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ATL Anlagentechnik Luhden

Kunststoffteile GMP-konform entgraten

| Autor/ Redakteur: Doris Schulz / Kathrin Schäfer

Kunststoffteile für die Medizintechnik zuverlässig und wirtschaftlich thermisch entgraten – auch wenn die Grate schwer zugänglich sind? Mit der richtigen Anlage kein Problem.

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Für maximale Prozesssicherheit erfolgt die Programmauswahl bei einer Anwendung in der Medizintechnik automatisch durch ein kodiertes Lochblech am Korb.
Für maximale Prozesssicherheit erfolgt die Programmauswahl bei einer Anwendung in der Medizintechnik automatisch durch ein kodiertes Lochblech am Korb.
( Bild: ATL )
  • Anlage zum thermischen Entgraten von Kunststoffbauteilen
  • Testzentrum klärt Eignung des Verfahrens für unterschiedliche Werkstoffe
  • Minutenschnell tausende Grate prozesssicher entfernen
  • Lückenlose Dokumentation
  • Für die Medizintechnik qualifizierter Entgratprozess

Spanend bearbeitete Kunststoffkomponenten mit komplexen Geometrien werden häufig noch manuell entgratet. Sofern dies überhaupt möglich ist, lassen jedoch Reproduzierbarkeit und Wirtschaftlichkeit zu wünschen übrig. Das thermische Entgraten (TEM) mit der speziell für Kunststoffteile entwickelten Anlage Item Plastics ermöglicht, Grate auch in schwer zugänglichen Bereichen wie Innenbohrungen prozesssicher, schonend und kosteneffizient zu entfernen. Gründe, weshalb sich auch ein Hersteller von Medizintechnikprodukten für diese Lösung entschieden hat.

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Anlage zum thermischen Entgraten von Kunststoffbauteilen

Grate, die nach der spanenden Bearbeitung am Werkstück verbleiben, stellen unter ergonomischen und funktionalen Aspekten ein Risiko dar und müssen daher entfernt werden. Aber nicht jeder Grat befindet sich an einer leicht zugänglichen Stelle. Insbesondere bei Teilen mit komplexen Geometrien wie Innen- und Querbohrungen, Hinterschneidungen sowie Nuten stoßen mechanische und manuelle Verfahren schnell an Grenzen. Die hohen Anforderungen an die Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit in der Fertigung sowie an die Produktqualität lassen sich damit nicht erfüllen. Ganz abgesehen davon verursacht manuelles Entgraten hohe Kosten.

Die von ATL Luhden speziell für das thermische Entgraten (TEM) von Kunststoffbauteilen entwickelte Anlage eröffnet hier neue Möglichkeiten. Mit diesem so genannten abtragenden Verfahren, das in der Metallindustrie etabliert ist, lassen sich bei Komponenten aus Thermoplasten innen- und außenliegende Grate selbst an sehr schwer zugänglichen Stellen zuverlässig entfernen.

Die Eignung des Verfahrens lässt sich im Testzentrum feststellen

Im Gegensatz zu klassischen TEM-Anlagen für die Metallentgratung wird bei der Item Plastics vor dem Entgratprozess ein Vakuum in der hermetisch verschlossenen Arbeitskammer erzeugt. Dies ermöglicht, dass mit einem deutlich geringeren Druck gearbeitet werden kann. Darüber hinaus kommt statt des üblichen Methan-Sauerstoff-Gasgemischs ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch zum Einsatz. Die Explosionsenergie ist dadurch bei gleichem Fülldruck der Kammer nur etwa halb so stark, so dass eine schonendere Entgratung stattfindet. Das Spektrum der bearbeitbaren Kunststoffe wird dadurch deutlich erweitert und umfasst unter anderem PMMA (Polymethylmethacrylat), POM (Polyoxymethylen), PA (Polyamid), PA-Guss, PUR (Polyurethan), ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), PE (Polyethylen), PP (Polypropylen), Silikon, Laser-Sinter-Werkstoffe, NBR und Viton. Bei Bauteilen aus Kunststoffen mit Glasfaseranteil schmilzt der Grat etwas mehr ab als die Glasfasern, so dass die Kante, mikroskopisch gesehen, zackig aussieht. Außerdem entsteht eine sehr rauhe Oberfläche. Das Verfahren ist bei diesen Werkstoffen nur bedingt anwendbar. Grundsätzlich lässt sich die Eignung durch Versuche im Testzentrum von ATL feststellen.

