Makro – Mini – Mikro – Komplex Lösungen aus Kunststoff für die Medizintechnik Kay-Uwe Klepzig © Copyright Jenoptik, All rights reserved. Wer ist JENOPTIK? Optiken aus Kunststoff: die Technologie Anwendung: Makro Anwendung: Mini Anwendung: Mikro Anwendung: Komplex 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 2 Jenoptik Konzern – Wesentliche Kennzahlen zum 31.12.2014 Rund 3 550 Mitarbeiter weltweit Ca. 960 in der Sparte Optische Systeme Ca. 600 außerhalb Deutschlands Ca. 140 Auszubildende Umsatz 590.2 Mio Euro davon ca. 60% im Ausland EBIT 51.6 Mio Euro Free Cash Flow (vor Ertragssteuern) 22,5 Mio Euro 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 3 Jenoptik-Konzern – Sparten und Geschäftsbereiche Corporate Center Corporate Center Laser & Materialbearbeitung Optische Systeme • Laser • Optik • Laseranlagen • Mikrooptik • Optoelektronische Systeme Industrielle Messtechnik • Rauheits- & Konturenmesstechnik Verkehrssicherheit • Equipment (Gerätegeschäft) Verteidigung & Zivile Systeme • Mechatronik • Sensorik • Traffic Service • Formmesstechnik Providing • Dimensionelle Messtechnik Shared Services 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 4 Business Unit Optoelektronische Systeme Health Care & Life Science – Anwendungen und Produkte Diagnose und Therapie Biotechnologie Diagnose Therapie Ophthalmologie • POC-Tests • Lichtquellen • Einwegkomponenten für LaserAugenchirurgie • Blutzuckermessung • Phototherapie • Personalisierte Medizin • Dermatologie • Schnelldiagnose Polymeroptische Komponenten Optoelektron. Module • Augenoptik (Kontaktlinsen) • Funduskameras Wellenlängenspezif. LEDs Polymermodule Optische Komponenten Optoelektronik Polymerlinsen Optische Beschichtung Hybridoptik Präzisionsoptik Kameramodule • Bildbasierte Analyse • Biochips und Mikroarrays Endomedizin Koloskopie Bronchoskopie • Kamera und Beleuchtung • Einwegkartuschen • Optische & fluidische Einwegkomponenten Opt. Komponenten & Baugruppen Wellenlängenspezif. Detektoren Bildverarbeitungsgeräte 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich Opt. Komponenten Beschichtung Kameramodule Beleuchtung (Optik & LED) 5 Wer ist JENOPTIK? Optiken aus Kunststoff: die Technologie Anwendung: Makro Anwendung: Mini Anwendung: Mikro Anwendung: Komplex 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 6 Kunststoffspritzguß: die Technologiekette für hoch präzise optische Komponenten Design: Komponente, Werkzeug, Simulation, Technologiewahl (Konzept) Bau des Werkzeuges mit optischen Formeinsätzen Vermessung erstfallender Teile Überarbeiten von Einsätzen zur Formkorrektur Entwicklung der Fertigungsprozeßkette Man kann nur so genau fertigen, wie man auch messen kann! Stärke der JENOPTIK: komplette Technologiekette im Haus vorhanden. 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 7 Prototypen- und Einsatzfertigung Ultrapräzisionstechnologie Diamandbearbeitung Werkzeugentwicklung Angepasste Formeinsätze Rückkopplung aus dem Spritzgußprozeß Production Technologies Prototyping Tooling Diamantgedrehte optische Komponenten Sphärische & asphärische Flächen, Prismen, Arrays, MLAs, Fresnel-Linsen, Freiformflächen, Gitterstrukturen Fertigung von Prototypen und kleinen Serien Optical components Optical Coating Formgenauigkeit < λ / 4 (λ = 632.8 nm), Rauheiten < 5 nm (Rq) UPT-Technoligien Vertical & Drahterosion, Fräsen, Bohren, Polieren SP-Diamantbearbeitung auf Precitech Optimium 2400, Nanoform 200,350, Nanoform X Maschinenintegriertes Messsytem Assembly & Packaging System Integration Quality Mgt. & Assurance Fast- & Slow Tool Servo, Frässpindel 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 8 Spritzgußfertigung optischer Komponenten Kunststoffoptiken Sphärisch, asphärisch, Freiform, diffraktive Elemente Production Technologies Fresnellinsen, Prismen, MLAs, Spiegel Von kleinen (<10.000) bis großen (>5.000.000) Teilen In House-Technoligien Prototyping Tooling 30 SG-Maschinen, Zuhaltekraft 50 kN – 3250 kN, teilweise vollelektrisch Optical Components Mikrospritzguß, 2-Komponentenspritzguß, Variotherme Prozeßführung, Spritzprägen Optical Coating Automatisiertes Handling (m. 100%-Kontrolle, Abtrennen, Ablegen) Assembly & Packaging