Brillen in einzigartigem Design

Die Gründung des Brillenherstellers Silhouette folgte einer simplen Idee: Eine Brille sollte nicht nur ein praktischer Sehbehelf, sondern auch ein modisches Accessoire sein. Diese Idee treibt das Unternehmen auch heute noch an. Laserschweißsysteme von Coherent sind dabei eine Schlüsseltechnologie für die Produktion der fortschrittlichen Designs.

07. November 2019
Brillen in einzigartigem Design
Mit der Coherent-MPS-Drehtelleranlage lasergeschweißte Brillen. (Bild: Coherent)

»Wir wollen einzigartige Brillen herstellen, die sich dem Gesicht des Trägers harmonisch anpassen«, fasst CEO Dr. Thomas Windischbauer zusammen. Aus diesem Ansatz ergeben sich bestimmte Vorgaben. Dazu gehören die Anpassbarkeit an die Bedürfnisse des Trägers sowie die Verwendung von Materialien, die Leichtigkeit und Flexibilität, aber auch Stabilität gewährleisten.

Das Jahr 1999 war für Silhouette wegweisend: Die 1,8 Gramm leichte Silhouette ›Titan Minimal Art‹ (TMA), die erste schrauben- und scharnierlose Brille, gefertigt aus Titan, revolutionierte den Brillenmarkt. Mehr als zwölf Millionen Stück wurden seit der Einführung vor 20 Jahren weltweit verkauft.

Im Weltraum eingesetzt

Seit 2000 ist die Titan Minimal Art von Silhouette für die Raumfahrt zertifiziert. Da weder Schrauben noch Scharniere verbaut wurden, ist die Gefahr freischwebender Gegenstände im Raumfahrzeug auf ein Minimum reduziert. Bis heute war die TMA auf über 30 Missionen ins All treuer Begleiter von Astronauten.

Seit 2017 fertigt Silhouette International auch eigene Gläser im sogenannten ›Lens Lab‹, einem extra errichteten Gebäude auf dem Werksgelände. Fassung und Glas werden am Standort in Linz mit hohen technischen Ansprüchen gefertigt und für die Silhouette-Brillenkollektionen maßgeschneidert.

Seit der Einführung der TMA hat Silhouette das scharnierlose Konzept auch auf viele andere Designs übertragen. Aus fertigungstechnischer Sicht ergeben sich daraus viele Herausforderungen: zum einen die Notwendigkeit, eine Vielzahl von Materialien zu verbinden, einschließlich Titan und anderer Spezial-Legierungen; zum anderen die Notwendigkeit, ästhetisch ansprechende Verbindungen herzustellen, das heißt Verbindungen, die optisch nicht erkennbar sind oder keine Veränderung der Textur bewirken. Schließlich müssen die Verbindungen eine hohe Flexibilität und Festigkeit bieten, damit sie ohne Formveränderung oder Verschlechterung der mechanischen Festigkeit unzählige Male auf- und zugeklappt werden können.

Partner für Komplettlösung

Vor diesem Hintergrund suchte Silhouette nach einem Partner, der sowohl bei der Entwicklung der Fertigungsprozesse unterstützt, als auch die Produktionsanlage bereitstellt. Schon früh erkannte der Hersteller, dass er vom traditionellen Widerstandsschweißen zum Laserschweißen übergehen musste, um die hohen Qualitäts- und Durchsatzanforderungen zu erfüllen.

Bei der Suche nach Lieferanten kristallisierte sich Coherent als Favorit heraus. So war Coherent eines der wenigen Unternehmen, das ein Komplettpaket – also Laserquelle mit Optomechaniken, Teilehandling und Software – liefern konnte. Außerdem war das Untenehmen von Anfang an bereit, an der Entwicklung des Prozesses mitzuwirken.

Zunächst erwarb Silhouette manuelle Laserschweißsysteme von Coherent für den Prototypenbau und die Reparatur. Der Erfolg beim Einsatz dieser Systeme führte zum Kauf des Laserschweißsystems ›MPS Rotary‹. Es wurde speziell an die Bedürfnisse von Silhouette angepasst. Die Bereitschaft von Coherent, diese Anpassung zu realisieren, war ein weiterer wichtiger Faktor für Silhouette bei der Auswahl.

