Accumold-Details zum Spritzgießen dünnwandiger Kanülen

19. September 2023 Von MDO-Mitarbeitern

Nach fünf Jahren sorgfältiger Arbeit hat der führende Mikroforminnovator Accumold eine Möglichkeit entwickelt, dünnwandige Kanülen in sehr großen Mengen mikrospritzzugießen. Vor diesem innovativen Produktionsansatz wurden Kanülen in der Regel über einen Extrusionsprozess hergestellt, der gleichzeitig teuer ist, zu hohen Ausfallraten neigt und sich nicht für die hohen Stückzahlen eignet, die OEMs von Medizinprodukten für einige Anwendungen benötigen .

Accumold brauchte fünf Jahre, um das Mikrospritzgießen von dünnwandigen Kanülen in großen Mengen zu perfektionieren. In diesem Artikel wird beschrieben, wie es gemacht wurde, welche Probleme beim Mikrospritzgießen solch komplizierter Geräte auftreten, welche Vorteile das Mikrospritzgießverfahren bietet und was es noch alles gibt Dies bedeutet, dass sich die Anwendungen medizinischer Geräte weiterentwickeln.

Mikrospritzguss ist ein Präzisionsfertigungsverfahren, bei dem kleine und komplexe Kunststoffteile mit hoher Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit hergestellt werden. Dabei kommen spezielle Maschinen und Formen zum Einsatz, um geschmolzenen Kunststoff in winzige Hohlräume zu spritzen, die typischerweise im Mikrometer- bis Millimeterbereich liegen. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien und extrem dünnwandiger Komponenten, die mit herkömmlichen Formtechniken nur schwer zu erreichen sind. Mikrospritzguss findet aufgrund seiner Fähigkeit, kleine Teile mit engen Toleranzen und gleichbleibender Qualität herzustellen, Anwendung in verschiedenen Branchen, darunter in der Elektronik-, Automobil- und Medizintechnikbranche.

Für OEMs medizinischer Geräte ist das Mikrospritzgießen von größter Bedeutung, da die Nachfrage nach kleineren und dünneren Komponenten weiter steigt. Im medizinischen Bereich, wo minimalinvasive Verfahren immer häufiger eingesetzt werden, ist der Bedarf an kleineren medizinischen Geräten und Werkzeugen von entscheidender Bedeutung. Mikrospritzguss ermöglicht die Herstellung komplexer medizinischer Komponenten wie Katheter, Implantate, Konnektoren, Kanülen und Arzneimittelverabreichungsgeräte mit präzisen Abmessungen und komplizierten Merkmalen. Diese Geräte erfordern häufig komplizierte Designs, enge Toleranzen und biokompatible Materialien, die durch Mikrospritzguss möglich sind. Diese Technologie versetzt medizinische OEMs in die Lage, fortschrittlichere und effizientere Geräte zu entwickeln, die die Patientenversorgung verbessern, die Invasivität minimieren und die gesamten medizinischen Verfahren verbessern.

Kleine und dünnwandige Kanülen spielen in verschiedenen medizinischen Anwendungen eine zentrale Rolle, da sie für die Minimierung von Patientenbeschwerden und die Optimierung medizinischer Verfahren wichtig sind. Diese schlanken und empfindlichen Schläuche erleichtern weniger invasive Eingriffe wie laparoskopische Operationen, Endoskopie und Kathetereinführungen. Ihre geringe Größe und die dünnen Wände ermöglichen eine minimale Gewebezerstörung beim Einführen, was zu weniger Schmerzen, schnelleren Genesungszeiten und einem geringeren Risiko von Komplikationen führt. Kleine und dünnwandige Kanülen tragen außerdem zu einer höheren Präzision bei heiklen Eingriffen bei und ermöglichen es medizinischem Fachpersonal, gezieltere Bereiche im Körper genauer zu erreichen.

Darüber hinaus sind diese Spezialkanülen besonders wichtig in Bereichen, in denen eine komplexe Manövrierfähigkeit unerlässlich ist, beispielsweise in der Neurochirurgie und bei Herz-Kreislauf-Interventionen. Ihr schlankes Design ermöglicht den Zugang zu komplizierten anatomischen Strukturen, die mit größeren Instrumenten möglicherweise nur schwer zu erreichen sind. Darüber hinaus werden kleine und dünnwandige Kanülen im Zuge der Weiterentwicklung der Medizintechnik in Richtung Miniaturisierung und minimalinvasiver Techniken zu wesentlichen Bestandteilen innovativer medizinischer Geräte. Insgesamt ermöglichen diese Kanülen medizinischem Fachpersonal, effektivere Behandlungen durchzuführen, Patiententraumata zu reduzieren und die Landschaft moderner medizinischer Verfahren voranzutreiben.

