Rosnące zapotrzebowanie na silikonowe mikrodetale dla techniki medycznej, elektroniki samochodowej i innych branż sprawia, że mikrowtrysk staje się wyspecjalizowanym obszarem przetwórstwa. W zakładzie starlim w Marchtrenk w Austrii temu segmentowi poświęcono osobny dział, wyposażony we wtryskarki MicroPower firmy Wittmann oraz własny cleanroom. Jak wyjaśnia Dominik Kreuzmayr, w starlim za mikro uznaje się detale o masie poniżej 10 mg. Firma podkreśla, że nie istnieje jedna powszechnie przyjęta definicja mikrowtrysku, a stosowana klasyfikacja wynika z wieloletniego doświadczenia i znajomości zachowania materiału w bardzo drobnych strukturach formy. W tej skali obowiązują bowiem inne reguły niż w przypadku większych części. Przykładem są dwa prezentowane wyroby, O-ring o wymiarach 0,7 x 0,4 mm oraz komponent aparatu słuchowego o wymiarach 6 x 5 x 1 mm. Pierwszy z nich jest tak mały, że trudno go podnieść palcami, drugi natomiast pokazuje złożoność konstrukcji w skali mikro, ponieważ jest detalem dwukomponentowym. W jego centrum znajduje się membrana z niebieskiego ciekłego silikonu LSR, otoczona sztywną ramką termoplastyczną z PBT, która ułatwia montaż w urządzeniu słuchowym.
W przypadku tego komponentu do aparatu słuchowego detal wytworzono w formie jednogniazdowej na w pełni elektrycznej wtryskarce MicroPower. Jak zaznacza Kreuzmayr, w produkcji przemysłowej starlim zatrzymuje się na czterech gniazdach, ponieważ przy najwyższej precyzji w zakresie poniżej milimetra kluczowe jest możliwie bliskie rozmieszczenie gniazd. Głównym wyzwaniem są wąskie tolerancje w obszarze pofalowania korpusu membrany. Günter Polt, inżynier aplikacji w dziale mikrowtrysku starlim, zwraca uwagę, że przy tak małych detalach decydujące znaczenie ma dokładność sterowania wtryskarki, ponieważ w przeciwieństwie do wtrysku większych części pozostała poduszka stopu nie odgrywa tu istotnej roli. Polt, związany z przetwórstwem silikonu od prawie 30 lat, podkreśla również, że jakości takich detali często nie da się ocenić gołym okiem i konieczna jest obserwacja pod mikroskopem.
Precyzja procesu i stabilność regulacji
Według przedstawicieli starlim maszyny MicroPower wyróżniają się bardzo wysoką precyzją realizacji wszystkich nastaw procesowych. Firma zwraca uwagę na połączenie bardzo czułej dynamiki z absolutnie stabilną i dokładną regulacją. W przypadku komponentów do aparatów słuchowych dokładność odwzorowania ma znaczenie nie tylko dla sprawnego montażu, ale przede wszystkim dla prawidłowego odtwarzania dźwięku. Tolerancje gotowego detalu dwukomponentowego wynoszą plus/minus 2 µm. Wymaga to bardzo precyzyjnego ustawienia i kontroli siły zamykania, a także bardzo dokładnej formy.
Forma pochodzi z własnej narzędziowni firmy. To właśnie od budowy form wywodzą się korzenie obecnej grupy przedsiębiorstw. W 1974 roku Franz Sterner założył firmę Sterner Werkzeugbau GmbH, a dziesięć lat później powstała spółka Starlim Spritzguss GmbH. Oba obszary działalności są dziś ściśle powiązane, a formy wykonywane są wyłącznie na potrzeby własnej produkcji. Dla klientów oznacza to skoordynowane rozwiązania z jednego źródła oraz transfer wiedzy pomiędzy projektowaniem form i przetwórstwem. Według firmy dopiero nowe technologie laserowe oraz mikrodruk 3D umożliwiają konstruowanie form dla tak małych komponentów aparatów słuchowych, przy jednoczesnym spełnieniu rygorystycznych wymagań jakości akustycznej.
Dwukomponentowy detal do aparatów słuchowych: najwyższa precyzja wtrysku jest warunkiem dokładnego odtwarzania dźwięku
Zintegrowana kontrola jakości w linii
W produkcji seryjnej planowane jest badanie właściwości drganiowych membrany w trybie in-line, bezpośrednio po procesie wtrysku i jeszcze wewnątrz gniazda formy. Zdaniem starlim jest to rozwiązanie najbardziej efektywne, ponieważ bardzo małe detale pozostają tam w zdefiniowanym położeniu i nie wymagają ponownego pozycjonowania do kontroli jakości. Na potrzeby testu drgań konstruktorzy form zintegrowali w chwytaku robota emiter dźwięku oraz laserowy system pomiarowy. Jak mówi Kreuzmayr: „W przypadku tego komponentu do aparatu słuchowego osiągnęliśmy prawdziwy przełom dzięki innowacyjnej technologii form i wyjątkowo wydajnej technologii przetwórstwa”.
