Kleine onderdelen, grote aantallen, hoge eisen aan precisie

Nieuwe toepassingen in de medische technologie, auto-elektronica en andere industrieën zorgen voor een toenemende vraag naar micro-onderdelen van siliconen. Starlim, ’s werelds grootste siliconenverwerker, heeft op het hoofdkantoor in Marchtrenk (AT) een afdeling gewijd aan micro-spuitgieten. Uitgerust met MicroPower spuitgietmachines van Wittmann en een eigen cleanroom.

“Voor ons is alles met een gewicht onder de tien milligram micro,” zegt Dominik Kreuzmayr, terwijl hij twee voorbeeldonderdelen laat zien: een O-ring en een onderdeel voor een hoortoestel. Kreuzmayr is teamleider marketing en was voorheen de drijvende kracht achter de interne ontwikkeling van de afdeling micromolding. De classificatie bij starlim is gebaseerd op ervaring en inzicht in het gedrag van materialen in extreem fijne matrijsstructuren. “Hier gelden namelijk compleet andere regels.”

De twee micro-onderdelen zijn verpakt in transparante zakjes. De O-ring, met afmetingen van 0,7 x 0,4 mm, is op zichzelf te klein om met de vingers op te pakken. Het is een perfect voorbeeld van de precisie van in massa geproduceerde micro-onderdelen.

In directe vergelijking met de O-ring lijkt het hoortoestelonderdeel, met afmetingen van 6 x 5 x 1 mm, bijna groot, maar het maakt indruk op de kijker door zijn ontwerp. Het is een onderdeel met twee componenten. In het midden bevindt zich een membraan van blauwkleurige vloeibare siliconen (LSR), dat wordt omgeven door een robuust thermoplastisch frame van PBT, wat de montage in het hoortoestel vergemakkelijkt. De toepassing bepaalt de grootte van het onderdeel.

Afstelling

Dit specifieke hoortoestelonderdeel is geproduceerd in een matrijs met één holte op een volledig elektrische MicroPower spuitgietmachine. “Voor industriële massaproductie stoppen we bij vier holtes”, legt Kreuzmayr uit. Zestien holtes zouden er al te veel zijn, omdat overal waar de hoogste precisie vereist is, Op submillimeterniveau is het belangrijk dat de holtes zeer dicht bij elkaar liggen.

De grootste uitdaging bij de productie van de hoortoestelcomponenten zijn de nauwe toleranties in het gebied van de ribbels op het membraan. “Hier moeten we kunnen vertrouwen op de nauwkeurigheid van de spuitgietmachine, want in tegenstelling tot het spuitgieten van grotere onderdelen speelt de restsmelt hier geen rol”, zegt Günter Polt, applicatie-ingenieur bij de afdeling microspuitgieten van starlim. Polt werkt al bijna 30 jaar in de siliconenspuitgietindustrie. Toen hij een paar jaar geleden overstapte naar de afdeling microspuitgieten, “was dat een behoorlijke schok. Je kunt de kwaliteit van de onderdelen niet met het blote oog beoordelen. Dat is vaak alleen mogelijk onder een microscoop.”

“De MicroPower-machines onderscheiden zich door hun buitengewone precisie bij het instellen van alle parameters”, benadrukt Kreuzmayr. “Deze extreem gevoelige dynamiek in combinatie met een absoluut stabiele en nauwkeurige regeling zet nieuwe normen.” Hier heroverwegen mensen echt hun normen voor procesbetrouwbaarheid en herhaalbaarheid.

Bij hoortoestelcomponenten is een hoge afdruknauwkeurigheid niet alleen cruciaal voor een efficiënte assemblage. In deze toepassing is hoge precisie veel belangrijker voor een accurate geluidsweergave. De tolerantiemarges voor het afgewerkte tweedelige onderdeel bedragen plus/minus twee micrometer. Dit vereist een zeer nauwkeurige afstelling en controle van de klemkracht, evenals een zeer precieze matrijs.

Geïntegreerde kwaliteitscontrole

De matrijs komt uit de eigen matrijzenmakerij, waar de wortels van de bedrijvengroep liggen. Klanten krijgen gecoördineerde oplossingen uit één hand en profiteren van kennisoverdracht en geïntegreerde ontwikkeling. Alleen nieuwe lasertechnologieën en micro-3D-printing maken het mogelijk om matrijzen te maken voor zulke kleine hoortoestelcomponenten met zulke strenge akoestische kwaliteitseisen.

