Der Markt für weiche Kontaktlinsen boomt, besonders in Asien. 53 Prozent Wachstum verzeichnet der Bereich der Tageslinsen. Die anspruchsvollen Kunden verlangen immer neue Produkte, die immer schneller auf den Markt kommen. Neben Linsen für Achsenverkrümmung und solchen aus Silikon steigt die Nachfrage an dekorativen Linsen in bunten Farben und mit Mustern: Von Schneeflocken über Bärchen bis hin zur Halloween- oder Hello-Kitty-Edition. Jede Dioptrin-Abstufung und jede Art von Achsenverkrümmung verlangt nach einer speziellen Linse, und damit nach einem anderen Werkzeug für die Fertigung – eine Herausforderung für den Präzisionswerkzeug-Hersteller Jun He im taiwanesischen Taichung.
Seine Kunden produzieren weiche Kontaktlinsen in steriler Umgebung im Spritzguss-Verfahren. Das Besondere dabei: Sie verwenden Formen aus Kunststoff. Jede dieser Formen kommt nur ein einziges Mal zum Einsatz, für eine einzige Linse. Dann landet die Kunststoffform über den Recycling-Kreislauf in anderen Industrien. Ganz am Anfang des Produktionsprozesses der Formen steht Jun He. Das Unternehmen bekommt von seinen Kunden die Daten für die gewünschte fertige Linse und entwickelt daraus ein Werkzeug aus vernickeltem Stahl. Damit produziert es später bis zu 100 Millionen Spritzgießformen für Linsen.
Etwa 20 bis 30 solcher Stahlformen erzeugt der Werkzeughersteller pro Monat, um damit den Bedarf für das stetig wachsende Linsensortiment seiner Kunden zu decken. So liefert er monatlich drei Millionen sterile Spritzgießformen an Empire Vision, ein Unternehmen, das Linsen für den taiwanesischen Markt ebenso wie für eine deutsche Drogeriekette fertigt.
Das größte Problem beim Herstellen von Kontaktlinsen ist die Präzision: Jede fertige Linse darf nur etwa 2,5 µm von der Idealform abweichen, damit sie die gewünschten optischen Eigenschaften aufweist. Für die Stahlformen bedeutet das eine Toleranz von 1 µm – 80 Mal dünner als ein menschliches Haar.
Hauptfaktor Zeit
Um diese Präzision zu erreichen, überprüft der Hersteller ständig jeden Zwischenschritt. „Am Ende will der Kunde ein gutes Produkt. Ihm ist es egal, wie oft wir messen. Aber durch häufiges und genaues Messen lässt sich der Prozess verkürzen, weil wir frühzeitig korrigieren können. Es geht also um Zeit“, sagt Wang Jiang-Quan, Eigentümer und CEO von Jun He. Deshalb arbeitet jeder sechste seiner Mitarbeiter in der Qualitätskontrolle. „Ich hatte ein sehr genaues Bild davon, wie wir messen müssen. Ich habe nach dem richtigen Gerät dafür gesucht und bin auf Zeiss gestoßen“, beschreibt Wang den ersten Kontakt zum Messgeräte-Hersteller aus Oberkochen vor zwei Jahren. Damals war er auf der Suche nach einem Gerät, mit dem er den Zwischenraum in einer zusammengesetzten Spritzgießform genauestens überprüfen konnte, bevor die Massenproduktion beginnt.
Der Computertomograf Metrotom 800 von Zeiss erfüllte seine Ansprüche: Er erzeugt innerhalb von 40 Minuten ein präzises, dreidimensionales Bild der Kontaktlinsenform samt Linse, das Messungen an jeder Stelle ermöglicht. So liefert es aussagekräftigere Ergebnisse als das herkömmliche Abfahren der Schnittkante durch die Form hindurch. Ein eigens aus Deutschland eingeflogener Ingenieur schulte die Mitarbeiter im Umgang mit dem Gerät und den 3D-Daten. Lin Zhensheng, Sales Manager bei Jun He, ergänzt: „Ein weiterer Vorteil der Messgeräte ist der Datenreport. Unsere Kunden wissen, dass sich die Messungen nicht manipulieren lassen. Sie bekommen die Produkte zusammen mit dem Datenblatt. Darin steht alles schwarz auf weiß.“
CAD-Daten helfen
Am Anfang der Kontaktlinsenproduktion steht die Entwicklung einer vernickelten Stahlform. Deren einzelne Komponenten werden auf Präzisions-Maschinen gedreht und vor dem Zusammenbau auf Genauigkeit überprüft. Auch die fertige Stahlform wird zweimal vermessen, bevor sie für die Produktion der Kunststoffspritzformen zum Einsatz kommt. Früher nahm dafür ein Messtechniker einzelne Punkte entlang der Rundungen von Hand ab. Heute scannt das Portalmessgerät Zeiss Contura G2 acht Stahlformen in einer Stunde. Da es die CAD-Daten der Form vorher einliest, weiß das Gerät, wo es messen muss. „Wir haben sehr präzise Dreh- und Fräsmaschinen im Einsatz, deshalb müssen unsere Messgeräte auch sehr genau sein. Davor hatten wir eine Messsicherheit von 5 µm, das war nicht ausreichend. Jetzt sind wir bei 1 µm“, sagt Wang.
30 Mal so schnell
Beim Spritzguß führen unterschiedliche Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Einspritzgeschwindigkeit, verschiedene Kunststoffe sowie unterschiedliche Chargen desselben Materials unter Umständen zu differierenden Ergebnissen bei derselben Form. Daher misst der Hersteller hier durchgehend und korrigiert die Parameter. Denn bei der hohen Produktionsgeschwindigkeit verursachen Ungenauigkeiten schnell hohe Kosten. Um die schmalen Kanten zu erfassen, wie die für die spätere Außenkante einer Linse, benutzt das Unternehmen für diesen Vorgang das Multisensor-Messgerät Zeiss O-Inspect mit Weißlicht-Abstandssensor. Es misst dreidimensionale Strukturen berührungslos. Alle vier Stunden kontrolliert das Gerät die Produktion der Spritzgießformen. Fertige Formen misst es, um die Prozessstabilität zu überprüfen. „Früher hatte ich dafür fünf oder sechs Mitarbeiter, die ununterbrochen gemessen haben.
Jetzt ist noch einer da“, erklärt Wang. Was früher ein Arbeiter von Hand mit mehreren Geräten erledigt hat, übernimmt nun das Multisensor-Messgerät – in 30-facher Geschwindigkeit. Innerhalb von 15 Minuten scannt es die Kurven von acht Formen und übermittelt mit der Software Calypso, ebenfalls von Zeiss, die Daten an die statistische Prozesssteuerung. Diese regelt darauf basierend beispielsweise die Temperatur oder Einspritzgeschwindigkeit. Am Ende führt das zu einer nur dreiprozentigen Fehlerquote bei den Spritzgussformen.
