Eingeschossen auf Mikroteile

Die Bedeutung hochpräziser Mikroformteile mit wenigen Milligramm Gewicht nimmt von Jahr zu Jahr zu. Speziell in der Medizintechnik, der Elektro- und Elektronikindustrie sowie in der Automobilindustrie ist von steigendem Bedarf auszugehen: Mikroformteile werden aus Kunststoff, Keramiken und Metallen benötigt für Anwendungen wie Sensoren (Beschleunigungs- und Drucksensoren), Mikropumpen, Hörgeräte, mechanische Übertragungselemente (Zahnräder und Kupplungen) oder optische Linsen. Die hohen Anforderungen an solche Teile zeigen, wie wichtig die Existenz einer präzisen Mikrospritzgießmaschine ist. Um all die unterschiedlichen Ansprüche zu erfüllen, bedarf es einer großen Anlagenflexibilität, gerade beim Spritzgießen. Auf diesen steigenden Bedarf der Industrie stellt sich Desma Tec* ein und entwickelt die aktuelle Maschinentechnik konsequent weiter – ein Geschäftsbereich der Klöckner Desma Schuhmaschinen GmbH, Achim.

Um die hohen Anforderungen der technischen Mikroformteile zu erfüllen, müssen sich sowohl alle herkömmlichen als auch spezielle Kunststoffe auf einer Maschine verarbeiten lassen. Die Medizintechnik zum Beispiel verwendet häufig PP als vielseitigen Standardkunststoff und PC und PMMA als transparente Formmassen. Gleichzeitig kommen aber auch technische Kunststoffe wie POM, PA und andere Hochtemperaturwerkstoffe wie LCP, PPS, PEEK oder PEI zum Einsatz. Zudem verlangen neue Trends nach neuen Fertigungsmethoden und treiben ihrerseits die Mikrospritzgießtechnik voran: Minimalinvasive Eingriffe erleichtern notwendige Operationen für den Menschen und benötigen dafür kleinste Bauteile. Aber auch die Verwendung von Mikrobauteilen in medizintechnischen Produkten bietet dem Patienten mehr Komfort, zum Beispiel in Hörgeräten oder Dialyseapparaten.

Diese Erkenntnisse lagen der Entwicklung der schussgewichtsoptimierten Mikrospritzgießanlage FormicaPlast zugrunde. Sie arbeitet mit einer Zweistufen-Kolbenspritzeinheit für alle Standardgranulate. Zur Vorplastifizierung wird ein 6-mm-Kolben und für den hochpräzisen Einspritzvorgang ein 3-mm-Kolben verwendet. So werden Schussgewichte von 10 mg bis zu 200 mg in hoher Präzision realisiert. Aus der Verkleinerung des Schussgewichts und der Angüsse leiten sich folgende Vorteile für die Werkzeug- und Maschinentechnik ab:

Konventionelle Spritzgießmaschinen arbeiten mit Plastifizierschnecken, die für größere Schussgewichte über 1 g durchaus Vorteile bieten. Im Bereich des Mikrospritzgusses sind sie eher hinderlich. Denn es wird immer eine größere Menge Material benötigt, um die Mischkammer um die Plastifizierschnecke herum zu füllen. Dies erweist sich im Laborbetrieb oder bei sehr hochwertigen teuren Materialien oft als Nachteil. Des Weiteren wird die Schmelze durch die lange Verweilzeit in der Mischkammer oft thermisch geschädigt. Gerade bei medizinisch anspruchsvollen, bioresorbierbaren Materialien ist die Schneckenplastifizierung daher nur bedingt geeignet.

Die FormicaPlast hingegen kommt ohne mechanisches Mischen aus. Sie arbeitet mit einem fertigen Feedstock, der in der Heizkammer in kürzester Zeit plastifiziert wird. Da sie keine Plastifizierschnecke benötigt, lässt sie sich bei Materialwechseln schnell umrüsten und ist im Gegensatz zu konventionellen Maschinen ruckzuck wieder einsatzfähig.

Die FormicaPlast arbeitet nach dem Fifo-Prinzip. „First-in First-out“ bedeutet, dass das zuerst aufgeschmolzene Material auch zuerst die Plastifizierkammer verlässt. Die Verweilzeit der Schmelze ist abhängig von der Zykluszeit und dem Schussgewicht. Bei einem angenommenen Schussgewicht von 20 mg und einer Zykluszeit von 3,5 s verweilt das zuerst aufgeschmolzene Material lediglich 35 s in der Plastifizierkammer, bevor es injiziert wird.

Eine absolute Besonderheit ist die FormicaPlast 2K. Sie verwendet das Umsetz-Indexverfahren, um 2K-Mikrokomponenten zu fertigen. Es stellt eine Variation aus der bekannten Indextechnik mit rotierenden Werkzeugteilen und der Transfertechnik mit parallel zueinander angeordneten Maschinen dar: Die Spritzeinheiten werden nebeneinander aufgestellt, damit die Werkzeuge miteinander gekoppelt werden können. Nach dem Öffnen des Werkzeugblocks werden die Werkzeugeinsätze aus den Formplatten gehoben (Transfertechnik) und danach mit einer 180°-Drehung in 0,2 s in die neue Spritzposition gebracht (Indextechnik). Ein ins Werkzeug integrierter Schwenkarm garantiert die hohe Präzision des Umsetzens.

Dieses Vorgehen bietet gleich mehrere Vorteile beim Fertigen von mehrkomponentigen Formteilen:

Beide FormicaPlast-Technologien ermöglichen die Minimierung des Angussvolumens und schaffen so ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Anguss und Formteil. Mit der neuen FormicaPlast 2K bietet sich den Herstellern von Mikroformteilen somit erstmals eine integrierte, flexible Zweikomponenten-Mikrospritzgießmaschine, welche die Präzision und einfache Handhabung der 1K- auf die 2K-Technik überträgt.

Desma Tec und das Kunststoffzentrum Leipzig (KUZ) arbeiten seit Jahren im Bereich des Mikrospritzgießens eng zusammen. Die prototypische Entwicklung der FormicaPlast entstand in Leipzig, seither wird die Technik gemeinsam weiter entwickelt. Des Weiteren steht das KUZ auch regelmäßig für Kundenabmusterungen zur Verfügung.

Marten Beiersdorf Vertriebsleiter bei Desma Tec in Achim

Weil immer mehr hochpräzise Mikroformteile gebraucht werden, haben Desma Tec und das KUZ Leipzig eine Maschine entwickelt, die sich von den Einschränkungen der Makro-Maschinen befreit: Die FormicaPlast bietet kurze Verweilzeiten im Plastifizierzylinder, erhöhte Genauigkeit durch Wegfall der Schnecke und nicht zuletzt kurze Umrüstzeiten. Alle möglichen Materialien lassen sich verarbeiten. Und mit der 2K-Version steht dem Mikroteile-Verarbeiter auch die Mehrkomponententechnik zur Verfügung.