DESIGN FOR MICRO MOLDING (DFMM) - TECHNISCHER ERFOLG AUF MIKRON-EBENE

In der Produktentwicklung ist das Konzept des "Design for Manufacturing" (DfM) fest etabliert. Es ist ein Leitprinzip, das sicherstellt, dass die Geometrie, die Materialauswahl und der Funktionsumfang eines Produkts mit den Realitäten der Fertigung kompatibel sind. Wenn man dieses Konzept jedoch auf die Mikroebene von Kunststoffteilen herunterbricht - die weniger als den Bruchteil eines Gramms wiegen können und deren Toleranzen in Mikrometern gemessen werden -, wird DfM zu etwas weitaus differenzierterem - Design for Micro Molding (DfMM).

Und in diesem Maßstab ist der Spielraum für Fehler praktisch nicht vorhanden.

Bei Accumold haben wir Jahrzehnte damit verbracht, die Kunst und Wissenschaft des Mikrospritzgießens zu meistern. Aber eines ist im Laufe der Jahre immer klarer geworden: Egal, wie fortschrittlich die Ausrüstung oder wie qualifiziert die Techniker sind, der langfristige Erfolg eines jeden mikrogeformten Produkts wird bestimmt, bevor der erste Schuss Harz in die Form gelangt. Er beginnt mit einem durchdachten, kooperativen Design.

ÜBERDENKEN DER KONSTRUKTIONSGRUNDLAGEN FÜR DIE MIKROSKALA

DfMM verlangt von den Ingenieuren, dass sie einige der grundlegendsten Annahmen, die im Makromaßstab gelten, neu überdenken. Traditionelle Konstruktionsstrategien für Teile - Anschnittplatzierung, Entformungswinkel, Trennlinien und sogar Wandstärken - lassen sich nicht direkt übertragen. Sie müssen für eine Welt neu interpretiert werden, in der eine Verschiebung von 0,005" ein Feature unbrauchbar oder ein Teil ganz und gar unformbar machen kann.

Zum Beispiel sind die Anschnittoptionen auf Mikroebene drastisch reduziert. Typische Anschnittdurchmesser liegen zwischen 60 und 200 Mikrometern. Die Platzierung der Auswerferstifte - in vielen traditionellen Formen ein nachträglicher Gedanke - wird zu einer kritischen Einschränkung, da die Stifte nicht nur winzig sein müssen (manchmal nur 0,25 mm), sondern auch strategisch platziert werden müssen, um die empfindlichen Merkmale nicht zu beschädigen oder die Funktion des Teils zu beeinträchtigen.

Auch die Wahl der Materialien ist nicht so einfach, wie es scheinen mag. Ingenieure ziehen oft Datenblätter zu Rate und wählen Materialien aus, die in Makroanwendungen gut funktionieren - PEEK, Ultem®, LCP, kohlenstoffgefüllte Nylons und andere. Viele Kunststoffdatenblätter basieren jedoch auf Teststäben, die in Großwerkzeugen mit großen Anschnitten geformt wurden. Diese Daten sind oft irreführend, wenn man versucht, Hochtemperaturpolymere durch einen 0,1-mm-Anschnitt in eine Mikrokavität mit extremen Aspektverhältnissen zu drücken.

Genau hier setzt echtes DfMM an - mit einer intensiven, frühzeitigen Zusammenarbeit zwischen Designern und Mikroformungsexperten.

DER FALL FÜR FRÜHZEITIGES ENGAGEMENT

Wenn es eine allgemeingültige Wahrheit in der Mikrogießerei gibt, dann ist es diese. Je früher der Mikrogießer in die Produktentwicklung einbezogen wird, desto besser werden die Ergebnisse sein.

Bei Accumold sagen wir oft, dass wir nicht nur Hersteller sind - wir sind Berater. Wir bauen nicht nur Werkzeuge und fertigen Teile, sondern arbeiten mit Designteams zusammen, um sie durch den Mikrofertigungsprozess zu führen, von der CAD-Datei bis zum fertigen, validierten Teil. Diese Partnerschaft beginnt mit offenen, pragmatischen Designprüfungen, bei denen die Machbarkeit des Teils, die Materialkompatibilität, die Formbarkeit und die Auswirkungen auf die nachgelagerte Verarbeitung wie Montage und Prüfung bewertet werden.

In dieser Phase können - und sollten - Konstruktionen in Frage gestellt werden. Manchmal arbeiten wir mit Kunden zusammen, die überzeugt sind, dass ihr Entwurf nicht formbar ist. Mit ein paar subtilen Änderungen an Wandstärke, Verzug oder Anschnitt können wir jedoch ein problematisches Konzept in ein herstellbares Teil verwandeln. In anderen Fällen stoßen wir auf Merkmale, die sich einfach nicht formen oder messen lassen. In diesen Fällen können wir durch eine frühzeitige Einbindung Änderungen empfehlen, bevor sie zu Nacharbeiten an den Werkzeugen oder zu Programmverzögerungen führen.

Diese Zusammenarbeit in der Entwicklungsphase ist nicht nur nützlich, sondern entscheidend.

