История оптических наконечников (феррул) продолжает развиваться и сегодня, поскольку инженеры постоянно стремятся к достижению высокой точности в 1 мкм или менее при снижении затрат.
Феррулы широко используются во всём мире в качестве компонентов, поддерживающих оптическую связь. Компания Orbray впервые запустила производство наконечников в 1980 году, когда системы и сети оптической связи только находились на стадии разработки. За эти годы инженеры компании решили множество проблем, оказывая индивидуальную техническую поддержку и улучшая мастерство в повышении точности и снижении затрат за счёт совершенствования технологии производства. В результате наконечники Orbray сегодня занимают значительную долю мирового рынка.
Оптические компоненты для связи, появившиеся благодаря использованию технологии обработки драгоценных камней
В 1970 году в США была разработана технология производства оптоволокна для использования оптической связи в практических целях, и в настоящее время полным ходом идут исследования по ее широкому применению. По мере продвижения исследований специалистам Orbray понадобился разъём, который позволил бы легко подключать и переподключать оптоволокно. Тогда и была создана феррула с цилиндрическим внешним корпусом и отверстием, через которое вставлялось и проходило оптоволокно, точно просверленное по центру.
Оптическое волокно очень тонкое — его диаметр составляет сотню и несколько десятков микрон, а диаметр его сердечника, через который проходит свет, ещё меньше — в диапазоне от десяти до нескольких десятков микрон. Торцы оптоволоконных коннекторов должны быть состыкованы и соединены с точностью 1 мкм или лучше, чтобы предотвратить потерю света при соединении. Поэтому феррулы требуют максимально точного размера отверстия, концентричности и цилиндричности внешней поверхности отверстия для волокна. Научно-исследовательские институты и компании, связанные с телекоммуникациями и электроэнергетикой, которые проводят исследования в области оптической связи, столкнулись с задачей создания наконечников с точностью, соответствующей требуемым стандартам.
Компания Orbray была основана в 1939 году для производства подшипников из искусственного сапфира для электрических измерительных приборов. Затем она запустила производство подшипниковых камней из рубина для часов и алмазных игл для звукоснимателей для виниловых пластинок. Иными словами, с самого момента основания компания специализировалась на точной обработке крайне твердых материалов. В конце 1970-х годов перед инженерами была поставлена задача по изготовлению феррулы с использованием технологии обработки драгоценных камней для часовых механизмов. Компания сразу же начала разработку и создание производственного оборудования, контрольного оборудования и методов самой обработки, а также продолжали улучшать точность этих аппаратов. В результате множества экспериментов, в 1980 году им удалось запустить производство феррул из оксида алюминия методом экструзионного формования, которые соответствовали требуемой точности.
Высокоточное и недорогое массовое производство
В Японии базовая оптоволоконная кабельная сеть для передачи данных была разработана в середине 1980-х годов, а с годами оптическая связь стала всё более распространенной. С развитием этой отрасли возрос спрос на оптические коннекторы с лучшими характеристиками передачи и минимальными потерями на соединении. В ранее использовавшихся оптических коннекторах торцы феррул имели плоскую поверхность, что могло приводить к появлению воздушного зазора между торцами двух оптических волокон. Для подавления обратно отраженного света из-за этого воздушного зазора при соединении коннекторов требовалось наносить на торцы средство с согласующим показателем преломления. Со временем был разработан метод соединения, устраняющий воздушный зазор и уменьшающий возвратные потери (ORL). Он получил название PC или Physical Contact (физический контакт). Этот метод подразумевает полировку торцов феррулы в форму выпуклой сферической поверхности, а оптоволокна прижимаются друг к другу своими торцами.
Однако при соединении феррулы через торцевую поверхность с физическим контактом (PC) возникли проблемы с наконечником из оксида алюминия. Эти феррулы имели низкую прочность, и при прижиме к ним, края отверстий, через которые проходили оптоволокна, иногда откалывались или трескались. Для решения этой проблемы материал был заменён с алюмокерамики на циркониевую керамику, которая предлагает более высокую прочность. Компания Orbray также провела дополнительные улучшения в машинообработке и методах изготовления, и в 1987 году начала производство циркониевых феррул методом экструзионного формования. Однако, с увеличением спроса, появились новые проблемы и требования клиентов к снижению затрат стали более строгими. Вместе с увеличением объёмов производства феррул, компании нужно было снизить стоимость изготовления компонентов без ущерба для качества и точности.
Как добиться высокой точности при низкой стоимости?
