Hohe Maßhaltigkeit bei der Fertigung von Spritzgießformen für Kontaktlinsen Präzision fürs Auge - Quality Engineering

Hohe Maßhaltigkeit bei der Fertigung von Spritzgießformen für Kontaktlinsen

Präzision fürs Auge

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Weiche Kontaktlinsen haben eine gute Spontanverträglichkeit und können nahezu alle Fehlsichtigkeiten korrigieren. Damit jede einzelne Linse jedoch als Brillenersatz taugt, müssen die Formen für die Herstellung der Linsen hochpräzise sein. Jun He Technology in Taiwan sichert die Qualität seiner Formen mit verschiedenen Messgeräten von Zeiss.
Immer mehr fehlsichtige Menschen sehen in Kontaktlinsen eine attraktive Alternative zu Brillen. Besonders in Asien boomt der Markt für weiche Kontaktlinsen. 53 % Wachstum verzeichnet alleine der Bereich der Tageslinsen. Neben Linsen für Achsenverkrümmung und solchen aus Silikon werden auch dekorative Linsen in bunten Farben immer gefragter. Und auch Linsen mit Schneeflocken-, Bären- oder Hello Kitty-Motiven finden immer mehr Anhänger, selbst bei Nicht-Fehlsichtigen. Um ein permanent wachsendes und sich laufend veränderndes Linsensortiment überhaupt auf den Markt bringen zu können, brauchen die Hersteller der Kontaktlinsen zig Grundformen – für jede Dioptrin-Abstufung, jede Art von Achsenverkrümmung und für jedes Motiv eine eigene.
Mit diesen Grundformen aus Stahl werden dann bis zu 100 Millionen Kunststoffformen produziert. Denn weiche Kontaktlinsen entstehen, indem heißes Plastik unter hohem Druck in die Kunststoffkavitäten gespritzt wird. Jede dieser Kavitäten kommt dabei nur ein einziges Mal zum Einsatz. Das heißt, jede Linse benötigt bei ihrer Herstellung eine eigene Form aus Kunststoff. Das taiwanesische Unternehmen Jun He fertigt im Monat 20 bis 30 Stahlformen nach den Vorgaben der Kunden. Darüber hinaus liefert es 3 Millionen sterile Kunststoffspritzformen pro Monat an Empire Vision. Das in Singapur sitzende Unternehmen produziert damit sowohl Linsen für den taiwanesischen Markt wie für eine deutsche Drogeriekette.
Genauigkeit ist gefragt
Die größte Herausforderung bei der Herstellung von Kontaktlinsen ist Präzision: Jede fertige Linse darf nur etwa 2,5 µm von der Idealform abweichen, damit der Träger die gewünschten optischen Eigenschaften nutzen kann. Für die Stahlformen von Jun He bedeutet das eine Toleranz von gerade mal 1 µm. Das ist 80 Mal dünner als ein menschliches Haar – und das bei einem Produkt, dessen Spezifikationen sich immer wieder ändern.
Um diese Präzision zu gewährleisten, muss jeder Zwischenschritt ständig genauestens überprüft werden. „Am Ende will der Kunde ein gutes Produkt. Ihm ist es egal, wie oft man misst. Aber wenn man oft und genau misst, kann man den gesamten Prozess verkürzen, weil man frühzeitig korrigieren kann. Es geht um Zeit“, sagt Wang Jiang-Quan, Eigentümer und CEO von Jun He. Bei Jun He arbeitet deshalb jeder sechste Mitarbeiter in der Qualitätskontrolle.
Um die Qualität der vernickelten Stahlform zu garantieren, überprüft das Unternehmen vor dem Zusammenbau der einzelnen auf hochpräzisen Maschinen gedrehten Komponenten deren Genauigkeit. Auch die fertige Stahlform wird zweimal gemessen, bevor sie für die Produktion der Kunststoffspritzformen verwendet wird. Früher musste dafür ein Messtechniker einzelne Punkte entlang der Rundungen von Hand abnehmen, nun scannt das Portalmessgerät Zeiss Contura G2 innerhalb einer Stunde bis zu acht Stahlformen. Da die CAD-Daten der Form vorher eingelesen werden, erkennt die Maschine genau, wo sie messen muss. „Wir haben sehr präzise Dreh- und Fräsmaschinen im Einsatz, deshalb müssen unsere Messmaschinen auch sehr genau sein. Davor hatten wir eine Messsicherheit von nur fünf Mikrometern, das war nicht ausreichend. Mit Zeiss Contura messen wir nun auf ein Mikrometer genau”, sagt Wang.