Minutenschnell tausende Grate prozesssicher entfernen

Für das Entgraten werden die Werkstücke als Einzelteile oder Charge in der Arbeitskammer platziert, diese hermetisch verschlossen und das Vakuum erzeugt. Über ein Gasflow-Meter wird das teilespezifisch genau dosierte Gasgemisch in die Kammer geleitet. Im Vergleich zu herkömmlichen Gasdosierzylindern ermöglicht dieses System exakteres und wiederholgenaueres Dosieren. Außerdem werden alle Prozessdaten automatisch protokolliert, so dass eine lückenlose Dokumentation erfolgen kann.

Das Gasgemisch durchströmt das gesamte Bauteil beziehungsweise die komplette Charge. Nach der elektrischen Zündung entstehen kurzzeitig Temperaturen von 2.500 bis 3.000°C. Der abzutragende Grat erreicht dabei seine Zündtemperatur, reagiert mit dem verbliebenen Sauerstoff und verbrennt vollständig und rückstandslos. Da dieser Prozess lediglich wenige Millisekunden dauert, erwärmen sich die Werkstücke nur unwesentlich. Die Gesamtzykluszeit beträgt üblicherweise weniger als drei Minuten.

Neben der vollständigen und gleichmäßigen Entfernung aller Innen- Außengrate treten beim TEM-Entgraten von Kunststoffen weitere Effekte auf. So führt die Wärmeeinwirkung zu einer deutlichen Verbesserung der Oberflächenrauheit. Zusätzliche Polierschritte können dadurch nicht selten reduziert oder eingespart werden. An Bauteilen aus PMMA werden bei einer spanenden Bearbeitung entstandene, trübe Bereiche durch den TEM-Prozess wieder durchsichtig. Man spricht dabei auch von thermischem Polieren.

Der Entgratprozess ist für die Medizintechnik qualifiziert

Eingesetzt wird das Verfahren unter anderem bei einem Hersteller medizintechnischer Produkte seit rund vier Jahren. Ziel des Unternehmens war es, die Entgratung unterschiedlicher, spanend hergestellter Kunststoffkomponenten aus Polypropylen (PP-H) in Innenbereichen prozesssicherer und wirtschaftlicher zu gestalten. Da durch diese Teile Flüssigkeiten geleitet werden, muss eine 100-prozentige Entgratung gewährleistet sein.

Ausschlaggebend bei der Entscheidung für die Item Plastics war einerseits die schonende Entgratung durch den geringeren Druck sowie die saubere Verbrennung. Andererseits hat eine Rolle gespielt, dass durch das Vakuum, das in der Arbeitskammer vor dem Entgratprozess erzeugt wird, keine luftgetragenen Fremdstoffe mehr vorhanden sind, die sich bei der Verbrennung negativ auf die Teileoberfläche auswirken könnten.

Die Anforderungen der Medizintechnik werden durch eine GMP-konforme Qualifizierung von Anlage und Prozess erfüllt. Dazu zählt, dass für die unterschiedlichen Komponenten Prozessparameter wie beispielsweise das Mischungsverhältnis von Wasserstoff und Sauerstoff definiert und als Bearbeitungsprogramm in der Anlagensteuerung hinterlegt wurden. Momentan arbeitet das Unternehmen mit zwölf Programmen. Jeweils 15 bis 20 Komponenten werden in beziehungsweise auf teilespezifischen Inlays positioniert und diese wiederum in Körben platziert. Die Programmauswahl erfolgt automatisch durch eine an den Körben angebrachte, kodierte Metallplatte, die beim Einschieben in die Anlage durch eine Lichtschranke gelesen wird.

Autorin: Doris Schulz ist freie Journalistin in Korntal.

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