Maschinentechnische Entwicklung eines alternativen Plastifizierverfahrens für das Spritzgießen von Mikroformteilen aus Kunststoff

Aufgrund des stetigen zunehmenden Einsatzes von Kunststoffen für die Erzeugnisseder Mikrosystemtechnik kommt dem Mikrospritzgießen für die Herstellungvon präzisen Mikroformteilen eine wichtige Rolle zu. Besonders konventionellePlastifiziereinheiten können konzeptionsbedingt die für die geringen Formteilmassendieser Erzeugnisse hohen Anforderungen hinsichtlich Prozesswiederholgenauigkeit und Einspritzpräzision bislang nur durch Inkaufnahme überdimensioniertgroßer Dosiervolumina erfüllen. Dabei spielt auch die Verweilzeit bei der Herstellungvon Produkten für die Medizintechnik eine wichtige Rolle.Um eine wirtschaftliche und präzise Herstellung von Mikroformteilen aus Kunststoffenzu ermöglichen, wird in dieser Arbeit ein alternatives Plastifizierkonzept entworfenund auf seine Einsetzbarkeit im Mikrospritzgießen untersucht. Das Konzeptder sogenannten Inversschnecke zeichnet sich dabei durch seine besondere Geometrieaus, die eine Verkleinerung der üblicherweise in der Plastifizierung eingesetztenDreizonenschnecke ermöglicht, ohne deren guten Homogenisierungseigenschaftenzu beeinträchtigen. Dabei wird die für die Plastifizierung und den Schmelzetransportnotwendige Schneckengeometrie auf die Zylinderwand übertragen.Zur Umsetzung des alternativen Plastifizierkonzepts werden zunächst die Anforderungenan die Maschinentechnik für eine präzise Herstellung von Mikroformteilenaus Kunststoff ermittelt sowie die grundsätzlichen Auslegungskriterien für Dreizonenschneckenerarbeitet und zusammengefasst. Anschließend erfolgt die Übertragungder Auslegungskriterien auf das Konzept der Inversschnecke.Anhand praktischer Untersuchungen an einer ersten Plastifiziergeometrie kann dieFunktionsfähigkeit der unterschiedlichen Elemente des Konzepts nachgewiesenund die Inversschnecke systematisch für die Integration in eine Anlagentechnik fürdas Mikrospritzgießen optimiert werden.Die abschließenden Prozessuntersuchungen im Spritzgießprozess belegen dieFunktionsfähigkeit des Konzepts. Die umgesetzte Plastifiziereinheit kann an einekonventionelle Spritzgießmaschine adaptiert werden und erfordert keine Änderungenan der Maschinensteuerung. Dabei kann für eine breite Palette an gängigentechnischen Kunststoffen die Verarbeitbarkeit ohne eine übermäßige Materialbelastungnachgewiesen werden. Mit der Inversschnecke sind Mikroformteile miteinem Volumen zwischen 300 und 2.200 mm³ mit hoher Reproduzierbarkeit beieiner mittleren Abweichung im Formteilgewicht von 0,14 % problemlos herstellbar.