Prototypen in der Medizintechnik in Schnellspritzguss herstellen

Prototypen im Schnellverfahren

Die Entwicklung von Prototypen in der Medizintechnik ist zeitaufwändig und kostenintensiv – ein Handicap vor allem für mittelständische Unternehmen. Voll funktionsfähige Bauteile für Prüfzwecke lassen sich auch weniger kostenträchtig im Schnellspritzguss herstellen.

Die Alternative heißt Aluminiumform statt Stahl. Durch grundlegende Verbesserungen in der Werkzeugmaschinen- und Spritzgießtechnologie lassen sich voll funktionsfähige Kunststoffteile unter Einsatz von Aluminiumformen anstelle des herkömmlichen Stahls fertigen.

Der Schnellspritzguss mit thermoplastischen Kunststoffen verkürzt den gesamten Entwicklungsprozess und führt so zu niedrigeren Herstellungskosten. Der britische Schnellspritzgießspezialist Protomold automatisiert den gesamten Herstellungsprozess mit Hilfe der patentierten Software ProtoQuote, die den Spritzguss vom Online-Angebot bis zur Formenkonstruktion in eine durchgängige Gesamtlösung integriert.

John Tumelty ist Unternehmensleiter von Protomold und überzeugter Verfechter des so genannten Rapid Injection Molding, einer Methodik, bei der Anwender nach einem standardisierten Online-
Angebotsverfahren spritzgegossene Prototypen und Kleinserien erhalten. „Das Fertigungsverfahren für herkömmliche Stahlwerkzeuge ist sehr arbeits- und zeitaufwändig, was wiederum erhebliche negative Auswirkungen auf ein Produktentwicklungsprojekt haben kann”, betont Tumelty. Schneller geht es nach seinen Angaben durch den prozessoptimierten Schnellspritzguss. „Protomold fertigt in wenigen Tagen Qualitätsformen aus modernen Aluminiumlegierungen mit Hilfe der CNC-Hochgeschwindigkeitsbearbeitung,” sagt Tumelty.

Technik und Service aus einem Guss

Aber die Bearbeitungstechnologie ist nur die halbe Geschichte. Protomold versteht sich als Service-Dienstleister mit einem umfassenden Angebot an Werkzeugen und Informationen, die notwendig sind, damit Ingenieure und Konstrukteure auch ohne technische Detailkenntnis und Vorerfahrung das Spritzgießverfahren verstehen und Teile in Auftrag geben können. Das wichtigste Informationsmedium ist die Unternehmenswebseite. Sie enthält ausführliche Beschreibungen über die Konstruktionspraxis, wie das Spritzgießverfahren funktioniert und Hilfestellungen für die richtige Werkstoffwahl. „Jeder, der ein CAD-Modell besitzt, kann Teile bestellen und sicher sein, dass er genau dass bekommt, was er will, wann er es will und aus dem für die Produktion vorgesehenem Kunststoff,” fasst Tumelty zusammen.

Jeder Konstrukteur oder Designer, der mit dem britischen Spritzgieß- und Formenbau-Spezialisten zusammenarbeiten will, benötigt nicht viel mehr als einen Internet-Anschluss und einen Browser. Das Bestellverfahren für die Teile ist einfach und auf wenige Schritte begrenzt. „Wir haben erhebliche Summen investiert, um das Spritzgießen für jeden verständlich zu machen, sowohl hinsichtlich der Kosten als auch in Bezug auf das Verfahren,” sagt Tumelty.

Der Anwender überträgt sein 3D-CAD-Teilemodell in die Eingabemasken der Protomold-Webseite. Ein Testprogramm analysiert die Konstruktionsdaten und gibt dem Designer Informationen zur Verbesserung und Aktualisierung der Produktgestaltung, bevor die Form angefertigt wird. Das Kalkulkationsprogramm ProtoQuote beinhaltet den Preis für die Werkzeuge, den Preis der Muster, den Teilepreis mit Bezug auf verschiedene Chargengrößen und einen Kalkulator für spezifische, auf einer abweichenden Chargengröße basierende Teilepreise.

