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Arburg: Technologie-Tage 2019

Vom Medizinprodukt in Losgröße 1 bis zum Massenartikel

| Redakteur: Julia Engelke

Auf den Technologie-Tagen 2019 zeigte Arburg Mitte März erneut eine breite Auswahl an Kunststoffspritzgussanwendungen für die Medizintechnik – realisiert mit elektrischen Spritzgießmaschinen der High-end-Baureihe Alldrive sowie dem Freeformer für die additive Fertigung.

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Über 6.000 Besucher kamen zu Arburgs Technologie-Tagen 2019. Unter anderem bekamen sie viele Lösungen für die Medizintechnik zu sehen.
Über 6.000 Besucher kamen zu Arburgs Technologie-Tagen 2019. Unter anderem bekamen sie viele Lösungen für die Medizintechnik zu sehen.
(Bild: Arburg)
  • Arburg stark in Medizintechnik: von additiver Einzelteil-Fertigung bis Großserien-Spritzgießen
  • Lab-on-a-Chip: Effizientes Montagespritzgießen von gebrauchsfertigem „Westentaschen-Labor“
  • Schnelllaufender Allrounder: Fertigungszelle produziert zwei Einwegbecher in unter drei Sekunden

Martin Manka, Senior Sales Manager Medical bei Arburg: „Zu den Technologie-Tagen 2019 kamen sehr viele Besucher aus der Medizintechnik. Rückverfolgbarkeit und Produktionseffizienz waren häufig diskutierte Themen. Der Weg zur Digitalisierung ist in der Medizintechnik erkannt.“

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Spritzgießen im Reinraum

Im Reinraum wurde zum einen ein Allrounder in Edelstahl-Ausführung präsentiert, der Kreuzkonnektoren in Großserie produzierte. Zum anderen hat ein Freeformer 200-3X FDA-zugelassenes TPE verarbeitet und gezeigt, dass das Arburg-Kunststoff-Freiformen prädestiniert ist für medizintechnische Anwendungen: „Kleine Serien, große Produktvarianz, Individualisierung und Verarbeitung anspruchsvoller Originalmaterialien lassen sich damit effizient realisieren. Auch die Pharmabranche ist an der additiven Fertigung interessiert, speziell für Kleinserien für die individuelle Therapie oder Zulassungsstudien“, erklärt Manka.

Lab-on-a-Chip: Im Montagespritzgießen zum fertigen Bauteil

Der Mikrofluidik werden große Zukunftschancen in der Medizintechnik eingeräumt. Die Lab-on-a-Chip-Technologie, bei der Flüssigkeiten und Gase auf kleinstem Raum analysiert werden, ist eine interessante Alternative zur aufwendigen Analyse und Diagnostik im Labor. In ausgeformten Mikrofluidkanälen werden die zu analysierende und die Analyseflüssigkeit zusammengebracht, um zum Beispiel qualitative Aussagen über unterschiedliche Blutbestandteile zu erhalten.

Buchtipp „Additive Fertigung“ In dem neuen Grundlagenwerk „Additive Fertigung“ erläutern bekannte Experten der ETH Zürich die zahlreichen Möglichkeiten der industriellen Entwicklung und Konstruktion additiv gefertigter Serien- und Endkundenteile. Neben erfolgreichen Produktbeispielen aus der Industrie werden neue Methoden und Vorgehensweisen vorgestellt, die dem Leser als praxisnaher Leitfaden dienen. „Additive Fertigung“ kann hier versandkostenfrei oder als E-Book bestellt werden.

Wie sich ein solches „Westentaschen-Labor“ aus PC dank Montagespritzgießen gebrauchsfertig herstellen lässt, zeigt auf den Technologie-Tagen ein elektrischer Allrounder 520 A mit 1.500 kN Schließkraft und zwei Spritzeinheiten der Größe 400 und 70. Mit einem 2+2-fach-Werkzeug der Firma Weber werden zunächst über die vertikale Spritzeinheit zwei Platten mit Anschlüssen für die Fluidik-Zufuhr spritzgegossen und mit der horizontalen Spritzeinheit die zugehörigen zwei Platten mit Fluidik-Kanälen. Dann dreht das Werkzeug elektrisch um 90 Grad, wobei die beiden Platten mit den Anschlüssen auf der Düsenseite stehen bleiben und die Platten mit den Kanälen direkt aufgesetzt werden. Im nächsten Spritzvorgang wird per Nadelverschlussdüse der Hohlraum zwischen den beiden Komponenten ausgefüllt, um die beiden Platten stoffschlüssig zu verbinden und die Kanäle abzudichten. Auf diese Weise entsteht in rund 35 Sekunden Gesamtzykluszeit ein komplettes, dichtes Lab-on-a-Chip samt Anschlüssen für die Zufuhr der Fluidik-Lösungen, zum Beispiel per Luer-Lock- oder Luer-Slip-Gewinde.

