Das Heißprägeverfahren ist ein effektiver Weg, um eine kostengünstige und umweltfreundliche Herstellung von Hochleistungs-Glas-Mikrooptikkomponenten zu realisieren. Aufgrund des langen Heiz- und Kühlzyklus und der geringen Temperaturgleichmäßigkeit sind jedoch die Herstellungseffizienz und die Formqualität eingeschränkt. Daher ist es notwendig, ein Hochtemperatur-Schnell- und Gleichmäßigkeits-Heizmodul zu entwickeln, um eine effiziente und hochwertige Heißprägeformung zu erreichen. Zunächst wurde auf Basis von Siliziumnitrid-Keramikheizelementen ein Heizmodul konstruiert und gefertigt, eine Heiztestplattform aufgebaut und eine Echtzeitüberwachung der Oberflächentemperaturverteilung des Heizmoduls realisiert; anschließend wurden Wiederholungstests mit konstanter Spannung durchgeführt, um die Zuverlässigkeit der Versuchsergebnisse zu bewerten; danach wurde ein FEM-Simulationsmodell für die konstante Spannungserhitzung des Heizmoduls erstellt und korrigiert, und in Kombination mit dem FEM-Modell und der orthogonalen Testmethode wurde die Struktur des Heizmoduls optimiert, um die Heizrate und Temperaturgleichmäßigkeit zu verbessern. Die Versuchsergebnisse zeigen: Das optimierte Heizmodul verfügt nicht nur über eine schnelle Heizrate, sondern auch über eine gleichmäßige Temperaturverteilung. Bei einem 180-Sekunden-Heiztest mit konstanter Spannung erreicht die Heizrate des Moduls 363 ℃/min, mit einer Oberflächentemperaturdifferenz von 10,7 ℃. Beim kontrollierten Erhitzen des Moduls auf 700 ℃ stimmt die gemessene Temperaturkurve im Wesentlichen mit der Soll-Temperaturkurve überein, mit Temperaturschwankungen innerhalb von 0,3 ℃, insbesondere im zentralen Bereich von 20 mm×30 mm liegt die Temperaturdifferenz bei etwa 2 ℃. Schließlich wurde das Hochtemperatur-Schnell- und Gleichmäßigkeits-Heizmodul in die Heißprägevorrichtung integriert, wodurch eine effiziente und qualitativ hochwertige Heißprägung von N-BK7-Glasmikrostrukturarrays realisiert wurde.

Heißprägung;Heizung;Temperaturgleichmäßigkeit;FEM-Simulation;orthogonaler Versuch