da luz: a transmitância do acrílico é maior que a maioria dos vidros ópticos ao longo do espectro visível. A transmitância dos plásticos ópticos é melhor que a maioria dos vidros no ultravioleta e nos comprimentos de onda próximos ao infravermelho. O final do espectro ultravioleta é normalmente restringido pela introdução de aditivos usados para proteger os materiais que são sensíveis a tal radiação.

O segundo passo é a escolha do processo de fabricação dos moldes que estão intrinsecamente ligados ao tipo de EODs a ser fabricada para a sua aplicação específica. Por exemplo, a produção dos moldes de lentes de Fresnel anesféricas possui técnica muito diferente de produção em relação aos moldes para arranjos de microlentes esféricas.

No processo de produção o molde é tão importante quanto à máquina de injeção. Os principais fatores que afetam o preço da moldagem por injeção são:

 Escolha do material do molde e dos insertos ópticos;  Métodos (técnica) de fabricações dos insertos;

 Número de cavidades, volume de produção esperada e vida útil do produto;  Tamanho da peça, complexidade, textura, acabamento superficial e exatidão

necessária.

Por último, na escolha do processo de replicação, ou seja, para reproduzir réplicas com maior fidelidade possível em determinados arranjos geométricos, algumas técnicas são únicas, unindo a técnica de integração monolítica com vários componentes micro-ópticos e sistemas de alinhamento facilitando a prática da montagem.

3.1 - Seleção do Material Polimérico óptico para replicação dos