Voor massaproductie is het de bedoeling om de trillingseigenschappen van het membraan inline te testen, dat wil zeggen direct na het spuitgieten, nog in de matrijs. Dit is de meest efficiënte methode, omdat de extreem kleine onderdelen zich daar nog in een vaste positie bevinden en niet opnieuw hoeven te worden uitgelijnd voor de kwaliteitscontrole. Voor de trillingstest hebben de matrijsmakers een geluidszender en een lasermeetsysteem in de robotgrijper geïntegreerd. “Met dit onderdeel voor hoortoestellen hebben we een echte doorbraak bereikt, dankzij innovatieve matrijstechnologie en uiterst efficiënte verwerkingstechnologie”, aldus Kreuzmayr.

Compact op twee vierkante meter productievloer

De integratie van verdere productiestappen, zoals kwaliteitscontrole, wordt ondersteund door het ontwerpconcept van de MicroPower. Op een vloeroppervlak van twee vierkante meter past de volledig elektrische werkcel de complete uitrusting, inclusief de klemeenheid met draaiplaat, het gepatenteerde tweetraps spuitgietsysteem, plus materiaalbehandeling, automatisering, temperatuurregelaar, het kwaliteitscontrolesysteem en verdere proceseenheden. Dit alles terwijl de matrijsruimte met een plaatafstand van 400 mm gemakkelijk toegankelijk blijft.

Lineaire geleiders zorgen voor matrijsbescherming en dankzij een nauwkeurig 5-punts hefboomsysteem wordt de klemkracht gelijkmatig verdeeld over de matrijsscheidingslijn. “Het ontwerp van de machine stelt ons in staat om de injectieplunjer tot aan de matrijsscheidingslijn te bewegen”, beschrijft Jochen Sassmann, regionaal verkoopmanager van de Wittmann Group, de functie die de spruw verkleint of zelfs volledig elimineert. Omdat volledig gevulkaniseerd LSR niet gerecycled kan worden, profiteert siliconenspuitgieten het meest van dit materiaalbesparende proces.

Meercomponentenmachine of geïntegreerde oplossing?

Vijftien jaar geleden richtte starlim zijn microspuitgietafdeling op. Al snel arriveerde de eerste microspuitgietmachine van Battenfeld in de productie. Sassmann: “Het machineconcept is continu verder ontwikkeld en is vandaag de dag toonaangevend in microspuitgieten wat betreft precisie en efficiëntie.”

Verschillende MicroPower-spuitgietmachines zijn momenteel in gebruik in Marchtrenk, sommige in de nieuwe cleanroom waar producten zoals oogchirurgie worden vervaardigd.

De machines zijn afgestemd op de specifieke eisen van bepaalde productgroepen. Er zijn machines die volledig zijn uitgerust voor spuitgieten van ééncomponentonderdelen, maar ook machines voor tweecomponentenonderdelen en een geïntegreerd systeem bestaande uit twee afzonderlijke machines die via een robot met elkaar zijn verbonden.

Naast de verticaal geïntegreerde Scara-robot kunnen ook door klanten ontwikkelde oplossingen via interfaces worden geïntegreerd.

Naast de verticaal geplaatste Scara-robot, die een integraal onderdeel vormt van de MicroPower-productiecel, kunnen diverse handling-systemen via interfaces worden geïntegreerd – waaronder systemen die door starlim zelf zijn ontwikkeld.

Voor elk nieuw project wordt onderzocht welk productieconcept de hoogste algehele efficiëntie oplevert. Het aandeel tweecomponentenproducten bedraagt ​​momenteel ongeveer 40 procent. Het Micro Molding-team van starlim is ervan overtuigd dat dit percentage zal stijgen. Er komen nu al vaker aanvragen voor tweecomponentenonderdelen binnen, maar deze vergen ook meer tijd in de productontwikkeling.

Massaproductie, die oorspronkelijk de doorslag gaf voor de samenwerking met de Wittmann op het gebied van micromolding, domineert tot op de dag van vandaag de dagelijkse productie in Marchtrenk. Batchgroottes van miljoenen stuks zijn heel gewoon. “MicroPower-machines kunnen deze uitdagingen betrouwbaar aan,” aldus Dominik Kreuzmayr.