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Oct 20, 2023

7. März 2023

09:30

Aaron Johnson, Vizepräsident für Marketing und Kundenstrategie bei Accumold, skizziert mehrere Schlüsselaspekte für die Erzielung eines optimalen Mikrospritzgusses.

Zenzen Shutterstock

Zielscheibe, die Präzision veranschaulicht

Bei der Suche nach einem spezialisierten Mikroformer ist es wichtig, einen zu finden, der nicht nur über die nötigen Mittel verfügt, um genaue Mikrometertoleranzen zu erreichen, sondern auch über Fachwissen in den Phasen Design, Werkzeug, Herstellung, Montage, Validierung und Messung des Mikroprodukts verfügt und Komponentenentwicklungsprozess. Dadurch wird sichergestellt, dass der Bedarf an langwierigen und kostspieligen Entwurfswiederholungen minimiert wird und Mikrometertoleranzen kostengünstig und zeitnah erreicht werden können.

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Mikroformer über die Unternehmenskultur, das Personal und die Ausrüstung verfügen, um den Service zu bieten, der für ein erfolgreiches Projektergebnis erforderlich ist. Mikrospritzguss für OEMs aus verschiedenen Branchen erfordert die Fähigkeit, Klein-, Mittel- und Großserien aus einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien abzudecken, die alle unterschiedliche Validierungsstufen erfordern. Mikroformer müssen außerdem über Fachkenntnisse in der Handhabung, Lagerung und Verarbeitung oft extrem teurer und empfindlicher Materialien verfügen, die in vielen Fällen in sicherheitskritischen Anwendungen verwendet werden.

Der Übergang von Spritzgießmaschinen, die effektiv „kleine“ Teile herstellen können, zu Maschinen, die „Mikro“-Teile und -Merkmale herstellen können, ist wichtig, und Mikrospritzer müssen in der Lage sein, modernste Ausrüstung zu nutzen, die für anspruchsvolle Mikroanwendungen entwickelt wurde .

Die Notwendigkeit für das in der Mikrofertigung erforderliche Maß an Kontrolle und Wiederholbarkeit erfordert, dass die Formpresse für diese Präzision ausgestattet ist. Herkömmliche Maschinen haben tendenziell Schwierigkeiten, die Genauigkeit aufrechtzuerhalten, je kleiner die Teileabmessungen sind, was oft zu zusätzlichen Verarbeitungsschwierigkeiten führt. Mikrospritzgussmaschinen – die Teile mit einem Gewicht von weniger als 0,005 g herstellen können – können also nicht nur viel kleinere Geometrien und Toleranzen bewältigen, sondern wirken sich auch positiv auf den Materialverbrauch, die Verweilzeit und die daraus resultierende Materialverschlechterung aus, die bei größeren Maschinen üblich ist drückt.

Mikrowerkzeuge

Gerade bei Werkzeugen für Mikroformteile können Zeit und Geld verschwendet werden, wenn der Mikroformer nicht über das erforderliche Fachwissen verfügt. Die Werkzeugausstattung für Mikrospritzgussprojekte erfordert keine Extrapolation der Regeln, die für die Werkzeugausstattung beim herkömmlichen Spritzgießen gelten. Merkmale in Mikroformteilen überschreiten häufig die zulässigen Toleranzen beim herkömmlichen Spritzgießen, und ähnliche Probleme treten in den Bereichen Entlüftung und Nichtübereinstimmung der Werkzeuge auf. Mikroformer müssen in der Lage sein, eine Reihe von Formtechnologien einzusetzen, darunter die neuesten CNC-Bearbeitungstechnologien und – was oft erforderlich ist – EDM.

Weitere Werkzeugprobleme, die sich speziell auf das Mikroformen beziehen, sind Anforderungen an das Polieren von Mikroformhohlräumen und die Auswirkungen auf die Erwärmung und Kühlung beim Umgang mit extrem dünnen Stahleinsätzen, die durch die bei vielen Formanwendungen auftretenden Temperaturen negativ beeinflusst werden können. Da bei vielen Mikroformanwendungen Hochtemperatur-Hochleistungsmaterialien wie bioresorbierbare Materialien, Flüssigkristallpolymere und PEEK zum Einsatz kommen, ist es außerdem notwendig, Werkzeugmaterialien wie Edelstahl statt herkömmlicher Werkzeugstähle zu verwenden und deren Beschaffenheit zu verstehen die den erforderlichen hohen Temperaturen möglicherweise nicht standhalten und korrodieren können.