Der Unternehmer sichert die Qualität seiner Formen aber nicht nur mit diesem Portalmessgerät. Den Zwischenraum in einer zusammengesetzten Plastikspritzform prüft Jun He mit dem Computertomografen Metrotom 800 von Zeiss. Dieser erzeugt ein hochpräzises, dreidimensionales Bild der Kontaktlinsenform samt Linse, das Messungen an jeder beliebigen Stelle ermöglicht. So liefert er weit aussagekräftigere Ergebnisse als die herkömmliche Messung an einer Schnittkante durch die Form hindurch. Inzwischen sind bei Jun He sechs Zeiss-Maschinen im Einsatz.
Daniel Lin, seit 20 Jahren Zeiss-Händler auf Taiwan, erinnert sich: „Zu Beginn wollten uns die Mitarbeiter in der Produktion nicht glauben, dass die Messdaten korrekt sind, schließlich stehen dort Präzisionsmaschinen. Aber unsere Messungen waren wiederholbar, immer wieder. Das hat letztlich das Vertrauen in Zeiss ausgemacht.“ Ein Vertrauen, das auch die Kunden teilen, wie Lin Zhensheng, Sales Manager bei Jun He, ausführt: „Ein weiterer Vorteil der Zeiss-Maschinen ist der Datenreport. Unsere Kunden wissen, dass man diese Messungen nicht manipulieren kann. Sie bekommen die Produkte zusammen mit dem Datenblatt und haben da alles schwarz auf weiß.“
Messen in 30-facher Geschwindigkeit
Schnell und präzise zu messen, ist insbesondere bei der Herstellung der Kunststoffformen enorm wichtig. Denn unterschiedliche Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Einspritzgeschwindigkeit, verschiedener Kunststoff, sogar unterschiedliche Chargen desselben Materials können zu differierenden Ergebnissen bei derselben Form führen. Hier muss gemessen und in einer Korrekturschleife adjustiert werden, denn bei der hohen Produktionsgeschwindigkeit wäre bei einer Ungenauigkeit zu schnell zu viel verloren.
Um die sehr kleinen Kanten zu erfassen, wie zum Beispiel die für die spätere Außenkante einer Linse, benutzt Jun He für diesen Messvorgang das Multisensor-Messgerät Zeiss O-Inspect mit Weißlicht-Abstandssensor. Dreidimensionale Strukturen können damit kontaktlos und effizient gemessen werden. Alle vier Stunden wird die Produktion der Spritzformen kontrolliert. Bereits produzierte Formen werden gemessen, um zu überprüfen, ob der Prozess stabil ist. „Früher hatte ich dafür fünf, sechs Leute, die ununterbrochen gemessen haben, jetzt ist nur noch einer da“, erklärt Wang. Was früher von Hand mit mehreren Maschinen gemessen werden musste, übernimmt nun, in 30-facher Geschwindigkeit, die O-Inspect.
Innerhalb von 15 min. scannt sie die Kurven von acht Formen und übermittelt mit der Messsoftware Calypso von Zeiss die Daten automatisch an die statistische Prozesssteuerung. Eine Modifizierung von Temperatur oder Einspritzgeschwindigkeit kann somit sofort vorgenommen werden. Die Präzision und Geschwindigkeit führt dazu, dass es am Ende nur zu etwa 3 % Prozent bei den Spritzgießformen kommt. Die Schnelligkeit und unmittelbar mögliche Adjustierung während des Prozesses ermöglicht es Jun He zudem, Kunden nur zwei Wochen nach der Bestellung schon mit den fertigen Kunststoffspritzformen zu beliefern. Eine für den Unternehmer unverzichtbare Stärke im schnelllebigen Kontaktlinsenmarkt. ■
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