Mikrospritzguss im Reinraum

Reinraumlösung mit angedockter Spritzgießmachine

In dem Reinraum CleanCell4.0® können die gefertigten Teile direkt entnommen werden.

Die Spritzgießeinheiten mit den hohen Wärmelasten bleiben außerhalb des vollverglasten Reinraums.

Im Mikrospritzguss gefertigte Medizinalbauteile

Mikrospritzgieß-Verfahren ermöglichen eine präzise und kostengünstige Produktion von kleinsten Bauteilen aus Kunststoff. Um höchsten Anforderungen an Produktsicherheit und Qualität gerecht zu werden, findet die Produktion insbesondere von medizinalen Produkten meist in Reinräumen statt. Die Stamm AG hat in einem neuen Reinraum mit einem neuen Ansatz bei der Maschinenanbindung investiert. Die Mikrospritzgießmaschinen stehen dabei zu einem Teil innerhalb und zu einem Teil außerhalb des Reinraums.

Hallau in der Schweiz ist auf den ersten Blick ein gemütlicher Weinort, an dem die Uhren etwas langsamer zu gehen scheinen. Doch wie so oft verbergen sich in diesen kleinen Orten mittelständische Unternehmen, die Innovationen auf weltweit höchstem Niveau hervorbringen. Die Hallauer Stamm AG gehört ohne Zweifel zu diesen kreativen, zukunftsorientierten Firmen. Die Kunststoffverarbeiter haben sich der Welt der Kleinst- und Mikroteile verschrieben. Und das mit großem Erfolg. Mit der Herstellung von winzigen Bauteilen, wie Zahnrädern, Steckern oder Spitzen, gehen die Hallauer bis an die Grenzen des Machbaren. Im besonders sensiblen Bereich der Medizintechnik findet die Produktion unter kontrollierten Reinraumbedingungen statt.

Mikrometergenaues Arbeiten

Je kleiner die Produkte, desto komplexer und sorgfältiger muss der Herstellungsprozess erfolgen. Jedes Staubkorn kann zu einer Funktionsbeeinträchtigung oder gar zu einem Ausfall führen. Werden die Produkte zudem im medizinalen Bereich, wie beispielsweise in der minimalinvasiven Chirurgie, eingesetzt, muss absolute Hygiene und eine kontaminationsfreie Auslieferung gewährleistet werden. Dabei spielen die Einhaltung von konstanten Umgebungsbedingungen während der Produktion und Verpackung eine große Rolle. Die Stamm AG betreibt seit vielen Jahren den Mikrospritzguss von medizintechnischen Bauteilen unter kontrollierten Reinraumbedingungen. Die Schweizer Firma hat in neue Mikrospritzgießmaschinen investiert und ihre Reinraumkapazität jetzt um einen weiteren Reinraum der Reinraumklasse ISO 7 erweitert.

Detlef Moll, der Geschäftsführer der Stamm AG, erläutert die Notwendigkeit der Investition: „Wir stellen Kleinstbauteile aus Kunststoff her. Das erfordert höchste Präzision. Unsere Techniker entwickeln Spritzgießwerkzeuge, die sich beim Mikrospritzguss im μ-Bereich bewegen. Die Details der Endprodukte sind oft mit bloßem Auge nicht mehr zu erkennen und sind doch wichtige Bestandteile im Gesamtkonzept unserer Kunden. Jeder Partikel, der die Produktion kontaminiert, kann zu einem Ausfall der sensiblen Bauteile führen. Neben der Präzision des Verfahrens sorgen wir daher auch für eine kontrollierte Produktionsumgebung.“

Erste Erfahrungen in der Reinraumtechnik hatte die Stamm AG mit einem wenige Quadratmeter großen Reinraumzelt gesammelt, das zur Kontrolle der produzierten Teile eingesetzt wurde. Von der Qualitätssteigerung überzeugt, investierten die Hallauer schon bald in ein komplettes Reinraumsystem, an das die Spritzgießmaschinen angedockt wurden. Die Maschinen wurden bei dieser Lösung noch wie üblich außerhalb des Reinraums aufgestellt und mit einer Laminar-Flow-Einhausung versehen, die eine kontrollierte Luftreinheit innerhalb der Schließeinheit ermöglicht. Die gespritzten Mikroteile werden dann mittels Roboter
entnommen und vollautomatisch über gekapselte Reinraumförderbänder in den Reinraum eingeschleust, wo die finale Prüfung und Verpackung erfolgt.