При производстве феррул методом экструзионного формования из керамики сначала смешивают исходный керамический порошок и связующее вещество. Эта смесь затем тщательно смешивается (перетирается) для получения однородного состава, который выдавливается в форму в виде длинного цельного изделия. После этого длинное изделие режут на подходящую длину и проводят процесс обжига, который обеспечивает прочность и твердость материала.
Затем выполняется внутренняя обработка канала для вставки оптоволокна, обработка внешней поверхности, обработка входного отверстия для оптоволокна для придания нужной формы — создание конической формы (в форме буквы "V"), и, наконец, обработка торцевой поверхности феррулы. Эти шаги необходимы для создания готовой феррулы, которая может надежно соединять оптоволокно в коннекторах.
В то время экструзионное формование имело проблемы, связанные с низкой производительностью и низкой точностью при экструзии цельной детали. Чтобы достичь целевого размера феррулы, необходимо экструдировать изделие большего размера и затем обрезать, шлифовать, полировать и проводить другие трудоемкие вторичные операции. Это увеличивало общие затраты на производство из-за увеличения рабочих часов, необходимых для завершения обработки.
Так как обработка конусообразной поверхности отверстия для оптоволокна выполнялась с использованием сверла после обжига, поверхность конуса могла остаться неровной, что могло вызвать повреждение оптоволокна при его вставке в феррулу.
Для решения указанных проблем компания Orbray решила перейти к производству циркониевой керамики с использованием процесса литья под давлением. В то время производство феррул методом литья под давлением казалось нецелесообразным с точки зрения затрат и точности. В частности, это было связано с возможными потерями сырьевого материала. Так же для обеспечения равномерного залива смеси сырья в форму для литья под давлением с вытяжным центральным штырем для создания внутреннего отверстия в центре требовалась высокая степень технологической точности.
Однако при использовании литья под давлением можно было создать форму, близкую к финальной форме феррулы, без необходимости применения сверла для создания конусообразной задней части наконечника. Это позволило повысить точность и значительно сократить трудозатраты, что, в свою очередь, привело к существенному сокращению общих затрат на производство феррул.
Стремление к более высокой точности при снижении затрат на производство
За год до того, как Orbray рассмотрела возможность производства циркониевых феррул методом литья под давлением, в компании уже начали производить литые изделия с особыми формами, которые соответствуют требованиям клиентов. Затем инженеры начали задумываться, как применить эту технологию для производства феррул. В 1989 году они всё-таки запустили производство феррул из диоксида циркония методом литья под давлением. Путем дальнейшего совершенствования технологии и методов литья под давлением им удалось улучшить точность изделия и существенно снизить затраты.
К началу 1990-х годов объём производства феррул продолжал расти, а к 1995 году он существенно увеличился из-за бума в сфере информационных технологий, который известен нам как IT-пузырь Dot-Com. Для удовлетворения растущего спроса Orbray внедрила улучшенное автоматизированное оборудование, которое было способно удерживать хрупкие литые корпуса феррул, изготовленные методом литья под давлением. Компания также продолжила внедрение методов и процессов, направленных на сокращение трудозатрат в производстве, что позволило снизить расходы и увеличить выход продукции.
В период с 1993 по 1996 год компания Orbray стала самостоятельно производить смесь на основе циркония для изготовления феррул.
В 1999 году компания внедрила систему контроля затрат, начав собственное производство центральных штифтов (для создания внутреннего отверстия в ферруле), которые являются расходными материалами для форм, используемых при литье под давлением. Инженеры разработали и начали производство феррул как для одномодового, так и для многомодового оптоволокона. В тот период спрос на такие феррулы был высоким, особенно на мировом рынке.
Со временем стало ясно, что многомодовые феррулы часто использовались как нестандартные продукты для одномодовых приложений, что приводило к нехватке и проблемам с надежными поставками. В ответ на это компания улучшила материалы и методы производства для поддержки многомодовых феррул и предприняла меры по повышению производительности.
В 2000-х годах, после снижения спроса на феррулы, Orbray продолжила работу над дальнейшим улучшением качества материалов и оптимизацией процессов производства.
Феррулы Orbray всегда разрабатывались и изготавливались с учётом запросов клиентов. Компания всегда предоставляла индивидуальную техническую поддержку и проявляла мастерство в ответ на различные запросы. Сегодня оптоволокно применяется в различных областях, не ограничиваясь только телекоммуникацией, и по всему миру используется широкий спектр феррул.
Компания намерена продолжать использовать свою технологическую экспертизу и богатый опыт для увеличения производства феррул с высокой точностью и низкими потерями, включая как стандартные продукты, соответствующие требованиям в области связи, так и индивидуальные заказы, созданные специально под потребности конкретных клиентов.
Шестиугольный вырез, D-образный, квадратный, двойной, кубический.
