Ferrule fibra ottica: stampaggio a iniezione per alta precisione e bassi costi

A livello mondiale, viene fatto un uso sempre più ampio delle fibre ottiche nelle comunicazioni. Nelle frequenti giunture dei cavi si usano connettori costituiti essenzialmente da tre elementi: i meccanismi di accoppiamento, il corpo del connettore e le ferrule per fibra ottica.

Queste rappresentano il sistema di alloggiamento della fibra, solitamente costituito da una struttura sottile e che può essere realizzato in ceramica, metallo o plastica.
L’operazione di inserimento della fibra ottica nell’apertura posteriore della ferrula per fibra ottica può portare alla rottura della fibra stessa. Per ridurre la possibilità che ciò accada, Adamant Namiki ha ideato una ferrula in zirconio ottenuta mediante stampaggio a iniezione.

Adamant Namiki ha iniziato a produrre le ferrule per fibra ottica nel lontano 1980, quando le comunicazioni ottiche erano ancora in fase di sviluppo. Questo ha consentito un miglioramento della tecnologia di produzione che ha portato alla risoluzione di diversi problemi tecnici e costruttivi, come la limitata precisione del processo produttivo e la riduzione degli alti costi. Le ferrule per fibra ottica realizzate da Adamant Namiki mantengono ancora oggi un’elevata quota del mercato globale.

Dalla lavorazione dei gioielli alla comunicazione ottica

L’impiego della tecnologia per la produzione di fibre ottiche destinate alla comunicazione ha avuto inizio nel 1970 negli Stati Uniti e ora è in pieno sviluppo la ricerca per l’uso su ampia scala.

Con il progredire delle sperimentazioni, è nata però la necessità di un connettore che consentisse di collegare facilmente più e più volte le fibre ottiche.
A tal fine, viene bucata al centro una ferrula in modo da ottenere un foro attraverso il quale possa passare una fibra ottica.

Quest’ultima è molto sottile: il diametro è di alcune centinaia di μm, mentre nella parte centrale, dove passa la luce, il diametro si riduce ad alcune decine di μm. Nei connettori ottici, le terminazioni delle fibre devono essere accostate e collegate con una precisione inferiore a 1 μm per prevenire la perdita di luce durante il collegamento.

Le ferrule per fibra ottica richiedono una precisione rigorosa nella dimensione del foro, nella concentricità e nella forma cilindrica del diametro esterno.

Fin dalla sua fondazione nel 1939, Adamant Namiki è riuscita a lavorare con precisione materiali estremamente duri, come lo zaffiro artificiale per strumenti di misura elettrici o rubini, e i diamanti per gli orologi. Alla fine degli anni ’70, le è stato chiesto di produrre ferrule utilizzando la tecnologia di lavorazione delle gemme per orologi. Adamant Namiki ha così iniziato la progettazione e lo sviluppo delle macchine di lavorazione e di ispezione, dei metodi di lavorazione e ha ripetuto il processo per affinare la precisione. Dopo numerosi tentativi ed errori, nel 1980 Adamant Namiki iniziò a produrre ferrule per fibra ottica di allumina mediante stampaggio per estrusione capaci di soddisfare la precisione richiesta.

Produzione di massa ad alta precisione a basso costo

In Giappone, la dorsale della rete in fibra è stata sviluppata a metà degli anni ’80 e oggi la comunicazione ottica è sempre più diffusa.
Man mano che aumenta l’espansione, cresce anche la richiesta di connettori ottici con maggiori capacità di trasmissione e minori perdite durante la connessione.

Nella precedente generazione di connettori ottici, la faccia terminale della ferrula in fibra ottica veniva lappata fino a ottenere una superficie piana.
Questo procedimento poteva però portare ad avere uno spazio indesiderato tra le terminazioni delle fibre ottiche collegate dal connettore. Al fine di annullare il ritorno della luce riflessa dovuta allo spazio creatosi, era necessario applicare un adattatore dell’indice di rifrazione alla terminazione quando si collegava il connettore.

Come metodo di collegamento che eliminasse il problema e riducesse riflessione e perdita, era stata sviluppata una connessione PC (Physical Contact) in cui la terminazione delle ferrule per fibra ottica veniva modellata fino a ottenere una superficie sferica convessa e le fibre ottiche erano collegate premendo i vertici uno contro l’altro.
Tuttavia, durante il collegamento a un PC, si creava un problema con la ferrula in allumina. A causa della limitata durezza, e quando pressati, i bordi dei fori attraverso i quali passavano le fibre ottiche potevano essere scheggiati. Per far fronte a questo inconveniente, è stato cambiato il materiale della ferrula: si è passati allo zirconio, che ha una maggiore durezza.