Vorteile des Laserschweißsystems

Die MPS Rotary ist ein automatisiertes, schlüsselfertiges System zum Schweißen, Schneiden und Bohren von Metall, mit einer 200-Watt-Faserlaserquelle. Die Kombination aus Scanner-Optik und Y-Achse ermöglicht variable Arbeitsfelder. Das System selbst ist zur Sicherheit des Bedieners vollständig abgeschlossen. Es hat einen geschweißten Stahl-Grundrahmen und ist dennoch kompakt.

Die Be- und Entladung von Teilen erfolgt während der Bearbeitung über einen Rundschalttisch. Die benutzerfreundliche Software ermöglicht die Bedienung des Systems durch gering qualifizierte Bediener. So erkennt das System beispielsweise automatisch die Art des bestückten Teils und ruft das richtige Bearbeitungsprogramm auf.

Silhouette-Ingenieure ändern in der Regel täglich Parameter, um die spezifische Produktionsanforderungen zu erfüllen – die flexible MPS-Rotary-Software unterstützt diese Vorgehensweise optimal. Silhouette betreibt das System fünf Tage in der Woche und in zwei Schichten pro Tag.

Flexiblere Produktion

Aus wirtschaftlicher Sicht war der Wechsel vom Widerstands- zum Laserschweißen ein großer Erfolg, der zu einer Gesamtkosteneinsparung von 80 Prozent führte. Das Laserschweißen erwies sich als hervorragend automatisierbar. Der Produktionsdurchsatz konnte durch verkürzte Rüstzeiten gesteigert werden.

Mit der MPS Rotary konnten die Werkzeug- und Fertigungskosten gesenkt werden, da nun mehrere Prozessschritte in einer Maschine ausgeführt werden. Ebenso wichtig ist die hohe Schweißqualität: Die Schweißteile selbst weisen aufgrund der geringeren Wärmeeinbringung in das Bauteil hohe Festigkeit auf und die Elastizität der Schweißverbindung ist besser. Die MPS Rotary erlaubt es Silhouette, schnell neue Designs in der Produktion umzusetzen.

»Auch wenn wir immer bestrebt sind, einzigartige Designs zu entwickeln, bleibt der Tragekomfort oberstes Gebot«, sagt David Illitz, Prozessleiter Rohteilfertigung. »Das stellt uns vor technische Herausforderungen in Bezug auf die Materialbeschränkungen. Das Laserschweißen, das präzise, reproduzierbare Ergebnisse liefert, war ein wesentlicher Faktor dafür, dass wir diese modernen Konstruktionen erfolgreich in die Produktion bringen konnten.«

Beam-Wobble-Schweißen

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Smart-Weld-Technik von Coherent, die in der MPS Rotary verbaut ist. Smart Weld enthält eine fortschrittliche Umsetzung des sogenannten ›Beam-Wobble‹-Schweißens, das heißt die schnelle Bewegung des Strahls über das Werkstück während des Schweißprozesses. Der Strahl kann auch kreisförmige, elliptische und Zickzackmuster umsetzen. Diese Muster lassen sich mit der Software einfach in das MPS-Rotary-System einprogrammieren.

Smart Weld ermöglicht Schweißungen mit höherer Qualität und besserer Reproduzierbarkeit, da die Strahlbewegung eine flexiblere und präzisere Steuerung der vom Laser erzeugten Wärmeverteilung erlaubt. So kann beispielsweise ein relativ großes Smart-Weld-Muster verwendet werden, um das Material vor der vollständigen Verflüssigung vorzuwärmen oder es nach dem Schmelzen langsam abzukühlen. Ersteres verhindert Blasenbildung und Turbulenzen im Schmelzbad, die zu Spritzern und inkonsistenten Ergebnissen führen, während letzteres Risse beim Abkühlen des Materials verhindert.

Ein weiterer Vorteil von Smart Weld ist die Überbrückung größerer Spaltbreiten bei den zu verschweißenden Bauteilen. Reduzierte Toleranzanforderungen für die Passgenauigkeit beschleunigen die Produktion und senken die Kosten.

»Silhouette produziert derzeit rund 2,2 Millionen Brillen pro Jahr«, berichtet Illitz. »Wir brauchen Produktionsanlagen, die dieses Volumen unterstützen und die notwendige Qualität liefern. Darüber hinaus müssen unsere Produktionsmethoden flexibel genug sein, um unseren schnellen Designzyklus zu unterstützen.«