Abgeschlossenes Projekt: MikroFormenBau (MiFoBa)

Das KuZ forscht seit über einem Jahrzehnt auf dem Gebiet des Mikrospritzgießens. Dabei werden Aufgaben entlang der gesamten Wertschöpfungskette bearbeitet, angefangen bei der Formteilauslegung und Dimensionierung, über Materialaufbereitung, Werkzeugtechnik, Mikrospritzgießtechnologie und Formteilfertigung bis hin zu den Nachfolgeschritten, wie Qualitätssicherung und Montage.

In einem aktuell abgeschlossenen Projekt standen moderne Werkzeugtechniken im Vordergrund. Dabei ging es sowohl um die aktuellen Möglichkeiten der Mikrostrukturierung als auch um die Adaption von Werkzeugfunktionen für die Mikrotechnik.

Abb. 1: Formteill „Pipette“ für Keramik-Formmassen. Von links nach rechts: Testformteil, Angussvarianten (KuZ), Werkzeugkonzept (Proforma)

Während das KuZ die kunststofftechnischen Fragestellungen bearbeitete, erforschten die Projektpartner Fraunhofer IWU, Chemnitz und die Proforma GmbH, Radeburg die werkzeugtechnischen Aspekte. Als Impulsgeber sowie für spezielle anwendungsbezogene Fragen waren die Partner TKC Meißen (Keramikanwendungen), Bergi-Plast GmbH Berggießhübel (Antriebskomponenten), nAmbition Dresden (Silikonkomponenten für Laborgeräte) und Senslab Leipzig (Mikrofluidik) involviert.

Abb. 2: Beispiele für mikrostrukturierte Formkerne (IWU, Proforma) und Werkzeugaufbau (KuZ). Oben: verschiedene Strukturdetails, unten: Gesamtansichten, rechts: Konstruktionsdetails mit Hauptabmessungen

Durch die vielfältigen Kompetenzen wurde das KuZ an verschiedenen Schnittstellen des Projektes aktiv: Erstens wurden die Formteilideen und –entwürfe der Anwender-Projektpartner an die verfahrensspezifischen Anforderungen und Möglichkeiten des Mikrospritzgießens angepasst. Zweitens wurde die Formteil- und Spritzlingsgestaltung an die Möglichkeiten der Werkzeugtechnik angeglichen. Drittens mussten die Werkzeuge in die spezielle Mikrospritzgießmaschine integriert werden. Diese Arbeiten liefen stets in Abstimmung mit den betreffenden Partnern und iterativ (Abb. 1). Bei der Festlegung des Formteilspektrums wurde von den Projektpartnern das Ziel verfolgt, besondere werkzeugtechnische Problemstellungen mit anwendungsrelevanten Formteilkonzepten zu kombinieren. Die zentrale Aktivität des KuZ bezüglich der Schnittstellen war dabei die Formteilentwicklung, da diese die gesamte Prozesskette beeinflusst.

Ein Schwerpunkt des Projektes war die Entwicklung einer Mikrostruktur mit Siebfunktion für die Mikrofluidik. Dazu wurden aus den Anwendervorgaben Teststrukturen entwickelt (Abb. 2), welche im KuZ – auch mit Sonderwerkstoffen – umfangreich erprobt wurden (Abb. 3 und 4). Anhand der technologischen und werkzeugtechnischen Erfahrungen wurde dann das anwendungsrelevante Demonstrationsformteil erstellt. Weitere Beispielanwendungen, die jeweils mit einem Formteil umgesetzt wurden, sind ein schrägverzahntes Zahnrad, ein Keramikzahnrad in Zusammenhang mit einem Profilauswerfer, eine Dosierpipette mit Ø40 µm Öffnung aus Keramik, eine direktangespritzte Silikondichtung und eine Mikro-Gehäuse mit einer Freiform-Dichtfläche (s. Auswahl in Abb. 5).

Abb. 5: Formteilbeispiele aus dem Projekt: Zahnrad aus POM und Keramik-Feedstock (oben links), schrägverzahntes Planetenrad (oben rechts), „Kappe nonplanar“ (unten links), LCP-Gehäuse (unten rechts)

So ist es gelungen, das Know-how der Projektpartner um interessante Facetten zu erweitern. Diese stehen Anwendern zur Verfügung, um die Grenzen des Machbaren auf dem Gebiet des Mikrospritzgießens deutlich zu erweitern.

Finanziert aus Mitteln der ´Europäischen Union und des Freistaates Sachsen´ SAB MiFoBa, Nr. 13246/2247