Kunststoff gegen Covid-19

Meinolf Droege,

32-fach Heißkanalwerkzeuge in zehn Wochen am Start

Für schnelle und einfach zu handhabende Test auf den Erreger von Covid-19 wurde in Großbritannien ein Handgerät nach dem Prinzip des Lateral Flow Device (LFD) entwickelt. Dass die Produktion der dazu benötigten Kunststoffteile dringlich war, ist verständlich. In wenigen Wochen wurden ein 8-fach-Versuchsverkzeug und das 32-fach-Serienwerkzeug gebaut – trotz der hohen Anforderungen hinsichtlich Toleranzen und Oberflächenqualität.

Die 32-fach-Produktionswerkzeuge für die medizintechnischen Artikel gingen nach nur zehn Wochen Entwicklungs- und Bauzeit in die Serienproduktion. © Günther

Das Prinzip ist aus anderen Tests bekannt: Beim LFD umschließt ein Kunststoffgehäuse einen mit mehreren Chemikalien imprägnierten Teststreifen. Eine mit einem Reagenz vermischte Blutprobe wird durch eine Öffnung eingeführt und fließt entlang des Streifens. Ein positives Testergebnis zeigt sich nach einer Wartezeit in Form einer Linie an einer markierten Stelle eines Sichtfensters.

Im März 2020 erhielt das britische Unternehmen Amies den Auftrag, die oberen und unteren Gehäuseteile für ein neues LFD zu entwickeln. Der Spritzgießer hat Erfahrung in Entwicklung und Herstellung medizinischer Geräte und anderer eng tolerierter Kunststoffteile. Die medizinische Spritzgießabteilung verfügt über die Qualitätsmanagement-Normen ISO 9001:2015 und ISO 13485:2016 für medizinische Komponenten und Montage.

Entwickelt und gebaut wurden zunächst je ein 8-fach Versuchswerkzeug für die obere und untere Abdeckung, gefolgt von zwei 32-fach-Serienwerkzeugen. Die Pandemie erforderte, Serienteile so schnell wie möglich verfügbar zu machen. Realisert wurde das Projekt mit Werkzeugbauer RDMS und der britischen Vertretung von Günther Heisskanaltechnik. Im Ergebnis waren die 8-fach-Versuchswerkzeuge, einschließlich komplettem Nadelverschlussheißkanal, in fünf Wochen, die 32-fachigen Serienwerkzeuge in zehn Wochen ausgeliefert. Parallel dazu beschaffte Amies kurzfristig eine Arburg-Spritzgießmaschine und Peripherietechnologie, um kurzfristig die gewünschten Mengen produzieren zu können. Dazu gehörten beispielsweise gekühlte Förderbänder mit integrierter Automatisierung für das Boxenhandling, die UPM Conveyors ebenfalls in der geforderten Zeitspanne lieferte.

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Werkzeughersteller RDMS hatte bereits in der Vergangenheit ähnliche Werkzeuge entwickelt, bei denen die Presspassung der Spritzlinge ebenfalls kritisch war. Daher konnte ein vorhandenes Konzept für den medizintechnischen Artikel genutzt werden, um schnell Erst-Muster zu erhalten. So war sichergestellt, dass erforderliche Presspassung auf Anhieb funktioniert.

Die Nadelverschlusssysteme von Günther Heisskanaltechnik wurden unter anderem aufgrund bereits erfolgreich umgesetzter Projekte in der Medizintechnik sowie der schnellen Lieferbereitschaft gewählt. Anforderungen an das Heißkanalsystem waren speziell ein sauberer Anschnittpunkt, sehr gleichmäßige Füllung aller Kavitäten und hohe Zuverlässigkeit. Die eingesetzten Düsen verfügen über einen zweigeteilten Schaft aus Titan und Edelstahl, der ein homogenes Temperaturprofil über die gesamte Länge der Düse gewährleistet. Das Material wird somit schonend in die Kavität geleitet. Eingesetzt wurden Standarddüsen mit reduziertem Kopfdurchmesser, um die erforderlichen kleinen Abstände zu erreichen. Die PM-Nadelführung ist austauschbar. Die Toleranzen hierfür sind sehr gering, was laut Günther in Kombination mit dem homogenen Temperaturprofil die geforderte hohe Qualität der Anschnittpunkte ermöglicht. Ein weiterer großer Vorteil der PM-Nadelführungen ist, dass eine kostspielige Nachbearbeitung der Anschnitte im Einsatz vermieden wird. Ohne Demontage des Heißkanalsystems können die PM-Nadelführungen einfach getauscht werden. Die Fließwege im Verteiler sind vollständig balanciert, die Bewegung der Nadeln übernimmt ein Hubplattenantrieb. Mit dieser Antriebseinheit öffnen und schließen die Nadeln exakt gleich. Über kleine Bohrungen in der Aufspannplatte können die Nadeln justiert oder getauscht werden, ohne das Werkzeug zu demontieren.

Die Dringlichkeit des Projekts stellt Günther vor einige Herausforderungen. Es gelang jedoch, die kompletten Heißkanalsysteme für die 8-fach-Werkzeuge innerhalb von vier Wochen, die der beiden 32-fach-Serienwerkzeuge wurden in fünf Wochen zu liefern. Die knappen Liefertermine bedeuteten, dass die Option für die „heiße Seite“ nicht in Betracht gezogen wurde. Die Systeme wurden alle von Gunther UK bei RDMS installiert, verkabelt und getestet. Somit konnte die Produktion der Serienteile in Rekordzeit und in der geforderten Qualität starten.

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