Medizinische Mikrobauteile aus temperfreiem LSR

Für die präzise Herstellung von filigranen medizinischen Mikrobauteilen kommt eine kompakte Fertigungszelle zum Einsatz. Das Herzstück ist ein elektrischer Allrounder 270 A mit 350 kN Schließkraft, ausgestattet mit einer Mikrospritzeinheit der Größe 5 und einem 4-fach-Werkzeug mit pneumatischem Nadelverschlusssystem der Firma Rico. In einer Zykluszeit von rund 20 Sekunden werden je vier 0,038 Gramm wiegende elastische Mikro-Dosierventile produziert. Das temperfreie LSR der Härte 50 Shore A wird über eine 290-mm-Kartusche vorgemischt. Ihre Zuführeinheit befindet sich in einem gekühlten Messingzylinder, der um 45 Grad zur horizontalen Spritzeinheit angeordnet ist. Um das Material von der Kartusche in den Zylinder mit LSR-Förderschnecke zu transportieren, wird die Zuluft in einem Druckluftspeicher mit Verstärker erhöht. Das Einspritzen erfolgt mit einer speziellen LSR-Schnecke mit selbstschließender Rückstromsperre und acht Millimetern Durchmesser. Sie fördert das Flüssigsilikon kontinuierlich vom Materialeinzug bis zu ihrer Spitze nach vorne. Damit ist das First-in-first-out-Prinzip in vollem Umfang gewährleistet und der Nachteil einer reinen Kolbeneinspritzung kompensiert.

Für Prozesssicherheit sorgt ein im Einzug integrierter Massedruck-Sensor, der mit der Selogica-Steuerung grafisch dargestellt und überwacht wird. Ein Reinluftmodul mit Ionisierung vermeidet elektrostatische Aufladungen. Ein servo-elektrischer Doppel-Arm-Roboter Multilift H 3+1 greift von der Maschinenrückseite horizontal ins Werkzeug ein und entnimmt die filigranen Mikrobauteile. Diese werden im Greifer mit zwei Kameras auf vollständige Füllung geprüft und dann einer Schlitzstation zugeführt. Das Robot-System legt die Gutteile über ein Röhrenverteilsystem nach Kavitäten getrennt ab.

Kreuz-Konnektoren im Reinraum gefertigt

Als weiterer Vertreter der Highend-Baureihe Alldrive ist im Arburg-Reinraum der Klasse ISO 7 ein elektrischer Allrounder 370 A mit 600 kN Schließkraft in Edelstahlausführung zu sehen. Die Reinraummaschine erfüllt die hohen Hygieneanforderungen entsprechend ISO 13485 sowie die FDA-Vorgaben und GMP-Richtlinien. Für eine partikelarme Luft im Arbeitsbereich sorgt ein Reinluftmodul mit Luftionisierung über der Schließeinheit. Es erzeugt mittels Vor- und HEPA-Filter (H14) einen hohen Luftaustausch und neutralisiert elektrisch geladene Spritzteile. Flüssigkeitsgekühlte Antriebe, die bei Arburg Standard sind, tragen ebenfalls zu emissionsarmer Produktion bei. Darüber hinaus kommen ausschließlich FDA/NSF-H1-konforme Schmierstoffe zum Einsatz.

Auf den Technologie-Tagen 2019 produziert das Exponat mit einem 1-fach-Werkzeug der Firma Meding sogenannte Kreuzkonnektoren aus PVC-U, die unter anderem als Verbindungsstücke für Dialyseschläuche eingesetzt werden. Für die materialschonende Verarbeitung kommt eine spezielle PVC-Schnecke mit niedriger Kompression zum Einsatz. Die Zykluszeit beträgt rund 26 Sekunden.

Zwei Einwegbecher in weniger als drei Sekunden

Durch eine optimale Abstimmung von Spritzgießmaschine, Werkzeug und Automation lassen sich Hochleistungsanwendungen für die Medizintechnik erzielen. Ein Beispiel, das Arburg gemeinsam mit Premiumpartnern der Branche umgesetzt hat, ist die Fertigung von Einwegbechern aus medizinischem PP. Zum Einsatz kommt ein elektrischer Allrounder 470 A mit 1.000 kN Schließkraft in der neuen Arburg-Reinraumfarbe Hellgrau. Die Hochleistungsmaschine fertigt mit einem Werkzeug der Firma Hofstetter in einer Zykluszeit von rund 2,9 Sekunden je zwei Dosierbecher für die Medikamentenausgabe. Jeder Becher wiegt 1,45 Gramm, fasst 30 Milliliter und ist mit einer Richtwertskala versehen. Für eine schnelle Entnahme und zweireihige Stapelung der Fertigteile sorgt die Automation der Firma Hekuma. Auf diese Weise lassen sich mit der effizienten Anlage über 2.500 Teile in der Stunde produzieren.

Freeformer verarbeitet FDA-zugelassenes Originalmaterial

Dass Arburg neben dem effizienten Spritzgießen von Massenartikeln auch die industrielle additive Fertigung von Prototypen und Funktionsbauteilen für die Medizintechnik beherrscht, demonstriert ein Freeformer 200-3X, der neben dem Edelstahl-Allrounder im Reinraum platziert ist. Der Freeformer und das AKF-Verfahren eignen sich besonders für die Verarbeitung von thermoplastischen Elastomeren und medizinischen Originalkunststoffen. Weiche Materialien wie das FDA-zugelassene TPE Medalist MD 12130H (Härte 32 Shore A) können laut Arburg derzeit nur mit dem Freeformer verarbeitet werden, beispielsweise zu dichten Faltenbalgen oder Komponenten für Beatmungsmasken.

Generell bietet das Arburg-Kunststoff-Freiformen (AKF) große Materialfreiheit. Die Anwender können mit dem offenen System ihre eigenen Materialien verarbeiten und die Prozessführung selbst optimieren. Auch innerhalb eines Bauteils lassen sich verschiedene Dichten realisieren, was am Beispiel eines Testkörpers mit Wabenstrukturen gezeigt wird.

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