Schneller Spritzguss spricht Anwender an

Auf Referenzen angesprochen, verweist Protomold-Chef Tumelty auf das im irischen Limerick ansässige medizintechnische Unternehmen Stokes Bio. Die Firma setzte das Protomold-System zur Herstellung von funktionsfähigen Prototypen einer Polycarbonatschale für ein neues Produkt ein. Stokes Bio entwickelt eine Technologie, die auf der Amplifikation von Genen basiert, bei denen eine Überexpression aufgrund einer Erkrankung vorliegt. Teil der von dem Unternehmen entwickelten Lösung ist die Erzeugung von Mikrofluidsystemen. Ein wichtiger Baustein solcher Systeme ist die eigentliche Mikrofluidkarte – eine Platte mit 48 FEP-Polymer-Wells und Deckeln.

„Von der fertigen Gestaltung bis zur Lieferung von Polycarbonat-Spritzgussprototypen dauerte es nur 15 Tage,” sagt der technische Leiter Dr. Kieran Curran von Stokes Bio. „Wir gaben Protomold eine CAD-Datei und das System machte Empfehlungen, wie das Design für das Spritzgießen optimiert werden konnte,” erinnert sich Curran. „Wir benötigten eine Polycarbonatkarte- und platte mit 48 FEP-Polymer-Wells und Deckeln. Protomold hielt alle Toleranzen ein, und wir konnten die Teile problemlos zusammensetzen.”

Auf der anderen Seite des Atlantik nutzte das amerikanische Unternehmen GE Healthcare Engineers den Schnellspritzgießservice von Protomold, um die äußeren Stoßleisten seines TruSat-Pulsoximeters herzustellen. Durch Nutzung des Schnellspritzgießens konnte das Unternehmen innerhalb von zehn Tagen drei Prototypchargen evaluieren – erheblich schneller, als herkömmliche Spritzgießverfahren.

Der robuste und benutzerfreundlicher TruSat-Pulsoximeter gibt Klinikern frühzeitig Informationen in Bezug auf Probleme in der Sauerstoffversorgung der Gewebe eines Patienten. Bis zur Fertigstellung der Stahlproduktionsformen konnte GE Healthcare Engineers etwa 500 Teile im Schnellspritzgießverfahren herstellen – und das Produkt auf den Markt bringen, um die Nachfrage der Endbenutzer sofort zu erfüllen.

Wirtschaftlich überzeugende Alternative

Auch American Medical Systems verlässt sich auf die Dienstleistungen des Schnellspritzgussanbieters. Das Unternehmen muss Ärzte häufig mit Prototypen versorgen, die in Aussehen, Eindruck und Funktion dem Endprodukt entsprechen – Eigenschaften, die Prototypenschnellfertigung und maschinell bearbeitete Teile im Allgemeinen nicht bieten können. Robert Lund, leitender Entwicklungsingenieur des Unternehmens, war bisher auf herkömmliche Prototypingverfahren angewiesen: „Mit der Prototypenschnellfertigung lassen sich praktisch über Nacht Ergebnisse erzielen, aber sie bietet nicht die Materialstärke, die wir für die Funktionsprüfung benötigen”, sagt Lund. Ein herkömmlicher Formteilanbieter erzielt gute Qualitäten, aber er benötigt oft sechs bis acht Wochen, um ein fertiges Produkt zu erzeugen. Durch Nutzung des Schnellspritzgießverfahrens von Protomold konnte AMS 1 000 Teile in Produktionsqualität für das BioArc-Sling-System herstellen. Bei Kosten von nur wenigen tausend Dollar war das Verfahren eine schnelle, wirtschaftliche Alternative zu herkömmlichen Spritzgießverfahren. Uwe Fink