Fertigung in Reinräumen ähnlich EU-GMP Klasse C (Keimzahl) Verarbeiten von Hochtemperaturkunststoffen für Dampfsterilisation, incl. Zeonex F52R, K26R, PPSU, et.c Fertigungsprozeß System Integration Quality Mgt. & Assurance Prozeßbegleitende Prüfung und Messung Kundenspez. Werkzeuge mit Lebensdauermanagement 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 9 Meßtechnik – eine kleine Auswahl Form: • Talysurf Profilometer • Zeiss Oinspect • Fizeau Interferometer • MWLI Luphoscan • Panasonic UA3P Rauhheit: Nanofocus µscan Sauberkeit&Dimension: Mitotuyo Videoscope MTF, Brennweite: isg. drei Prüfstände Doppelbrechung: ilis StrainMatic Luftabstände und Zentrierung: Trioptics Opticentric 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 10 Wer ist JENOPTIK? Optiken aus Kunststoff: die Technologie Anwendung: Makro Anwendung: Mini Anwendung: Mikro Anwendung: Komplex 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 11 Leuchten für Operationssääle Berechnung der optimalen Leuchtdichteverteilung Produktion einbaufertiger Module ohne Justage Herausforderung: Große, dünne Teile mit Fresnelzonen, darauf Linsenstrukturen Hohe kosmetische Anforderungen Vergleich: Linse liegt auf A4-Blatt 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 12 Disposables für die Laser-Augenchirurgie Traditionelle LASIK: Einschneiden der Cornea mittels Skalpell Zurückklappen des entstandenen Flap Bearbeitung der Cornea mittels 193 nm Laser All-Laser-LASIK: Punktieren der Cornea mittels fs-Laser Herausforderung: Sanfte Fixierung des Auges nötig Not to be disclosed Schnitttiefengenauigkeit < 5µm Arbeit im direkten Kontakt mit offener Wunde Umweltbedingungen variieren weltweit Lasern durch eine Kunststofffläche hindurch Lösung: Angußloses Spritzen, 100% Vermessung, Fertigen und Versiegeln in keimarmer Reinraumumgebung 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 13 Disposables für die Laser-Augenchirurgie Genauigkeiten Ø10: Oberflächenformabweichung in Reflektion 7 Ringe (3.5 µm), Irregularität 0.6 Ringe (<400 nm) Ø10: Wellenfront in Transmission (doppelter Durchgang): 1 Ring bzw. lambda/2 < 320 nm Dimensionen: 40.000 µm ± 5 µm 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 14 Optische Auswertung von Lab-On-A-Chip-Systemen, Titherplatten etc. Hochauflösende Bildgebung geringe Doppelbrechnung nötig, da sonst Crosstalk zwischen einzelnen Pixeln Gleichsam geringe Formabweichung Durch variotherme Prozeßführung im optischen Spritzguß haben wir Linsen Ø~10 langzeitstabil hergestellt, mit < 100 nm/cm Doppelbrechung und Formabweichungen < 3 µm! 15 Wer ist JENOPTIK? Optiken aus Kunststoff: die Technologie Anwendung: Makro Anwendung: Mini Anwendung: Mikro Anwendung: Komplex 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 16 Optische Blutzuckermeßtechnik • Beleuchten des Blutfleckes mit zwei Wellenlängen: 650…680 für Absorbtionsmessung, 770…870 als Referenzwellenlänge • Referenzwellenlänge beugt Altern von LEDs und PDs, sowie Schwankungen der Meßstreifenbenetzung vor • Messen des Blutzuckergehaltes über absorbiertes Licht mittels selektiver Photodioden, kundenspezifisch designed Lösung Fertigung von 2K-Komponenten automatisierter 100%-Kontrolle von Formgenauigkeit und Sauberkeit Fertigung von LEDs und Photodioden Platinenbestückung Automatisierte Montage mit 100% Kontrolle auf Funktion 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 17 Optische Blutzuckermeßtechnik Genauigkeit der Optik Konturgenauigkeit im WZ ist entscheidend für die Bauteilgenauigkeit [mm] 0 2 0 2 4 6 8 10 12 0.156 µm 0.15 0.10 0.05 4 6 0 -0.05 -0.10 8 -0.15 -0.182 µm Messung der Linse mit Interferometer Paßfehler: 3 / 0.039 ( 1.235 / 0.128 ) RMSt = 0.218 ; RMSi = 0.218 ; RMSa = 0.216 P-V: 0.337 µm RMS: 0.060 µm 18 [µm] Optische Blutzuckermeßtechnik Meßstreifen haben chargen- und typweise leicht unterschiedliche Spektren Für erhöhte Genauigkeit: Anwendung scannt Barcodes der Streifenverpackung ein Lösung: Fertigung hochkomplexer Optik mit < 5 mm Größe Bestücken des Elektronikboards mit Optik Verbinden beider Teile mittels Laser 19 Linsen für die Endoskopie • Ersatz von Glaslinsen durch Kunststofflinsen für kostengünstige Chip-In-The-Tip-Endoskope • Feldwinkel sehr groß, Pixel sehr klein, Monitore sehr groß – Bildqualität entscheidend • Objektive Beugungsbegrenzt und Farbkorrigiert • Höchste Anforderung an Formgenauigkeit (Oberfläche, Abstände, Zentrierung) und Doppelbrechung der Linsen • Einsatz im Mensch tlw. ohne Deckglas Lösung Optik- und Mechanikdesign bei JENOPTIK Fertigung von Linsen bis < 1 mm auf Mikro-SG-Maschine Videoüberwachung der Entformung Beschichtung mittels AR und „Mottenaugenstruktur“ 20 Linsen für die Endoskopie Linse Ø ~ 1 mm Dicke ~ 0,5 mm Zentrierfehler < 5 µm Irregularität < 200 nm PV Rauheit < 10 nm RMS Doppelbrechung < 600 nm/cm über Linse < 200 nm/cm innerhalb optischer Fläche 21 Wer ist JENOPTIK? Optiken aus Kunststoff: die Technologie Anwendung: Makro Anwendung: Mini Anwendung: Mikro Anwendung: Komplex 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 22 Mikrofluidische Chips • Relativ große Chips ≠ CD-Format • Vielzahl kleiner, feiner Kanäle mit Lochstrukturen (hier: 0.5x2 mm) • Oberflächenqualität entscheidend für Fließverhalten • Politur vorhersagbarer als matte oder erodierte Strukturen • Optische Qualität für Meßfenster nötig (Formgenauigkeit und Sauberkeit) • Materialien müssen biokompatibel sein, aber mit geringer Wasseraufnahme • Eigenfluoreszens beeinträchtigt Meßgenauigkeit • Kanäle müssen ggü Flüssigkeit mit Druckbeaufschlagung dicht sein Lösung: SG hochgenauen Chips mit Kanälen und optischem Auswertebereich, SG ebenso planem „Deckel“ Beständige Überwachung der Prozeßparameter und Sorgfalt im Umgang mit Material (Auswahl, Trocknung, Lager) gg Fluoreszens Verfügen beider Teile mittels Laser 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 23 Oberflächenmodifikation mit Mikrostrukturen spindle Tool holder Diamond tool Vakuum chuck Schnitttiefenz Work ustellung piece Rot ary disk Adjustment work piece • • • • • Drehen der Struktur direkt in Formeinsatz (oder Teil) Replikation von Glass Mastern im Spritzguß Replikation des Glass Masters in galvanischen Nickel (auf StahlFormeinsätzen) Strukturen < 2 µm erzeugbar Aspektverhältnis ca. 1:1 (mgl.) Anwendungen: Strahlprofilformung/Strahlteilung bei Lasern (Tattooentfernung) Mikro-Fresnellinsen Steuerung von Fließgeschwindigkeiten Mikrolinsen zur Fill-Factor-Erhöhung über Imagern oder PD-Arrays 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 24 Wer ist JENOPTIK? Optiken aus Kunststoff: die Technologie Anwendung: Makro Anwendung: Mini Anwendung: Mikro Anwendung: Komplex 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 25 Warum überhaupt Kunststoffoptiken für Endoskope Beispiel Darmkrebs: • Ca. 70.000 Neuerkrankungen, ca. 30.000 Tote per anno • 35% der entdeckten Fälle in noch heilbarem Stadium • Bei frühzeitiger Entdeckung > 90% Heilungschance • Aber: Kosten für Kolonoskopie nicht gering – Narkose des Patienten, aufwändige Reinigung der Geräte und dennoch: • Ausweg: Kostenreduktion durch Einwegendoskope Aber: Glaslinsen kosten gern > 100€, Stablinsensysteme erst Recht Risiko der Kreuzkontamination Also: Beispiel Laparoskopie etc.: • Statt Reinigung Desinfektion mit unterschiedlichsten Verfahren weltweit – aufwändige Desinfektionstechnik im Haus nötig, chemische Abfälle Chip – In – The – Tip und Kunststofflinsen 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 26 Herausforderung Chip – In – The – Tip • Vertikale und laterale Positioniergenauigkeit der Endoskopobjektive zum Imager< 10 µm • Kameraköpfe müssen wasser- & luftdicht sein • Ggf. Temperaturregulierung notwendig (T > 42°C im menschlichen Körper!) Lösung: Aktive Justage von Optik zu Chip, 2- bis 6-AchsKorrektur über Bildverarbeitung oder Wellenfrontkorrektur Fixierung mit UV-härtendem Kleber Thermisches Management der LEDs (Simulation, Selektion, Blitzen) Kühlungskonzept (Wasser, Metall) Versiegelung mit versch. Klebern 100% Dichtigkeitsprüfung Rückverfolgbarkeit über DMC-Code 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 27 Ende Gelände Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 20150512 KUK Makro – Mini – Mikro – Komplex - zur Veroeffentlichung.pptx 2015-05-04 JENOPTIK Polymer Systems GmbH | vertraulich 28
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