Développement d'une machine automatique de nettoyage pour les laboratoires de fabrication de lentilles

Lors de leur fabrication dans les laboratoires, la pluspart des lentilles rigides sont nettoyées manuellement. L'utilisation de petits bacs à ultrasons est largement répendue. Ce travail répétitif et ennuyeux ne peut pas garantir le respect de la durée du processus et une qualité optimale du nettoyage. 

L'utilisation judicieuse des propriétés des ultrasons et une automatisation de la procédure doivent apporter un gain de qualité et de productivité. 

Principe de la propagation des ultrasons

Des transducteurs transforment l'énergie électrique en énergie mécanique en produisant des ondes de haute fréquence (ondes ultrasoniques). Ces ondes sont transmises au fluide contenu dans la cuve.

Lorsque la pression baisse, une grande quantité de bulles d'air est générée.Ce phénomène s'appelle cavitation. 

Les bulles grandissent, leur dimension qui va de 1 à 15 microns, dépend de la fréquence.

Lorsque la pression augmente, les bulles sont compressées

La température dans les bulles augmente jusqu' à ce qu'elles implosent, produisant un micro brossage au niveau moléculaire qui élimine tous les résidus sur la surface de la lentille. 

Au cours de cette implosion, la température au centre de la bulle peut atteindre 4700ºC et la pression 1000 bar. Le jet de gaz peut atteindre une vitesse de 400 km/h.

Ceci explique l'augmentation graduelle de la température dans un bac à ultrasons.

La fréquence

La fréquence joue un rôle important: à basse fréquence (20-30 KHz) de plus grandes bulles (~ 12 microns) sont produites avec une haute puissance lors de leur implosion. Cette plage de fréquence est adaptée à l'élimination de fortes salissures. Domaines d'application: composants mécaniques, moules d'injection par exemple.

A plus haute fréquence (40 - 60 KHz) le diamètre des bulles est plus petit (~ 8 à 4 microns) avec une force plus faible. Une plage de fréquence adaptée aux nettoyages délicats. Pour les composants médicaux, chirurgicaux, optiques, électroniques.

L'importance du détergent

L'eau pure est peu adaptée pour le nettoyage aux ultrasons. Il est recommandé d'y ajouter un détergent. Celui-ci va égaliser la tension de surface entre l'eau et l'objet à nettoyer, permettant un meilleur effet de la cavitation en rapprochant les bulles de la surface. La composition du détergent est fonction des impuretés à nettoyer et de l'objet. 

Temperature

40ºC à 60ºC sont des températures optimales: la viscosité et la densité du liquide diminuent et la pression dans les bulles augmente. En fonction de l'objet à nettoyer, un contrôle de la température est nécessaire à cause du chauffage provoqué par la cavitation.

Rinçage

Le rinçage est nécessaire pour éliminer toute trace de détergent.

Il existe différentes méthodes comme un brassage de l'eau ou l'utilisation d'ultrasons qui permettent une meilleure élimination du produit. En général de l'eau déminéralisée est utilisée.

Le cercle de Sinner

Le Dr Herbert Sinner (1900-1988) développa en 1959 une théorie sur le nettoyage basée sur l'action de 4 éléments: la température, les produits chimiques, l'action mécanique et le temps de nettoyage. Selon Sinner, pour un bon résultat, une diminution d'un des élément doit être compensé par un ou plusieurs des autres. Ainsi, une diminution des produits chimiques doit être compensée par une augmentation soit de l'action mécanique, soit de la température, soit du temps. Ou une combinaison de ces 3 éléments.

BR-6 AMS de A&J Tecno

Le nettoyage automatique par bains d'ultrasons est largement utilisé dans le domaine des verres ophtalmiques, notamment avant les traitements anti-reflet en chambres sous vide. L'application de cette techniques aux lentilles de contact rigides permet d'obtenir des surfaces parfaitement propres avant le conditionnement ou un traitement au plasma d'oxygène.

Ce procédé peut être utilisé pour les étapes suivantes:

• Déblocage des lentilles collées avec une colle soluble à l'eau sur des têtes en plastique
• Nettoyage des résidus de colle
• Nettoyage des résidus de liquide de polissage
• Nettoyage après le contrôle final, avant conditionnement
• Nettoyage avant traitement au plasma 

Opérations de base

3 opérations sont possibles:

• Nettoyage par ultrasons avec détergent à température contrôlée
• Rinçage à l'eau déminéralisée
• Séchage à air

Méthodes

Le nettoyage s'effectue en utilisant 2 cuves de nettoyage (étapes 1 et 3), 2 cuves de rinçage (étapes 2 et 4) et une cuve de séchage (étape 5).

La première cuve de nettoyage par ultrasons  et la première cuve de rinçage ainsi que la cuve de séchage servent aux opérations de débloquage et nettoyage avant le contrôle final.

La deuxième  cuve de nettoyage et les deux cuves de rinçage servent au nettoyage  final avant conditionnement.

Programmes

Différents programmes peuvent être sélectionnés

Pour chaque programme on peut définir les temps de nettoyage, de rinçage ainsi que les températures minimales et maximales des bains d'ultrasons. L'accès à ces paramètres est protégé par mot de passe. Ceci assure que le nettoyage s'effectue dans des conditions de température et de temporisation optimales, sans intervention de l'opérateur.

Outillage

Pour maintenir les lentilles, des outils spéciaux ont été développé pour une action optimale des ultrasons. 8 à 16 lentilles de diamètres allant de 8mm à 22mm peuvent être nettoyées en même temps.

Détergent

Le détergent préconisé a été développé pour nettoyer des équipements chirurgicaux. Il est muni d'un marquage CE (classe IIb).  Il contient également des produits désinfectants. La procédure de certification du processus dans le dossier techniques est ainsi simplifiée.

Remarques

Face aux exigences de qualité toujours plus élevées dans le processus de fabrication des lentilles RPO, un contrôle strict des paramètres et une automatisation des temps de nettoyage améliore la sécurité. Le personnel de fabrication est déchargé d'opérations répétitives, se consacrant ainsi à des tâches plus rentables. La BRIO BR-6 AMS a été crée dans ce but.