Integrację kolejnych etapów produkcji, takich jak kontrola jakości, wspiera także sama koncepcja konstrukcyjna MicroPower. Na powierzchni zaledwie 2 m2 w pełni elektryczna komórka robocza mieści kompletny osprzęt, w tym jednostkę zamykania z płytą obrotową, opatentowany dwustopniowy układ wtryskowy, podawanie materiału, automatykę, termostat, system kontroli jakości i kolejne urządzenia procesowe. Jednocześnie przestrzeń formy z odstępem między płytami 400 mm pozostaje łatwo dostępna. Prowadnice liniowe zapewniają bardzo czułą ochronę formy, a precyzyjny pięciopunktowy mechanizm dźwigni kolanowej równomiernie rozkłada siłę zamykania na płaszczyźnie podziału formy.
Jak podkreśla Jochen Sassmann, Regional Sales Manager w Grupie Wittmann, konstrukcja maszyny umożliwia dosunięcie tłoka wtryskowego aż do płaszczyzny podziału formy. To rozwiązanie znacząco ogranicza wielkość wlewka, a w niektórych przypadkach nawet całkowicie go eliminuje. W przypadku wtrysku silikonu ma to szczególne znaczenie materiałowe, ponieważ całkowicie zwulkanizowany LSR nie nadaje się do recyklingu.
MicroPower oferuje dużą swobodę automatyzacji. Oprócz zintegrowanego pionowo robota Scara można przez interfejsy integrować także rozwiązania opracowane przez klientów
Mikrowtrysk jako obszar produkcji seryjnej
Dział mikrowtrysku starlim działa od 15 lat. Jak wskazuje Kreuzmayr, pierwsza mikrowtryskarka Battenfeld trafiła tam w czasie, gdy była to jedyna firma zdolna dostarczać takie maszyny do przemysłowej produkcji seryjnej. Według przedstawicieli obu firm koncepcja maszyny była stale rozwijana i dziś wyznacza stan techniki w mikrowtrysku pod względem precyzji i wydajności. Obecnie w Marchtrenk pracuje kilka wtryskarek MicroPower, część z nich w nowym cleanroomie, gdzie produkowane są między innymi precyzyjne wyroby do chirurgii oka.
Każda z tych maszyn jest konfigurowana pod wymagania określonej grupy produktów. W zakładzie pracują zarówno urządzenia do wtrysku jednokomponentowego, jak i maszyny dwukomponentowe oraz zintegrowany system złożony z dwóch oddzielnych maszyn połączonych robotem. Taki układ zwiększa elastyczność, ponieważ umożliwia wydajną produkcję detali dwukomponentowych, a jednocześnie pozwala wykorzystywać obie maszyny niezależnie, z formami jednokomponentowymi. W obszarze automatyzacji koncepcja MicroPower pozostawia szeroką swobodę. Oprócz pionowo zainstalowanego robota Scara, który stanowi integralną część komórki produkcyjnej, przez interfejsy można integrować różne systemy manipulacyjne, w tym rozwiązania opracowane we własnym zakresie przez starlim.
Przy każdym nowym projekcie analizowane jest, czy wyższą efektywność całkowitą zapewni maszyna wielokomponentowa, czy rozwiązanie zintegrowane. Obecnie udział wyrobów dwukomponentowych wynosi około 40 proc., a zespół mikrowtrysku starlim zakłada wzrost tego udziału. Zapytania dotyczące detali dwukomponentowych pojawiają się częściej, choć ich rozwój produktowy zajmuje więcej czasu.
Produkcja wielkoseryjna, która pierwotnie przesądziła o współpracy z Grupą Wittmann w obszarze mikrowtrysku, nadal dominuje w codziennej działalności zakładu w Marchtrenk. Serie liczone w milionach sztuk są tam powszechne. Jak mówi Dominik Kreuzmayr: „Maszyny MicroPower niezawodnie radzą sobie z tymi skrajnymi wymaganiami i zapewniają nam bezpieczny proces”. Zespół mikrowtrysku starlim podkreśla również dobrą współpracę z Grupą Wittmann. „Komunikujemy się szybko i bezpośrednio, a do tej pory wspólnie znajdowaliśmy rozwiązania dla wszystkich wyzwań, z którymi się mierzyliśmy. Dzięki dobremu partnerstwu rzeczywiście jesteśmy w stanie w pełni wykorzystywać możliwości technologiczne tych maszyn.”
W starlim MicroPower jest standardowym wyposażeniem w obszarze mikrowtrysku silikonu. Zdjęcia: Starlim Spritzguss GmbH
