Was ist Mikro-Spritzguss?
Micro-Molding oder Mikro-Spritzguss – egal, welches Wort Sie benutzen, es wird zur Zeit viel darüber gesprochen. Dies spiegelt das zunehmende Interesse von Forschung-und Entwicklungsabteillungen und Herstellern an der Fertigung und Beschaffung von hochpräzisen Kunststoffteilen mit Mikrostrukturen wider. Das Ergebnis waren unzählige Artikel in den Fachzeitschriften, die diese neue Nische in der Spritzgussindustrie mit vielen unterschiedlichen Definitionen ansprechen und eine gewisse Verwirrung schaffen.
Was ist also genau Mikro-Spritzguss? Die Größe des Teils ist offensichtlich ein Element, aber ist es der einzige Faktor? Oder ist es einfach durch die Größe der Spritzgussform definiert? Wie steht es mit der Präzision, oder muss das Teil einfach nur klein sein? Bei Accumold sind wir der Meinung, dass echter Mikro-Spritzguss weit über die Größe oder die Maschine herausgeht.
Was ist mit der Größe?
Offensichtlich deutet der Begriff „Mikro“ darauf hin, dass Mikro-Spritzguss etwas mit Größe zu tun hat, aber wie lautet die genaue Definition?
>Wenn man von Teilen spricht, die weniger als ein Gramm wiegen, befinden wir uns in der richtigen Größenordnung, doch es geht um mehr als nur die Größe und das Gewicht.
Ein Mikro-Spritzgussteil herzustellen, ist eine Sache, es effizient und präzise immer wieder zu produzieren, ist eine andere Sache. Mikro-Spritzgussverfahren müssen in der Lage sein, Tausende, Millionen und sogar Milliarden von Teilen mit der gleichen Präzision zu produzieren.
Was ist mit der Maschine?
Heute kann jeder eine Spritzgussform von einer Vielzahl von Herstellern kaufen. Viele von ihnen werben sogar mit speziellen Maschinen nur für „Mikro-Spritzguss“. Ein Mikro-Spritzguss-Spezialist zeichnet sich allerdings nicht nur durch die Maschinen aus.
Die Kombination von Innovation, Verarbeitung und kompetentem Werkzeugbau stellen die Elemente dar, die für wirklichen Mikro-Spritzguss wichtig sind. Und ebenso wie der Kauf eines Klaviers den Käufer nicht über Nacht zu einem Klavier-Virtuosen macht, benötigt es neben einem großen Talent vieler Jahre harter Arbeit, um den Prozess zu meistern. Eine gute Presse ist nur so gut wie die Technik, die vor ihr kommt.
Was ist mit „kleinen“ Teilen?
Nicht jede Anwendung erfordert mikroskopische Teile, oft hat ein Kunde ein kleines Spritzgussprojekt, das anspruchsvolle Geometrie und enge Toleranzen erfordert, aber in einem etwas größeren Maßstab. Zum Beispiel kann ein Teil, das ungefähr 2,5 Zentimeter lang ist, viele Eigenschaften in Mikro-Größe haben, wie zum Beispiel einen Abschnitt mit einer Wandstärke von 0,1 mm oder ein Lochdurchmesser von 0,2 mm usw. Diese Eigenschaften können extrem sein, aber ein echter Mikro-Spritzguss-Spezialist kann die Fertigkeiten und das Fachwissen aus erfolgreichen Mikro-Spitzgussverfahren für diese „größeren“ Teile erfolgreich anwenden.
