Mikrospritzguss in der Elastomerverarbeitung   Starlim fertigt LSR-Mikroteile in Millionen-Stückzahl

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Die Nachfrage nach Kleinstbauteilen aus Silikon wächst. Der LSR-Verarbeiter Starlim fertigt Bauteilgewichte unter 10 Milligramm in Millionen-Stückzahlen. Ein Blick in die Praxis zeigt, wie hochpräzise Werkzeuge und kompakte Maschinenkonzepte diese anspruchsvolle Produktion sichern.

Neue Anwendungen in der Medizintechnik, der Automobilelektronik und in weiteren Branchen führen zu einer steigenden Nachfrage nach Kleinstbauteilen aus Silikon. Starlim, der weltweit größte Verarbeiter von Flüssig-Silikon (LSR), ist vorbereitet. Am Stammsitz im oberösterreichischen Marchtrenk widmet sich eine eigene Abteilung dem Micro Molding – ausgerüstet mit Micro Power Spritzgießmaschinen von Wittmann und einem eigenen Reinraum.

Im Mikrospritzguss gelten eigene Gesetzmäßigkeiten

„Alles unter zehn Milligramm Bauteilgewicht ist für uns Mikro“, sagt Dominik Kreuzmayr und zeigt als Beispiele einen O-Ring und eine Hörgerätekomponente mit einer blauen LSR-Membran. Kreuzmayr ist Teamleiter im Marketing und hat die Micro Molding Abteilung intern aufgebaut. Er weiß: Eine allgemeingültige Definition für Mikrospritzguss gibt es nicht. Die Einordnung bei Starlim basiert auf langjähriger Erfahrung und dem tiefen Verständnis des Materialverhaltens in sehr feinen Werkzeugstrukturen. Denn hier gelten ganz eigene Gesetzmäßigkeiten.

Beide Mikroteile sind in einem transparenten Beutel verpackt. Mit den Abmessungen 0,7 x 0,4 mm²  ließe sich der O-Ring mit den Fingern nicht greifen. Er ist ein Paradebeispiel für die Präzision von in Großserie produzierten Mikroteilen.

Im direkten Vergleich zum O-Ring wirkt die Hörgerätekomponente mit den Maßen 6 x 5 x 1 mm³ fast schon groß, beeindruckt dafür aber durch ihr Design. Es handelt sich um ein Zwei-Komponenten-Bauteil. Im Zentrum befindet sich eine Membran aus blau eingefärbtem Flüssig-Silikon (LSR). Diese ist eingefasst in einem stabilen, thermoplastischen Rahmen aus PBT, der die Montage im Hörgerät vereinfacht. Die Anwendung definiert die Bauteilgröße.

Höchste Präzision im Submillimeterbereich

Das Hörgerätebauteil wurde in einem 1-Kavitäten-Werkzeug auf einer vollelektrischen Micro Power Spritzgießmaschine von Wittmann produziert. „Für die Industrialisierung gehen wir hoch auf vier Kavitäten“, erklärt Kreuzmayr. 16 Kavitäten wären schon zu viel, denn wenn es auf höchste Präzision im Submillimeterbereich ankommt, ist es wichtig, dass die Kavitäten sehr nah beieinanderliegen. Die Herausforderungen bei der Produktion der Hörgerätebauteile sind vor allem die engen Toleranzen im Bereich der Sicke auf dem Membrankörper.

„Wir müssen uns hier auf die Regelgenauigkeit der Spritzgießmaschine verlassen können, denn im Gegensatz zum Spritzgießen größerer Bauteile hat das Restmassepolster hier keine Relevanz“, betont Günter Polt, Anwendungstechniker im Bereich Mikrospritzguss bei Starlim. Polt arbeitet seit fast 30 Jahren im Bereich Silikonspritzguss. Als er vor einigen Jahren in die Abteilung Micro Molding wechselte, war das „schon ein Schock“, wie er mit einem Augenzwinkern verrät. „Mit bloßem Auge kann man die Qualität der Bauteile nicht beurteilen. Das geht oft nur unter dem Mikroskop.“

„Die Micro Power Maschinen überzeugen durch eine außergewöhnliche Präzision in der Umsetzung sämtlicher Einstellparameter“, betont Kreuzmayr. „Diese feinfühlige Dynamik kombiniert mit einer stabilen, akkuraten Regelung setzt neue Maßstäbe – hier denkt man wirklich neu über Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit nach.“

Bei den Hörgerätebauteilen entscheidet die hohe Abformpräzision nicht nur über einen effizienten Montageprozess. Viel wichtiger ist die Präzision bei dieser Anwendung für die exakte Tonwiedergabe. Die Toleranzen liegen bei +/- 2 µm, bezogen auf das fertige Zweikomponentenbauteil. Hierfür braucht es eine sehr genaue Einstellung und Regelung der Schließkraft, aber auch ein sehr präzises Werkzeug. 

Innovative Werkzeugtechnik mit integrierter Qualitätskontrolle

Das Werkzeug kommt aus dem hauseigenen Werkzeugbau, wo die Wurzeln der Unternehmensgruppe liegen. 1974 hat Franz Sterner das Werkzeugbauunternehmen Sterner Werkzeugbau gegründet. Erst zehn Jahre später wurde Starlim Spritzguss ins Leben gerufen. Beide Geschäftsbereiche bilden längst eine untrennbare Einheit. Inzwischen werden nur noch für die eigene Produktion Werkzeuge gefertigt. Für die Kunden ein großer Vorteil – sie bekommen aufeinander abgestimmte Lösungen aus einer Hand und profitieren vom Wissenstransfer und der integrierten Entwicklung. Erst neue Lasertechnologien und der Mikro-3D-Druck machen es möglich, Werkzeuge für so kleine Hörgerätekomponenten mit so hohen akustischen Qualitätsanforderungen zu bauen. 