Die Großserienproduktion kleiner und dünnwandiger Kanülen mit herkömmlichen Methoden wie Extrudieren, Kippen und Kleben auf eine Metallnabe weist mehrere Einschränkungen auf, die Effizienz und Qualität beeinträchtigen. Bei der Extrusion, bei der Material durch eine Matrize gepresst wird, um die Kanülenform zu erzeugen, wird es bei extrem kleinen Abmessungen zu einer Herausforderung, da das Risiko von Materialinkonsistenzen, Unregelmäßigkeiten in der Wandstärke und potenziellen Defekten besteht. Beim Kippen, dem Anbringen einer Kunststoff- oder Metallspitze an der Kanüle, kommt es zu Schwankungen hinsichtlich der Haftfestigkeit und der Spitzenausrichtung, was sich auf die für medizinische Eingriffe erforderliche Präzision auswirkt. Darüber hinaus wirft der Klebevorgang Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit auf, da sich Klebstoffe mit der Zeit verschlechtern könnten, was dazu führen könnte, dass sich die Kanüle vom Ansatz löst und die Patientensicherheit gefährdet.

Darüber hinaus sind diese traditionellen Methoden arbeitsintensiv und zeitaufwändig, was es schwierig macht, die Anforderungen einer Massenproduktion effizient zu erfüllen. Im Gegensatz dazu bieten moderne Fertigungstechnologien wie das Mikrospritzgießen einen effizienteren Ansatz. Mikrospritzguss ermöglicht die Herstellung komplizierter und konsistenter Kanülendesigns mit präziser Kontrolle der Wandstärke. Durch die Herstellung der gesamten Kanüle in einer einzigen Form entfällt die Notwendigkeit separater Extrusions-, Spitzen- und Klebeschritte, was die Produktzuverlässigkeit erhöht und das Risiko von Defekten verringert. Dieser Ansatz verbessert nicht nur die Qualität und Zuverlässigkeit der Kanülen, sondern bietet auch eine skalierbarere und kostengünstigere Lösung, um den Anforderungen der Massenproduktion in der medizinischen Industrie gerecht zu werden.

Während der Einsatz von Mikrospritzguss für die Herstellung von Kanülen in großen Mengen offensichtlich von Vorteil ist, gibt es auch Probleme, die Accumold angehen und überwinden musste, um es zu einem realisierbaren Herstellungsverfahren zu machen, indem es seine jahrzehntelange Erfahrung bei der Entwicklung des Verfahrens für dynamische Industrieanwendungen nutzte.

Beispielsweise ist die Materialauswahl bei der Optimierung der Ergebnisse beim Mikroformen von größter Bedeutung, da sie einen tiefgreifenden Einfluss auf die Produktleistung, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit hat. Die einzigartigen Herausforderungen, die die Fertigung im Mikromaßstab mit sich bringt, wie das präzise Füllen von Hohlräumen und die Nachbildung komplexer Geometrien, erfordern Materialien mit spezifischen Eigenschaften wie niedriger Viskosität, ausgezeichneter Fließfähigkeit und minimaler Schrumpfung. Die Materialauswahl wirkt sich auch auf die Haltbarkeit und Biokompatibilität medizinischer Geräte aus und stellt sicher, dass sie den harten Einsatzbedingungen standhalten und gleichzeitig sicher für die Interaktion mit dem Patienten sind. Durch die Auswahl von Materialien, die auf die beabsichtigte Anwendung und den Herstellungsprozess abgestimmt sind, können Hersteller eine gleichbleibende Qualität, Maßhaltigkeit und Funktionszuverlässigkeit erreichen und so letztendlich den Erfolg von Mikroformungsbemühungen vorantreiben.

Bei Accumold haben wir erfolgreich Kanülen für eine Vielzahl von Endanwendungen aus verschiedenen Materialien spritzgegossen. Für eine opthamologische Kanülenanwendung haben wir beispielsweise PolyCarbonate verwendet, um kurze Kanülen für den Einsatz in der Augenchirurgie herzustellen. Diese Kanüle hatte einen Außendurchmesser von 0,035 Zoll (0,889 mm), einen Innendurchmesser von 0,027 Zoll (0,6858 mm) und eine Wandstärke von 0,004 Zoll (0,1016 mm). Die Steifheit der Kanüle wirkt gut im Auge, ist jedoch nicht optimal für die Haut geeignet.