Insert-Technik / Leadframe-Guss:
Ein weiterer wichtiger Bestandteil für jeden Mikro-Spritzguss-Spezialisten ist die Fähigkeit, andere traditionelle Spritzgussprozesse auf einer Mikroskala durchzuführen. Die Nachfrage nach Leadframe-Guss in Mikro-Größe und Insert-Technik wächst weiter und die gleichen Größen- und Toleranzanforderungen des herkömmlichen Mikro-Spritzgussverfahren gelten auch für diese Prozesse. Die Fähigkeit, ein Mikro-Teil auf einen extrem kleinen Einsatz zu gießen, während die Konsistenz und Genauigkeit beibehalten werden, ist entscheidend. Dieser Prozess ist für den anhaltenden Erfolg der Mikroelektronik und der Halbleiterindustrie ausschlaggebend. Die Insert-Technik bei Mikro-Spritzgussteilen geht weit über Metalleinsätze hinaus. Es bedeutet, dass man in der Lage ist, Mikroteile in und um eine Vielzahl anderer Materialien wie Keramik, Glas, Gewebe, Film oder Folie auf andere Kunststoffe zu gießen. Das Bild rechts ist ein Beispiel für die Insert-Technik auf einer Mikroskala. Dieses besondere Beispiel zeigt ein spezielles Gewebeeinsatzmaterial, das sorgfältig in der Mitte des Teils positioniert ist. Um dieses instabile und empfindliche Material erfolgreich einzulegen, zu schneiden, zu positionieren und wieder herauszuholen, muss die Form sehr präzise sein. Der Spritzgussvorgang erfordert eine wiederholbare Steuerung, um eine Beschädigung des Einsatzes zu vermeiden, während die engen Toleranzen des Teils selbst beibehalten werden.
2-Shot Mikro-Spitzguss
Weiterhin gehört es zu den Fähigkeiten eines Mikro-Spritzguss-Spezialisten, zwei verschiedene Materialien auf dem gleichen Teil gleichzeitig zu gießen. Die beiden verschiedenen thermoplastischen Harze werden synchronisiert, so dass nur ein Gusszyklus erforderlich ist. Oftmals können durch diesen Prozess wertvolle kosmetische oder funktionelle Eigenschaften hinzufügt werden, die Arbeit reduzieren oder dazu beitragen, das Teil robuster zu machen. Auf dem Bild oben sieht man ein weiches Durometer-Material in der Mitte, umgeben von einem harten ABS-Strukturmaterial. Dieser Teil wird in einem Zyklus gegossen und vermeidet so die Notwendigkeit, zwei Teile zu bauen und sie zusammenzusetzen oder zwei Werkzeuge zu bauen und ein Material durch die Insert Technik einzufügen, was Zeit und Ressourcen spart.
Mikro-Optik
Die Welt der Mikro-Optik und der Mikro-Spritzgussteile scheinen Hand in Hand zu gehen. Dieser Hightech-Marktsektor erfordert Produktmerkmale und Toleranzen im Mikrometer-Bereich. Diese Produkte werden nicht nur in der Telekommunikation eingesetzt. Diese kleinen Linsen werden für Produkte wie medizinische Diagnostik, endoskopische und minimal-invasive chirurgische Werkzeuge sowie für Anwendungen mit Mikrosensoren eingesetzt.
Das Bild rechts stellt eine Reihe von 12-Linsen für Datenübermittelung mit hoher Bandbreite dar. Es besteht aus Sabic’s Ultem® Material. Jede Linse hat einen Durchmesser von 250μm und liegt auf 250μm Zentren. Die nichtkumulativen Positionstoleranzen jeder Linse zum Bezugspunkt liegen bei ± 3μm.
Betriebsinternes Werkzeug & Produktion
Automatisierung & Verpackung
Die Handhabung der Teile und die Verpackung scheinen manchmal zweitrangig zu sein, aber in vielen Fällen ist es fast so wichtig für den Prozess wie die Herstellung. Der Guss eines kleinen Teils ist eine Sache. Ein Teil zu gießen und anschließend so zu verpacken, das es für den Kunden gut gebrauch bar ist, ist oft alleine schon eine Herausforderung.
Betriebsinterne, kundenspezifische Automatisierung und Verpackung können viele Formen annehmen. Hierbei handelt es sich um Reel-to-Reel-Verpackungen, einfache Montagen, Lead-Frame-Stanzformen und -simulation, Inline-Inspektion oder eine Vielzahl weiterer kundenspezifischer Sekundärprozesse. Diese zusätzlichen Dienstleistungen vervollständigen den gesamten Mikro-Spritzguss-Service und können manchmal den Unterschied zwischen einem erfolgreichen oder gescheiterten Projekt ausmachen.
