Mikrospritzgießen für präzise Devices

Kleine Bauteile – große Herausforderung

Ob Autoinjektoren, Asthma-Inhalatoren oder Insulinpens, die pharmazeutische Industrie benötigt Primärpackmittel wie Spritzen und Insulinkarpulen sowie kundenspezifische Drug-Delivery-Systeme aus Kunststoff – produziert in großen Serien und mit außergewöhnlicher Präzision und Prozesssicherheit.

Angepasste Spritzgießtechnologien ermöglichen Mikrospritzguss auf Standard-Maschinen. (Bild: Gerresheimer)

Bauteile für Medical Devices werden immer kleiner, die Anforderungen an ihre Präzision steigen weiter. Wo der Bereich der Mikrospritzgussteile beginnt, ist nicht verbindlich definiert, Gerresheimer setzt die Grenze ab einer Einzeldimension von unter 1 Millimeter und unter 0,3 Gramm Gewicht sowie Bauteiltoleranzen unter 30 Mikrometer. Die konventionelle Spritzgießtechnik komme bei der Fertigung solcher Teile an ihre Grenzen, nicht zuletzt weil sich bei einer Längenreduktion um 50 Prozent andere Bauteileigenschaften wie Oberfläche, Volumen und thermische Leitfähigkeit zum Teil exponentiell verändern. Produziert werden extrem kleine Teile in der Mikrospritzgießtechnik, die besondere Präzision und Wirtschaftlichkeit bieten soll. Hier sind Herausforderungen in den Bereichen Werkzeugbau, Spritzgießtechnik und Messtechnik zu bewältigen. Die dafür benötigten Technologien sind bereits am Markt verfügbar, beim Aufbau von zusätzlichem Erfahrungswissen arbeitet Gerresheimer eng mit einem Netzwerk von Partnern aus Industrie und Wissen-schaft zusammen.

Präzise Formeinsätze reproduzierbar fertigen
Bedingung für hochwertige Mikrospritzgießteile sind extrem präzise Formen. Eine Bauteiltoleranz unter 30 Mikrometer setzt beispielsweise Werkzeugtoleranzen kleiner 10 Mikrometer voraus. Im Werkzeugbau ist ein speziell für diese Aufgaben ausgelegter Maschinenpark erforderlich.

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Mikroteile müssen in medizinischen Devices mitunter Bewegungen präzise und wiederholgenau bewältigen. (Bild: Gerresheimer)

Zudem sind aufgrund der geringen Bauteilabmessungen besondere Spritzgießtechnologien notwendig. Wegen der kleinen Schussvolumen lassen sich herkömmliche Spritzgießmaschinen nicht ohne weiteres für das Mikrospritzgießen einsetzen. Lange Verweilzeiten des Kunststoffs im Plastifizieraggregat und im Heißkanalsystem des Werkzeugs können zum Abbau des Materials führen. Zusätzlich ist die erforderliche Präzision und Reproduzierbarkeit bei der Vorfahrbewegung der Schnecke in der Einspritzphase nur schwer zu erreichen und auch die Dosiergenauigkeit durch die Rückstromsperre fällt stärker ins Gewicht.Diesen Herausforderungen wird mit zwei Strategien begegnet: Hochfachige Werkzeuge und optimierte Spritzgießmaschinen mit speziellen Schnecken und Rückstromsperren sollen die erforderlichen Qualitäten und wirtschaftliche Produktionsbedingungen sicherstellen. Die Vorteile der Produktion auf entsprechend optimierten Standard-Spritzgießmaschinen zeigen sich vor allem bei der Fertigung in großen Stückzahlen. Gerresheimer setzt für das Mikrospritzgießen mit hochfachigen Werkzeugen vollelektrische Standard-Spritzgießmaschinen mit modifizierten Plastifiziereinheiten ein.

Messtechnik für Validierung und Prozesskontrolle
Im unternehmenseigenen Technical Competence Center in Wackersdorf steht ein Computertomograph zur Verfügung. Für Messungen an Mikrospritzgießteilen nutzt das Unternehmen hier eine spezielle Lösung, mit der auch kleine Objekte während der Messung zuverlässig fixiert werden können und ein ausreichender Dichteunterschied zwischen Objekt und Trägerstruktur das Spritzgießteil präzise darstellbar macht. Die Ausgabe als Falschfarbendarstellung erlaubt dann eine rasche Analyse der Messergebnisse.

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