Adamant Namiki, dopo aver apportato anche miglioramenti alle macchine e ai metodi di lavorazione, nel 1987 ha iniziato a produrre ferrule per fibra ottica in zirconio mediante stampaggio per estrusione.

Ferrule per fibra ottica: elevata precisione e basso costo

Nella produzione di ferrule per fibra ottica mediante stampaggio per estrusione, si miscela dapprima il materiale grezzo in polvere di ceramica e un legante, poi lo si schiaccia per ottenere un composto, e quindi lo si estrude da uno stampo.

Dopo averlo tagliato a una lunghezza appropriata e averlo cotto, vengono eseguite:

  • la lavorazione del diametro interno per inserire la fibra ottica
  • la lavorazione del diametro esterno
  • la lavorazione conica a forma di V all’entrata del foro in cui è inserita la fibra ottica
  • la lavorazione della faccia finale per trasformalo in una ferrula.

Alla fine degli anni ’80, lo stampaggio per estrusione presentava due problemi: una bassa resa e la precisione del materiale poteva variare durante l’estrusione.
Poiché era necessario estrudere un materiale più grande della dimensione richiesta per poi portarlo alla dimensione voluta mediante levigatura, aumentavano le ore di lavoro e il costo era elevato.
Inoltre, poiché la lavorazione conica a V veniva eseguita con il trapano dopo la cottura, la superficie rastremata tendeva a essere ruvida con il rischio che si potesse danneggiare quando veniva inserita la fibra ottica.

Per risolvere questi problemi, Adamant Namiki decise di optare per la produzione di ferrule per fibra ottica in zirconio mediante stampaggio a iniezione. Si trattava però di una produzione svantaggiosa in termini di costo e precisione. Infatti, si verificava facilmente una perdita di composto ed era necessaria un’alta tecnologia per versare in modo uniforme il composto in uno stampo con un perno centrale allungato e un foro al suo interno. Tuttavia, con lo stampaggio a iniezione era possibile creare una forma vicina a quella finita senza utilizzare un trapano per la lavorazione conica a forma di V. Perciò, se si fosse potuta migliorare la precisione del materiale, si sarebbe potuto significativamente ridurre le ore di lavoro con una conseguente notevole riduzione dei costi.
Questo risultato è stato raggiunto nel 1989 e così è iniziata la produzione di ferrule per fibra ottica in zirconio per stampaggio a iniezione.

Puntare a una maggiore precisione e a costi inferiori

Negli anni ’90, il numero di ferrule per fibra ottica prodotte aumentò costantemente, e dal 1995 vi fù una vera escalation. Per soddisfare la crescente richiesta, con un ulteriore risparmio di manodopera e quindi di costi, Adamant Namiki decise di usare un robot capace di afferrare il fragile corpo realizzato nel processo di stampaggio a iniezione. Nel contempo, la resa era stata migliorata attraverso l’ottimizzazione delle macchine di lavorazione.

Tra il 1993 e il 1996 Adamant Namiki ha portato all’interno la produzione di composti di zirconio per ferrule. Nel 1999 ha poi ridotto il costo realizzando internamente i perni centrali, che sono materiali di consumo per lo stampaggio a iniezione.
Inoltre, sono arrivate le ferrule per fibra ottica monomodali e multimodali.
Per adattarsi alle richieste, Adamant Namiki ha migliorato i materiali e i metodi di produzione in modo da supportare al meglio la multimodalità e ha adottato misure per migliorare la produttività.

Negli anni 2000, dopo che la domanda di ferrule per fibra ottica si è stabilizzata, l’azienda ha lavorato per migliorare ulteriormente la precisione dei materiali e razionalizzare le lavorazioni.
Oggi l’impiego delle fibre non è limitato alla comunicazione ottiche ma si estende in vari settori, dove viene utilizzata un’ampia varietà di ferrule.

Adamant Namiki propone ferrule per fibra ottica in zirconio divise in 4 categorie: monomodali, multimodali, capillari e personalizzate.
Inoltre, realizza altri prodotti personalizzati in zirconio con varie forme, alcune anche non associate all’industria delle fibre ottiche. Tra questi troviamo i manicotti in zirconio che vengono utilizzati principalmente negli adattatori per collegare e allineare insieme due ferrule, sempre in zirconio.

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