DFMM ALS STRATEGIE ZUR RISIKOMINDERUNG

Von außen betrachtet, kann es leicht passieren, dass man unterschätzt, wie viel Risiko in der Produktentwicklung im Mikrobereich steckt. Die Teile mögen klein sein, aber es steht viel auf dem Spiel - vor allem in der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt und der Mikroelektronik, wo Versagen keine Option ist.

In jeder Entwicklungsphase - vom Teiledesign und der Werkzeugherstellung bis hin zum Spritzguss, der Validierung und der Messtechnik - können Schwankungen auftreten, die den Erfolg des Projekts gefährden. Eine der besten Möglichkeiten, diese Risiken zu minimieren, ist ein umfassendes DfMM, das die Qualität von Anfang an einbezieht.

Betrachten Sie die Werkzeugherstellung. Ein Mikrospritzgusswerkzeug ist keine verkleinerte Version eines herkömmlichen Werkzeugs. Es stellt eine völlig andere technische Herausforderung dar. Kernstifte zum Beispiel können dünner als ein menschliches Haar sein und müssen extremen Drücken standhalten, ohne sich zu verbiegen. Ohne Präzisionswerkzeuge - die im eigenen Haus unter strenger Kontrolle hergestellt werden - kann selbst das beste Teiledesign nicht mit gleichbleibender Qualität realisiert werden.

Oder nehmen Sie die Messung. In vielen Fällen sind die Merkmale, die wir formen, zu klein, um mit herkömmlichen Werkzeugen gemessen zu werden. Die Validierung von Teilen auf dieser Ebene erfordert spezielle Messgeräte und -techniken, die bereits in der Entwurfsphase eingeplant werden müssen. Wenn das Teil nicht so konstruiert ist, dass es messbar ist, ist es auch nicht herstellbar - zumindest nicht in einer Weise, die Vertrauen erweckt.

ÜBER DAS TEIL HINAUS - DFMM UMFASST PROZESS UND MENSCHEN

Es ist auch wichtig zu erkennen, dass DfMM nicht mit der Geometrie und der Materialauswahl endet. Sie erstreckt sich auch auf den Formgebungsprozess, die Automatisierungsstrategien und sogar auf die am Projekt beteiligten Personen.

Die Skalierung eines Teils vom Prototyp bis zur Produktion ist keine Plug-and-Play-Übung. Im Mikromaßstab können die kleinsten Prozessvariationen - Verweilzeit, Schmelzetemperatur, Einspritzgeschwindigkeit - Einfluss auf Schrumpfung, Gratbildung oder Fehlanpassung der Trennebene haben. Wenn diese Empfindlichkeiten bei der Konstruktion nicht berücksichtigt wurden, treten Probleme auf, wenn die Produktionsmengen steigen.

Aus diesem Grund ist die vertikale Integration beim Mikrospritzgießen von so großer Bedeutung. Bei Accumold arbeiten unsere Ingenieure, Werkzeugbauer, Qualitätsspezialisten und Automatisierungsexperten unter demselben Dach und in ständiger Zusammenarbeit. Dies ermöglicht es uns, den Prozess frühzeitig zu testen, zu verfeinern und zu perfektionieren - nicht erst, wenn ein Programm bereits in der Krise steckt.

Und es ermöglicht uns, Projekte von Prototypenwerkzeugen mit einem einzigen Hohlraum bis hin zu Produktionswerkzeugen mit 16 oder 32 Hohlräumen zu realisieren, die Millionen oder sogar Milliarden von Teilen pro Jahr produzieren, und das alles unter Einhaltung strenger Qualitätskontrollen.

WÄHLEN SIE DEN RICHTIGEN PARTNER - UND ENGAGIEREN SIE SICH FRÜHZEITIG

Wenn Sie ein Produkt entwickeln, das auf Mikrospritzguss angewiesen ist, ist die Botschaft klar: DfMM ist nicht optional. Es ist das Fundament, auf dem der Erfolg Ihres Programms ruht.

Die ausgefeiltesten Werkzeugkonstruktionen, die fortschrittlichsten Spritzgusspressen, der sauberste Reinraum - nichts davon kann eine fehlerhafte Konstruktion ausgleichen, die nicht von Anfang an für die Mikrofertigung ausgelegt war.

Deshalb ist die Auswahl des Partners so wichtig. Fragen Sie bei der Evaluierung eines Mikroherstellers nicht nur nach der Größe der Druckmaschine oder den ISO-Zertifizierungen. Fragen Sie auch nach der Fähigkeit des Unternehmens, DfMM zu unterstützen. Haben sie einen eigenen Werkzeugbau? Können sie den Fluss simulieren und das Teiledesign optimieren? Können sie validieren, automatisieren und skalieren? Verstehen sie sich als Partner - oder nur als Lieferant?

Wir bei Accumold glauben, dass die Antwort klar sein sollte. Denn in diesem Geschäft wird der Erfolg nicht an den geformten Teilen gemessen. Er wird an den gelieferten Teilen gemessen - konsistent, kosteneffizient und mit der Gewissheit, dass sie genau so funktionieren wie geplant.

Wenn also Ihre nächste Innovation vom Mikrospritzguss abhängt, denken Sie daran: Entwerfen Sie nicht nur für die Funktion. Entwerfen Sie für die Mikrofertigung. Der Unterschied mag in Mikrometern gemessen werden - aber seine Auswirkungen sind enorm.

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