Mikrosymbiose aus Medizin- und Spritzgießtechnik

Mikrostrukturen, die mit dem bloßen Auge nicht mehr aufzulösen sind, fallen mit jedem Schuss aus der Spritzgießmaschine heraus. Jedes Teil nahezu ein Klon seines Vorgängers.

Winzig, filigran, präzise

Tobias Lacroix, Leiter der Mikro-Spritzgießabteilung ist mit der neuen vollelektrischen Spritzgießmaschine IntElect von Sumitomo (SHI) Demag vollständig zufrieden: „Es kommt auf höchste Präzision des Bauteils an, um das fluidische Funktionsdesign des Schnelltests und damit ein hundertprozentig sicheres Ergebnis zu garantieren – und das ist uns mit der Maschine gelungen.“

Bauteiltoleranz in Mikrometern

Der Sechs-Achs-Knickarmroboter entnimmt die fertigen Test-Komponenten aus dem Vierfach-Werkzeug und befüllt mit ihnen anschließend einen kleinen Ladungsträger.

Hinter verschlossenen Türen

Hier herrscht das „Vermummungsgebot“: Die Mitarbeiter montieren und verpacken unter Reinraumbedingungen der Klasse 7 – da darf kein Haar oder Stäubchen in die Endprodukte gelangen.

Mikrosymbiose aus Medizin- und Spritzgießtechnik

Winzig, filigran, präzise – in diesen Kategorien denken die Mitarbeiter der thinXXS Microtechnology AG in Zweibrücken. Das Unternehmen stellt Einweg-Schnelltests unter anderem für die medizinische Diagnostik her.

Was aussieht wie ein Werk aus dem Museum für moderne Kunst zeigt tatsächlich die filigranen Kanäle und Strukturen eines Einweg-Schnelltests – deutlich vergrößert.

Als Spin-Off der Spritzgießabteilung des Instituts für Mikrotechnik Mainz im Jahr 2001 gegründet, startete das Unternehmen mit 13 Mitarbeitern und spezialisierte sich laut Vorstand Dieter Cronauer sofort auf das Segment, in dem es zu Hause war: „Wir haben uns seit jeher mit Mikrospritzguss und Montage befasst, da liegt unser Know-how. Im Werkzeug- und Formenbau haben wir ein Alleinstellungsmerkmal. Das wissen unsere Kunden und deshalb kommen sogar Unternehmen aus Kalifornien zu uns nach Zweibrücken.“ Inzwischen beschäftigt thinXXS 75 Mitarbeiter. Spritzgießbetrieb, Montage, Logistik und Verpackung haben eine eigene Halle von 350 m2 erhalten, die Nachfrage nach den Pfälzern ist groß. 90 Prozent der Kunden kommen aus Europa und Nordamerika, darunter Daktari Diagnostics  und Emerald BioSystems aus den USA, DST Diagnostische Systeme & Technologien GmbH aus Deutschland sowie Trinean aus Belgien. „Wir sind immer dann gut, wenn es um Präzision geht. Wir zeigen unseren Kunden den Weg vom ersten Fertigungskonzept bis zur günstigen Serienfertigung der Produkte. Denn unsere Kunden stecken Millionen in die Entwicklung der Diagnostik und brauchen am Ende des Tages hohe Verkaufsmargen, damit sich ihre Investitionen gelohnt haben“, beschreibt Cronauer sein Business.

Bauteiltoleranz in Mikrometern

„Wir sind immer dann gut, wenn es um Präzision geht. Wir zeigen unseren Kunden den Weg vom ersten Fertigungskonzept bis zur günstigen Serienfertigung der Produkte“, bringt Vorstand Dieter Cronauer die Stärken von thinXXS auf den Punkt.

Mit drei verschiedenen vierfach-Werkzeugen entstehen auf der Maschine die Komponenten, aus denen die Mitarbeiter in der Montage den Einweg-Schnelltest zusammenfügen. Mit einem Schussgewicht von etwa 12 g erzeugt die Maschine die Testelemente mit einem Teilegewicht von 2,7 g im Dreischichtbetrieb. Zwei der Baugruppen bestehen aus naturfarbenem PMMA, die Dritte aus blau eingefärbtem Polypropylen. „Ausschlaggebend war für uns, dass wir mit der Spritzgießmaschine extrem hohe Abbildegenauigkeiten und Reproduzierbarkeit mit Bauteiltoleranzen im Mikrometerbereich erzielen können. Außerdem brauchten wir ein Automatisierungssystem, das die fertigen Bauteile direkt in die Montage führt, ebenfalls ein Reinraum der Klasse 7. Wir haben uns dabei für Sumitomo (SHI) Demag entschieden, weil uns das ausgearbeitete Konzept überzeugt hat, die Lieferzusage in einem engen Zeitplan, das Preis-Leistungsverhältnis und unsere positiven Erfahrungen, die wir mit einer weiteren Maschine von Sumitomo (SHI) Demag gemacht haben. Die technische Betreuung über den Außendienst ist wirklich hervorragend“, erklärt Lacroix.

Unverzichtbar: höchste Präzision

Das Herzstück der Zweibrücker ist der Spritzgießbetrieb. Der eigene Werkzeugbau im Haus erschafft Formen mit Kanäle und Strukturen im Mikrometerbereich. Daraus entstehen makroskopische Bauteile mit mikrostrukturierten Bereichen, etwa im Format einer Scheckkarte. Ultrapräzisionsfräsen erzeugen aus den Entwürfen der Konstrukteure die Mikrostrukturen in den Werkzeugen. Das bloße Auge löst die feinen Geometrien in ihrer Vielfalt nicht mehr auf.

Es geht bei der Diagnostik immer um winzige Mengen. Ein Tropfen Blut muss reichen, um innerhalb von Minuten festzustellen, ob der Patient an einer Infektion erkrankt ist und wenn ja, in welchem Maße. Blut und die im Flüssigkeitsspeicher des Schnelltests integrierte Substanz mischen sich und zeigen in einer separaten Auswerteeinheit rasch das Ergebnis an – ähnlich wie bei einem Schwangerschaftstest. Durch die Kanäle des Kunststoffbauteils, das den Test beinhaltet, müssen sich in definierter Geschwindigkeit definierte Mengen Flüssigkeit bewegen. Die Herausforderung beschreibt Tobias Lacroix, Leiter der Mikro-Spritzgießabteilung: „Es kommt auf höchste Präzision des Bauteils an, um das fluidische Funktionsdesign des Schnelltests und damit ein hundertprozentig sicheres Ergebnis zu garantieren. Es geht hier um Abmessungen von weniger als Haaresbreite und das bei sehr anspruchsvoller Geometrie.“

Es liegt auf der Hand, dass bei einem solchen High-Tech-Bauteil der Mikrostrukturtechnik auch die Spritzgießmaschine den Anforderungen folgen muss. Jedes Staubkörnchen im Produktionsprozess wäre für thinXXS ein Desaster. Der gesamte Prozess erfolgt daher im Reinraum. Die Spritzgießmaschine für den bakteriellen Schnelltest kommt von der Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery GmbH aus Schwaig. Sie steht in einem Reinraum der Klasse 8 mit einer zusätzlichen Einhausung der Maschine inklusive der gesamten Automation, die Reinraumbedingungen der Klasse 7 gewährleistet. Es handelt sich um eine vollelektrische Spritzgießmaschine des Typs IntElect 100-180, die Sumitomo (SHI) Demag als Generalunternehmer mit Handlingsystem und Automatisierung geliefert hat.

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Veröffentlicht in:
Mikroproduktion

Veröffentlichung:
05 · 2014

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