Überlegungen zum Prozess

Die Prozessparameter beim Mikroformen unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht vom herkömmlichen Spritzgießen. Entscheidend ist jedoch das Verständnis des Gleichgewichts zwischen Schmelzetemperatur, Einspritzdruck und Einspritzgeschwindigkeit sowie deren Auswirkungen auf die Maßhaltigkeit. Darüber hinaus muss die Aufmerksamkeit auf Mikroformen gerichtet werden, die in vielen Fällen eine Formausrichtung auf weniger als 5 Mikrometer erfordern und deren Anschnittdurchmesser typischerweise zwischen 60 und 200 Mikrometer liegen. Die richtige Entlüftung und das Kanaldesign sind ebenfalls entscheidende Schritte für einen möglichst effizienten Prozess.

Aufgrund der oft kritischen Natur einiger mikrogeformter Teile und Produkte ist es häufig erforderlich, unter Reinraumbedingungen herzustellen. Bei äußerst anspruchsvollen Qualitäts- und Rückverfolgbarkeitssystemen ist eine vollständige Kontrolle des gesamten Herstellungsprozesses erforderlich, und die Einhaltung der in ISO 9001 und ISO 13485 festgelegten Parameter kann äußerst wichtig sein und die Anforderungen an ein umfassendes Qualitätsmanagementsystem für die Konstruktion und das Design festlegen Herstellung sicherheitskritischer Komponenten.

Qualitätskontrolle

Eine Sache, die die Wahl des Lieferanten für Mikrospritzguss zu einem zentralen Anliegen im Entwurfs- bis Fertigungszyklus macht, ist der erhöhte Druck bei der Qualitätskontrolle. Qualitätskontrolle und hohe Qualitätsanforderungen sind heute charakteristisch für viele Industriezweige. Dies spiegelt direkt die Tatsache wider, dass mikrogefertigte Komponenten in zahlreichen industriellen Anwendungen mittlerweile kritische Funktionen erfüllen und daher die Ausfallraten – selbst bei der Massenfertigung in großen Stückzahlen – bei Null liegen müssen. Dies erfordert nicht nur sorgfältige Aufmerksamkeit für die Kontrolle des Herstellungsprozesses, sondern erfordert auch, dass der Schwerpunkt weiterhin auf Qualitätskontrollverfahren und Validierung liegt.

Kostengünstige und wiederholbare Herstellung

Es überrascht nicht, dass die Industrie heute die Möglichkeiten nutzen sollte, die sich durch den umsichtigen Einsatz von Mikrofertigungstechnologien und -techniken ergeben. Mikrospritzguss ermöglicht beispielsweise die kostengünstige und wiederholbare Herstellung von Klein- oder Mikroprodukten mit extrem engen Spezifikationen oder größeren Teilen mit winzigen Merkmalen. Im Allgemeinen ersetzen geformte Produkte, soweit möglich, maschinell bearbeitete Komponenten. Der Hauptvorteil des Mikrospritzgusses gegenüber der Mikrobearbeitung sind die Kosten, da beim Mikrospritzguss im Vergleich zur maschinellen Bearbeitung überhaupt keine Zeit zum Formen von Komponenten aus relativ kostengünstigen Materialien benötigt wird.

Das Mikroformen ermöglicht auch die Herstellung äußerst komplexer Geometrien und stellt einen maßhaltigen Produktionsprozess ohne Partikelverunreinigung und häufig eine bessere Oberflächengüte dar.

Für OEMs, die die Möglichkeiten nutzen möchten, die heute für die Herstellung von Klein- bis Mikroplastikteilen bestehen, ist die Partnerauswahl von entscheidender Bedeutung. Neben der Beurteilung der Art der Ausrüstung, über die ein Mikrofertigungspartner im eigenen Haus verfügt (dazu gehören nicht nur Verarbeitungsausrüstung, sondern auch Handhabungs-, Montage- und Inspektionsausrüstung), ist es von größter Bedeutung, einen Lieferanten zu finden, der sich genau damit auskennt Prozess und die spezifischen Anforderungen verschiedener Industriezweige. Die Expertise von Accumold im Spritzguss kleiner und kleinster Größen passt ideal zu einer Reihe von Industriezweigen, die präzise thermoplastische Komponenten mit Dimensionsstabilität benötigen.

Die herausragende Stellung von Accumold bei der Konstruktion und Herstellung von Mikroformwerkzeugen ist ebenfalls äußerst wichtig, da dies das Haupthindernis für OEMs ist, die versuchen, in den Mikroformbereich vorzudringen. Accumold verfügt über interne Formenbaukapazitäten mit funktionsübergreifenden Teams aus Designern und Werkzeugmachern, die zusammenarbeiten, um Werkzeuge herzustellen, mit denen beim ersten Mal produktionsreife Teile hergestellt werden können. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit mehrerer und kostspieliger Designiterationen und Werkzeugneukonstruktionen.

7. März 2023

09:30