Diese Mikrospritzgießmaschine soll einschlägige Forschungsarbeiten unterstützen. (Bild: Wittmann

Diese Mikrospritzgießmaschine soll einschlägige Forschungsarbeiten unterstützen. (Bild: Wittmann Battenfeld GmbH)

Mit einer Spritzgießmaschine MicroPower der Wittmann Battenfeld GmbH will das britische RKT Centre for Polymer, Micro and Nano Technology umfangreiche Mikrospritzgießexperimente durchführen und neue Erkenntnisse gewinnen.

A-Kottingbrunn (rm). Die Maschine ist mit verschiedenen Peripheriegeräten ausgerüstet, die speziell auf die Forschungsarbeit des Instituts im Mikro- und Nano-Spritzgießen abgestimmt sind. Es besteht bereits eine umfangreiche Liste an Projekten und Experimenten, die durchgeführt werden sollen. Daneben steht die Maschine für Lohnarbeiten zur Verfügung.

Der Mikrospritzguss zeigt nach Meinung des Instituts, wie wenig über die tatsächlichen Bedingungen für den Wärmefluss während des Formungsvorgangs bekannt ist. Sie hängen von der jeweiligen Temperatur an der Werkzeugoberfläche sowie den Auswirkungen von Drücken und der Struktur der Werkzeugoberfläche ab.

Mangels Daten und empirischer Forschungsergebnisse zum Thema ist man hier bisher von einem konstanten Wärmeübergangswiderstand ausgegangen. Diese Annahme trifft aber offensichtlich nicht zu. Eine kürzliche Bewilligung von Forschungsmitteln ermöglicht es nun, mit der Mikrospritzgießmaschine auf unerforschtes Gebiet vorzudringen und über neue Erkenntnisse zu berichten.

Das Institut will die Maschine mit einem Rechenzentrum und mit dem Internet vernetzen, um alle Forschungsdaten mit einem Datenerfassungs- und Messsystem auf Ethernet-Basis zu dokumentieren. Diese anspruchsvollen Datenaufzeichnungen soll die Basis dafür bilden, um das Verhalten vieler Materialien im Werkzeug zu erkennen und vorauszusagen, einschließlich solcher für den Nano-Spritzguss.
Diese Daten sollen dann auch über das Internet Nutzern bereit gestellt werden. Sie können dann den gesamten Prozess von der Rohmateriallagerung über Trocknungsbedingungen und Spritzgießparameter bis hin zur Qualitäts-Endkontrolle nachvollziehen. Wichtigste Nutzer-Zielgruppen sind die Medizintechnik sowie das Gesundheitswesen.

Das Institut in Bradford will seine Position in der Herstellung von Kleinstteilen innerhalb der nächsten drei Jahre ausbauen. Dies betrifft sowohl die  Grundlagenforschung zum Mikro-Spritzguss als auch bezüglich die Auftragsprojekte.

Medizintechnik und Gesundheitswesen werden wohl zukünftig den größten Anteil der Forschungsarbeit des Instituts ausmachen. Im letzten Jahr gelang es beispielsweise, ein neues Zahnimplantat aus Kunststoff zu entwickeln, von dem nun etwa 100 000 Stück pro Jahr im Institut spritzgegossen werden.

Ganzheitliche Systemlösungen reichen von Machbarkeitsnachweisen über Kunststoffmaterialsynthese und -auswahl bis hin zu Umweltverträglichkeitstests und der Erstellung von Prototypen. Die Konstruktion und Abnahme von Werkzeugen einschließlich weicher und zweiteiliger Ausführungen bis hin zu Werkzeugen für die Serienproduktion bildet einen weiteren Schwerpunkt.
Das Mikrospritzgießen von Kunststoffen – Schussgewichte von weniger als 1 g – unterscheidet sich grundsätzlich von den meisten anderen Anwendungen im Standard-Spritzguss, was den Fertigungsprozess und die technischen Voraussetzungen betrifft.

Zum Einen wird nur sehr wenig Kunststoff-Rohmaterial pro Stück gebraucht und normalerweise wird kein Standard-Material wie PE, PP oder PVC verwendet. Zum Anderen werden viele der so verarbeiteten Hochleistungs-Kunststoffe für hochwertige Produkte im Gesundheitswesen
eingesetzt. Insbesondere Produktentwicklungen mit PEEK sind zur Zeit häufig, beispielsweise für Implantate, Prothesen und sonstige Anwendungen.

Das physikalische Verhalten von Kunststoffschmelzen zu verstehen, die nicht mehr als eine Mikrosekunde benötigen, um ein Werkzeug zu füllen, und die innerhalb von einer Sekunde aufgeheizt und wieder abgekühlt werden, ist eine enorme Herausforderung. Das Institut setzt dafür Techniken wie Ultraschall, schnell laufende Kameras und speziell entwickelte Mikroskopie ein, um Verarbeitungsverfahren verbessern zu können.

Bei Verarbeitungsproblemen wie der Abkühlung des Werkzeugs oder der Entstehung von Bindenähten in Teilen sowie bei sonstigen Prozessparametern wird Hilfestellung geleistet. Denn die Materialien befinden sich beim Mikrospritzgießen in so großer Nähe zur Werkzeugwand, dass ein ganzes Bündel von Verarbeitungskriterien notwendig ist.