Innovatives Konzept der Spritzgussanbindung

Mit der Expertise in der hochsensiblen Fertigung wuchs das Auftragsvolumen der Schweizer Kunststoff-Experten erneut, eine weitere Investition in zwei neue Mikro-Spritzgießmaschinen mit Reinraumfertigung wurde notwendig.

In Zusammenarbeit mit ihrem langjährigen Reinraumlieferanten SCHILLING ENGINEERING entschieden sich die Schweizer dabei für ein neues Konzept. In der neu in Betrieb genommenen, 60 m² großen Reinraumanlage, die eine Luftreinheit der ISO Klasse 7 erreicht, werden die Maschinen je zur Hälfte innerhalb und zur Hälfte außerhalb des Reinraums aufgestellt. Zu diesem Zweck wurde ein spezieller Auslass in der Reinraumwand konstruiert.

Diese Variante hat mehrerer Vorteile, wie Detlef Moll erläutert: „Durch die neue kompakte Lösung sparen wir Platz und Transportwege. Die gespritzten Produkte können direkt im Reinraum aus der Maschine entnommen werden. Die Spritzeinheit selbst liegt aber noch außerhalb des Reinraums, so dass die Wärmelasten nicht im kontrollierten Bereich anfallen. Dies hat positive Auswirkung auf Temperaturkontrolle und Klimatisierung. Dieses Konzept ist ganz neu und wurde von unserem langjährigen Partner SCHILLING ENGINEERING mit uns erarbeitet.“

Hochmodernes, energieeffizientes Reinraumsystem

Das neu installierte Reinraumsystem CleanCell4.0® gewährleistet eine Reinraumluftqualität der Reinraumklasse ISO 7. Separate Personen- und Materialschleusen mit gegenseitiger Türverriegelung sorgen für eine sichere Ein- und Ausschleusung des Personals und des verpackten Endproduktes.

Das Reinraumsystem ist mit Hochleistungsfiltern der ULPA-Klasse U15 ausgestattet. Eine innovative Umluft- und Rückluftführung innerhalb der vollverglasten Reinraumwände sorgt für eine präzise Reinraumspülung und hat eine hohe Energieeffizienz, da die bereits gefilterte und gekühlte Luft wieder in den Kreislauf des Luftaustauschs geführt wird. Wand- und Deckenmodule des modularen Reinraums sind mit einem silikonfreien GMP Dicht-Clip-System verbunden.

Für weitere Sicherheit sorgt das integrierte Kontrollsystem CRControl®. Über den interaktiven Monitor des Kontrollsystems werden Verbindungen zu den angeschlossenen Fühlern, die Druck, Feuchte und Temperatur messen, zu Filtermodulen, Klimaschränken, Tür- und Lichtfunktionen und weiteren Komponenten hergestellt. Alle wichtigen Funktionen werden überwacht und können einzeln angesteuert und reguliert werden. Auf diese Weise wird auch eine einfache Fernwartung ermöglicht.

Detlef Moll freut sich über die neue Investition: „Wir konnten den neuen Reinraum bereits in Betrieb nehmen und er erfüllt alle unsere Erwartungen. Die Installation der Spritzgießmaschinen innerhalb des Reinraums hat sich als gute Weiterentwicklung erwiesen. Der Reinraum läuft wie gewohnt störungsfrei und sicher, ist zudem leise und mit einer sehr guten LED Beleuchtung und Vollverglasung ausgestattet, so dass auch die Arbeitsbedingungen für unsere Mitarbeiter im Reinraum erleichtert werden“

Der Reinraum wurde von SCHILLING ENGINEERING als Turn-Key Lösung angeboten. Planung, Produktion, Installation und Qualifizierung wurden innerhalb von zwei Monaten realisiert.