Qualitätssicherung
Die Qualitätssicherung ist für jeden Mikro-Spritzguss-Herstellungsprozess unerlässlich. Die Fähigkeit, zu beweisen, dass Teile immer wieder nach bestimmten Angaben hergestellt werden, ist ausschlaggebend für die Prüfung von Herstellungskapazitäten. Die Qualitätssicherung geschieht auf mehreren Wegen.
Die Qualität beginnt zu Beginn eines jeden Projektes. Wir führen Herstellbarkeitsüberprüfungen durch, um sicherzustellen, dass das Projekt richtig anläuft. Wir denken so früh wie möglich im Prozess über die Qualität, die Robustheit des Prozesses und über Prüf- und Messtechniken nach.
Dann entwickeln wir Kontrollpläne, die kritische Merkmale, FMEA-Ergebnisse und andere Qualitätsanforderungen überprüfen. Wir sind in der Lage, sowohl Hightech- als auch einfache Messungen durchzuführen. Wenn erforderlich, verwenden wir Präzisionsmessstifte oder hochauflösende Inline-Vision-Systeme. Außerdem benutzen wir hochmultiplikatorische mikroskopische Messungen zur Überprüfung unserer Werkzeuge und der Dimensionen der fertigen Mikro-Spritzgussteile.
Produkthandhabung ist ebenfalls ein entscheidender Faktor. Die Oberflächenverunreinigung muss für Teile dieser Größe auf ein Minimum reduziert werden. Empfindliche Teile benötigen richtige Prozesse, um sicherzustellen, dass das Produkt bei dem Kunden unbeschädigt ankommt. Automatisierung und Produktion in Reinräumen können erforderlich sein.
Materialien
Thermoplastische Kunststoffe gibt es in fast so vielen Formen, wie es Ideen im Kopf eines Maschinenbauingenieure gibt. In der Welt des Mikro-Spritzgusses erfordern kritische Komponenten oft exotische oder hochentwickelte Kunststoffverbindungen.
Materialien wie PEEK, PEI (Ultem®), kohlenstoffgefüllte LCP oder glasgefüllte Nylons sind für uns alltäglich. Weiche Durometer oder Elastomer Kunststoffe sind uns ebenfalls gut vertraut. Direkte Erfahrungen mit diesen Materialien bei Mikro-Spritzgussverfahren sind ein weiterer Teil von unserem wertvollem Erfahrungsschatz, der erforderlich ist, um ein optimales Ergebnis aus dem erwählten Kunststoffmaterial / Entwurf des Mikro-Spritzgussteils zu erhalten.
Kundenzufriedenheit
Wenn alles gesagt und getan ist, geht es um die fertige Komponente oder Montage. Ein authentischer Hersteller von Mikro-Spritzgussteilen produziert extreme Teile konsequent und effizient immer wieder gleich. Die Aufgabe eines echten Herstellers von Mikro-Spritzgussteilen besteht letztlich darin, den hohen Ansprüchen der modernen Fertigung gerecht zu werden. Die Kunst und der Einfallsreichtum würde in dem Prozess verloren gehen, wenn am Ende das Produkt den Kunden nicht zufrieden stellt.
Auch wenn das Mikro-Spritzgussverfahren neu und originell erscheint, ist Accumold seit mehr als drei Jahrzehnten im „Mikro“ -Geschäft tätig und hat im Laufe der Jahre Milliarden von Mikro-Spritzgussteilen produziert. Hier haben wir als Unternehmen begonnen und hier ist es, wo wir weiterwachsen, innovieren und produzieren.
Echte Mikro-Spritzgussherstellung hat unsere Denkweise, unsere Handlungsweise und unsere Lebensweise stark geprägt.