Entnahme eines spritzgegossenen Versuchsbauteils unter Verwendung der flexiblen Trennfolie.
Fraunhofer IFAM
Mit höchster Sorgfalt werden im Medizinsektor unterschiedliche Produkte hergestellt, steril verpackt und ausgeliefert. Die Prozessschritte Spritzgießen, Verpacken und Sterilisieren laufen üblicherweise nacheinander ab. Eine neu entwickelte Anlage vereint diese Verfahren in einem Arbeitsprozess.
In einem Forschungsvorhaben konnten Wissenschaftler des Fraunhofer IFAM ein Verfahren entwickeln, welches ein Spritzgussbauteil steril innerhalb einer Verpackung in einem Arbeitsprozess entstehen lässt. Dies soll erfolgen, ohne dass auf Reinraumbedingungen oder nachgeschaltete Sterilisationsschritte zurückgegriffen werden muss. Viele Unternehmen aus der Medizintechnik können jedoch aus logistischen und wirtschaftlichen Gründen nicht die gesamte Prozesskette vorhalten. Somit soll eine neue, kostengünstige Produktion gewährleistet und auch die Eintrittshürde für neue Marktteilnehmer im Bereich medizintechnischer Produkte, der Biotechnologie oder Laboranalytik, gesenkt werden.
Die Ansprüche der IFAM-Wissenschaftler waren hoch gesteckt: Oberflächen mit hoher geometrischer Komplexität sollten entstehen, die Verpackungsfolie sollte wie eine zweite Haut auf der Formoberfläche liegen, die Adhäsion der Folie zur Werkzeugoberfläche dabei aber deutlich geringer ausfallen als zur Spritzgussmasse – und dies alles staubfrei und steril.
Der Weg zur One-Step Fertigung
Zunächst konnten nach diversen Vorversuchen die Parameter für einen funktionellen Werkzeugeinsatz ermittelt werden. Somit konnte eine Spritzgussform mit Vakuumkanälen und Entlüftungsmöglichkeiten konstruiert und mittels additiver Fertigung realisiert werden. Das Werkzeug eignet sich sowohl zum Tiefziehen der Verpackungsfolie per Vakuum als auch zum schnellen Entlüften durch den Einspritzdruck der Kunststoffmasse.
Als Verpackung wählten die Wissenschaftler eine neuartige, temperaturstabile, thermoplastische Elastomertrennfolie, welche die Biokompatibilität nach DIN EN ISO 10993-5 erfüllt. Die Folie kann durch die gute Dehnbarkeit einfach hinterspritzt werden, sodass auch komplexe Formoberflächen abgeformt werden können.
Vor dem Spritzgussprozess wird die Folie automatisch in die Form gezogen. Eine hohe Spritzgussmassetemperatur im Bereich von über 130 °C bis 200 °C und ein Einspritzdruck von über 30 bar reduzieren mögliche Mikroorganismen auf der entstehenden Bauteiloberfläche und der Innenfolie. Vor jedem neuen Einzug in die Spritzgussanlage befindet sich die Folie zwangsläufig in einer Warteposition. Diese Zeit wird genutzt, um sie zudem mit Vakuumultraviolettstrahlung zu behandeln, sodass eventuell vorhandene Bakterien abgetötet werden. Interessant sind die Forschungsergebnisse insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen, die die gesamte Produktionskette bis zum steril verpackten Produkt im eigenen Haus aufbauen möchten.