Bei der Hörgerätekomponente haben wir dank innovativer Werkzeugtechnologie und hocheffizienter Verarbeitungstechnik wirklich einen Durchbruch geschafft

Dominik Kreuzmayr, Teamleiter im Marketing bei Starlim

Für die Serienproduktion ist geplant, inline, also direkt nach dem Spritzguss noch in der Kavität, die schwingungstechnischen Eigenschaften der Membran zu prüfen. Das ist am effizientesten, weil sich die winzig kleinen Bauteile dort noch in einer definierten Position befinden und für die Qualitätskontrolle nicht neu ausgerichtet werden müssen. Der Werkzeugbau hat für die Schwingungsprüfung einen Schallemitter und ein Lasermesssystem in den Robotergreifer integriert. „Bei der Hörgerätekomponente haben wir dank innovativer Werkzeugtechnologie und hocheffizienter Verarbeitungstechnik wirklich einen Durchbruch geschafft“, sagt Kreuzmayr. 

Kompakt auf zwei Quadratmetern Produktionsfläche

Die Integration weiterer Arbeitsschritte, wie die Qualitätskontrolle, wird vom Konstruktionskonzept der Micro Power besonders gut unterstützt. Auf nur 2 m² Stellfläche vereint die vollelektrische Arbeitszelle die mit einem Drehteller ausgerüstete Schließeinheit, das patentierte 2-Stufen-Einspritzsystem, das Materialhandling, die Automatisierung, das Temperiergerät, die Qualitätssicherung und weitere Prozesseinheiten. Dabei ist der Werkzeugeinbauraum mit einem Plattenabstand von 400 mm dennoch bequem zugänglich. Linearführungen gewährleisten einen hochsensiblen Werkzeugschutz und dank 5-Punkt-Präzisionskniehebel wird die Schließkraft sehr gleichmäßig in der Trennebene verteilt.

„Das Design der Maschine ermöglicht es, mit dem Einspritzkolben bis zur Trennebene des Werkzeugs zu gelangen“, nennt Jochen Sassmann, der als Gebietsverkaufsleiter in der Wittmann Gruppe eng mit dem Micro Molding Team bei Starlim zusammenarbeitet, ein weiteres Merkmal, das zu einer hohen Verarbeitungseffizienz beiträgt. Der Anguss wird dadurch deutlich verkleinert, wenn er nicht sogar ganz wegfällt. Da sich ausvulkanisiertes LSR nicht recyceln lässt, profitiert vor allem der Silikonspritzguss von dieser materialsparenden Arbeitsweise.

15 Jahre sind es her, dass Starlim die Abteilung Micro Molding gründete. Mehrere Micro Power Spritzgießmaschinen arbeiten aktuell bei Starlim in Marchtrenk, einige davon im neuen Reinraum, in dem unter anderem Präzisionsprodukte für die Augenchirurgie hergestellt werden. Alle Maschinen sind jeweils auf die Anforderungen bestimmter Produktgruppen zugeschnitten. Es gibt voll ausgestattete Maschinen für den Einkomponentenspritzguss, Zwei-Komponentenmaschinen und eine Verbundanlage bestehend aus zwei einzelnen, über einen Roboter verketteten Maschinen. Die Verbundanlage steigert die Flexibilität. Es lassen sich sehr effizient Zwei-Komponententeile produzieren, die beiden Maschinen können aber auch unabhängig voneinander mit Einkomponenten-Werkzeugen ausgelastet werden.

In Bezug auf die Automatisierung bietet das Micro Power Konzept viel Freiraum. Zusätzlich zum vertikal installierten Scara-Roboter, der fester Bestandteil der Produktionszelle ist, lassen sich über Schnittstellen unterschiedliche Handlingsysteme – auch Eigenentwicklungen von Starlim – integrieren.

Mehrkomponentenmaschine oder Verbundanlage?

Bei jedem neuen Projekt wird abgewogen, welches Produktionskonzept – Mehrkomponentenmaschine oder Verbundanlage – die höhere Gesamteffizienz erzielt. Der Anteil an Zweikomponentenprodukten liegt aktuell bei rund 40 %. Er wird steigen, ist sich das Micro Molding Team bei Starlim sicher. Zweikomponentenbauteile werden bereits jetzt häufiger angefragt, brauchen aber auch mehr Entwicklungszeit.

Die Massenproduktion, die im Bereich Micro Molding ursprünglich den Ausschlag für die Zusammenarbeit mit der Wittmann Gruppe gab, dominiert bis heute den Produktionsalltag in Marchtrenk. Losgrößen in Millionenhöhe sind keine Seltenheit. „Micro Power Maschinen arbeiten bei diesen extremen Anforderungen stabil und ermöglichen uns einen sicheren Prozess“, sagt Dominik Kreuzmayr und betont auch die gute Zusammenarbeit mit der Wittmann Gruppe. „Wir kommunizieren auf kurzen, schnellen Wegen und haben bislang für jede Herausforderung gemeinsam eine Lösung gefunden. Dank unserer guten Partnerschaft können wir alles rausholen, was die Maschinen technologisch bieten.“