Micro Molding of micro-spuitgieten is een vormproces voor de vervaardiging van kunststof componenten voor shotgewichten van 1 tot 0,1 gram met toleranties in het bereik van 10 tot 100 micron. Dit gietproces maakt het mogelijk om gecompliceerde kleine geometrieën te vervaardigen met een maximale nauwkeurigheid en precisie. Binnen heel specifieke markten zoals aerospace, high-tech systemen en life-sciences wordt deze manier van gieten vaak toegepast.
Als je overweegt om componenten te ontwikkelen die worden micro gegoten, is het belangrijk om vanaf het begin van het project rekening te houden met volgende criteria. Vanaf de eerste fase van het ontwerp moet je al bezig zijn met alle fundamentele design- en productiestadia die in microgieten vereist zijn, of het ontspoort gegarandeerd. Design for Micro Manufacturability (DfMM) is hier dé norm als je weet dat de spelregels compleet anders zijn dan bij normaal spuitgieten, en de toleranties en precisie heel strakke spelregels vereisen. Meer nog, ieder project is uniek qua geometrie en scala van gebruikte materialen. Volgens Accumold, één van de gamechangers in MM, is materialenkeuze de eerste belangrijke overweging in de productdesignfase.
Designers die gewoon zijn om in een macro omgeving te ontwerpen beseffen niet altijd welke exponentiële materiaalafwijkingen je mag verwachten als je dit doortrekt naar een micro omgeving. Als je weet dat MM vooral gebruikt wordt in high-end precision toepassingen zoals chirurgie, dan ben je beter goed voorbereid. Tolerantie, sterkte, dimensie, kostprijs en snelheid zijn inherent aan de materialenkeuze.
Thermoplasten, harsen en dan nog additieven
Je kan ze indelen in de standaardmaterialen zoals Polyethyleen, Polupropyleen, Nyon, Polycarbonaat, Polyoxymethyleen, Polysulfone en Polybutyleentereftalaat. Ook steeds meer in het meer exotische materiaal, zoals PEEK en PEI (Ultem), of koolstofgevulde LCP en glasgevulde nylon. En dan heb je de zachtere durometer-en elastomeerharsen die steeds prominenter aanwezig worden. Kortom, een allegaartje van materialen die een gigantische load aan ontwerp- en productiekennis vereisen.
De beste modus operandi om een materiaal te kiezen, start met het inventariseren van alle functionele vereisten van de componenten, op basis van materialen datasheets (alhoewel deze weeral meestal gebaseerd zijn op grotere onderdelen, dus andere poortgrootte en vloeigedragingen). Voor MM-starters is dit een proces van vallen en opstaan, en het maken van eigen datasets informatie (die je best voor jezelf houdt). Of, je laat je product gewoon maken bij ervaren microspuiters, die weten welke materialen je in specifieke gevallen best gebruikt.
Wat zijn zo de belangrijkste criteria voor je keuze ? We pikken er een paar uit. Aan welke omgevingscriteria moet het onderdeel voldoen? (warmte, vochtigheid, zuren, krasvrij, smeerbaarheid en hydroscopische eigenschappen en finaal, wat moet het kosten…).
Met dit in het achterhoofd, is de volgende stap de bespreking van enkele vaak gebruikte harsen. Daar komt dan die reusachtige hoeveelheid ervaring om de ideale hars en thermoplast voor een specifieke toepassing te selecteren. Concreet dus, hoe gedraagt een bepaald hars zich in een micro (microns en sub-microns) productie omgeving. Om het nog wat complexer te maken worden de harsen en thermoplasten aangevuld met additieven zoals glas, koolstof of andere vezels zodat het vloeien, smelten en vormen weer aan andere spelregels beantwoorden.
PEEK, (bijvoorbeeld gebruikt voor een implantaat in de foto hierboven) is een populaire keuze in medische micro molding, is vaak 30% glasvezel versterkt en gepelletiseerd voor spuitgieten, maar toch kan het niet ultra-dunne gebieden vullen. Ultem, ook een uiterst populaire optie voor micro-optiektoepassingen, kan ook niet ultradunne MM- projecten vullen. Vandaar is Design for Micro Moulding een vereiste van in het begin. Overleg met de oprachtgever OEM omtrent alle productvereisten is dus van kapitaal belang.
Blijf bij je leest
Micro-vormprojecten zijn van nature gecompliceerd. Het feit dat voor veel projecten extreem hoge toleranties moeten worden gehaald, vraagt om een collectieve focus op nauwkeurigheid bij de fabricage van micro-gereedschappen, vorm-, validatie- en automatiseringsprocessen. Materiaalkeuze en ontwerp voor microspuitgieten (DfMM) zijn echter ook enorm belangrijk.
Als OEM ben je dus alvast een fortuin kwijt als je zelf design en productie binnenshuis overweegt. De kennis en productietechnologie is stratosferisch beperkt, en de meeste micro spuitgieters zijn volledig verticaal geïntegreerd. De kennis over tooling, matrijzen, gieten, validatie en automatisering van dit precieuze en precieze goed samen met kostenefficiëntie, materialenkennis en het designproces kan je dus vergelijken met de expertise van en receptuur van topchefs die hun geheimpjes niet te snel gaan verklappen.
