Das Mikrospritzguss-Verfahren (Micro Molding) ist seit den 1970er-Jahren im Einsatz und wurde in den letzten Jahrzehnten signifikant weiterentwickelt. Es gewinnt in vielen Branchen zunehmend an Bedeutung, insbesondere in der Medizintechnik, bei tragbaren Geräten und in der Industrie.
Sascha Köppel, Sales Medical, Cicor Group
Ratheesh Theeyareth, Senior Tooling Manager, Cicor Group
Die Nachfrage nach miniaturisierten und präzisen Kunststoffteilen, die mit einer hohen Reproduzierbarkeit gefertigt werden können, wächst stark. Der Trend zur Miniaturisierung wird von den Märkten für Sensoren und medizinischen Wearables angetrieben. Typischerweise haben die Formteile Durchmesser von weniger als 2 mm und ein Gewicht von weniger als 0.01 g. Die Herstellung von Mikroteilen auf höchstem Qualitätsniveau nach strengsten Standards erfordert eine langjährige Erfahrung in der Fertigung von technisch komplexen Spritzformen.
Der Entwicklungsprozess wird unter Verwendung von 3D-CAD-Software ausgeführt, was die Basis für eine effiziente Programmierung der CNC-Bearbeitungsmaschinen bildet. In der Entwurfsphase wird Simulationssoftware eingesetzt, um den Fliessfrontverlauf während des Einspritzens vorherzusagen. Dies ermöglicht die Werkzeugherstellung zeitlich zu optimieren und reduziert den Bedarf an Nacharbeit. Trotz allem ist die Montage und Abstimmung der Werkzeuge nach wie vor hohe Handwerkskunst.
Hochmoderne Ausrüstung als Schlüssel
Zur Herstellung dieser hochpräzisen Werkzeuge werden HSC-Fräsmaschinen mit einer Spindeldrehzahl von bis zu 42‘000 U/min empfohlen und Senkerosionsmaschinen mit entsprechender Genauigkeit eingesetzt. Drahterosionsmaschinen mit einem minimalen Drahtdurchmesser von 70 Mikron sind in der Lage, Eckenradien von nur 50 Mikron zu erreichen. Erfordert nur ein bestimmter Bereich des Kunststoffteils ein Höchstmass an Präzision und kleine Strukturgrössen, kann Micro Molding auch mit einem Standardprozess kombiniert werden.
Herausforderungen im Micro Molding
Trotz der vielen Vorteile sind mit dem Einsatz von Mikrospritzgusswerkzeugen auch einige Herausforderungen verbunden. Beispielsweise kann die Materialkompatibilität die Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen erschweren: dies gilt insbesondere für thermoplastische Materialien, die bei hohen Temperaturen anfällig für Verformungen und andere Deformationen sind. Die Teile werden oft aus POM, LCP, PA, PC, PEEK und PMMA hergestellt. Die Toleranzen für die Teile liegen in einem Bereich von 0.01 bis 0.03 mm, auch im Bereich der Formtrennung. Die genauen Werte werden während der Design for Manufacturing-Phase (DFM) ermittelt und sind abhängig von der Grösse der Teile.
Ebenfalls ist zu beachten, dass bei kleinen Spritzvolumen das Material bei Verwendung von standardmässigen Spritzeinheiten beschädigt werden kann, da aufgrund des geringen Materialdurchsatzes die Verweilzeit erheblich ansteigt. Die thermische Belastung kann zur Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes führen. Es ist daher empfohlen, das Kunststoffmaterial mit vorplastifizierenden Spritzeinheiten zu verarbeiten. Das Plastifizieren des Materials mit kleinem Schneckendurchmesser und das nachfolgende Einspritzen mit Kolbeneinspritzung sind dabei separate Prozesse.
Materialqualität als entscheidender Faktor für Langlebigkeit
Eine weitere Herausforderung ist der Werkzeugverschleiss, der die Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen im Laufe der Zeit erschweren kann. Dies gilt insbesondere für Werkzeuge, die häufig verwendet werden, wie zum Beispiel in Applikationen mit hohen Stückzahlen. Um dieses Problem zu entschärfen, werden hochwertige Werkzeugstähle und Beschichtungen verwendet, um die Haltbarkeit und Langlebigkeit der Mikrogiesswerkzeuge zu verbessern.
Besonders im Medizintechnik- und Industrie-Bereich, in denen Kunststoffteile und -komponenten immer kleiner und leichter werden, bildet das hochinnovative Mikrospritzguss-Verfahren die Antwort auf die neusten Marktherausforderungen.
Die Cicor Gruppe ist ein weltweit tätiger Anbieter elektronischer Gesamtlösungen, von der Forschung und Entwicklung über die Produktion bis hin zum Supply-Chain-Management. Mit rund 2'500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern an 15 Standorten bedient Cicor führende Unternehmen aus den Bereichen Medizin, Industrie sowie Luft- und Raumfahrt und Verteidigung.
Cicor entwickelt und fertigt hochwertige Werkzeuge und bietet Spritzgussteile in höchster Präzision an. Auch Sekundärprozesse und Montagedienstleistungen können an verschiedenen Standorten ausgeführt werden. In der Schweiz ist Cicor mit Produktionsstandorten in Bronschhofen, Wangs und Boudry vertreten.