Wir haben auch einen Prototyp einer geformten Kanüle für ein Pharmaunternehmen für ein Krebsmedikamentenverabreichungsgerät aus Polypropylen entwickelt. Dieses Gerät hat einen Außendurchmesser von 0,027 Zoll (0,6858 mm), einen Innendurchmesser von 0,015 Zoll (0,381 mm) und eine Wandstärke von 0,006 mm ” (0,1524 mm). Bei dieser Anwendung verjüngte sich die Wandstärke zur Nadel hin und wurde zur Spitze hin dünner.

Schließlich haben wir erfolgreich Prototypen zweier geformter Kanülen für ein großes Diabetesunternehmen für deren Geräte zur Medikamentenverabreichung erstellt, dieses Mal unter Verwendung von Polypropylen für eine Kanüle mit einem Außendurchmesser von 0,022 Zoll (0,5588 mm), einem Innendurchmesser von 0,011 Zoll (0,2794 mm) und eine Wandstärke von 0,0055 Zoll (0,01397 mm).

Was wir in den fünf Jahren des Lernens herausgefunden haben, war, dass für das erfolgreiche Spritzgießen dünnwandiger Kanülen für Anwendungen wie die oben genannten die Wahl des Materials von entscheidender Bedeutung ist, ebenso wie das Kanülendesign und die Seitenverhältnisse.

Es müssen mehrere wichtige Überlegungen zum Design for Manufacturability (DFM) berücksichtigt werden. Die Sicherstellung einer gleichmäßigen Wandstärke ist von größter Bedeutung, da Abweichungen zu Verformungen, ungleichmäßiger Kühlung und unzureichender Füllung führen können. Die richtige Platzierung des Angusses ist von entscheidender Bedeutung, da sie den Materialfluss beeinflusst und Spannungspunkte minimiert, während geeignete Entlüftungskanäle von entscheidender Bedeutung sind, um Lufteinschlüsse zu verhindern, die zu Oberflächenfehlern führen können. Die Einbeziehung geeigneter Entformungsschrägen erleichtert das nahtlose Auswerfen aus der Form und verhindert mögliche Schäden.

Darüber hinaus verhindert die Aufrechterhaltung einer genauen Ausrichtung der Trennfugen Grate und Oberflächenfehlanpassungen. Die strategische Platzierung von Merkmalen wie Rippen und Stützen verbessert die strukturelle Integrität, ohne das Gesamtdesign zu beeinträchtigen, während eine sorgfältige Berücksichtigung der Positionierung der Auswerferstifte eine Beeinträchtigung kritischer Merkmale während der Entformung verhindert.

Darüber hinaus kann es in manchen Fällen von entscheidender Bedeutung sein, Überlegungen zur Montage anzustellen, insbesondere wenn die Kanüle Teil eines größeren Geräts ist. Die Gewährleistung einer guten Gestaltung der Passflächen, Ausrichtungsmerkmale und Verriegelungsmechanismen ermöglicht eine reibungslose Integration. Durch die gründliche Auseinandersetzung mit diesen DFM-Problemen ist es Accumold gelungen, kleine, dünnwandige Kanülen erfolgreich mit Präzision und Zuverlässigkeit im Volumen zu spritzen.

Ein geeignetes Seitenverhältnis wirkt sich direkt auf die Herstellbarkeit und Qualität des Formteils aus. Die Aufrechterhaltung eines ausgewogenen Seitenverhältnisses ist wichtig, um Probleme im Zusammenhang mit Strömungsdynamik, Kühlung und struktureller Integrität zu vermeiden. Ein zu hohes Seitenverhältnis kann zu Schwierigkeiten beim Materialfluss und beim Füllen der Hohlräume führen, was möglicherweise zu ungleichmäßiger Dicke und Defekten führt. Umgekehrt kann ein zu niedriges Seitenverhältnis die ordnungsgemäße Kühlung behindern und zu Verformungen führen. Daher ist es wichtig, die richtige Balance zu finden, die sowohl eine genaue Formgebung als auch strukturelle Stabilität fördert.

Das Erreichen des idealen Seitenverhältnisses ist nicht nur für das erfolgreiche Befüllen der Form von entscheidender Bedeutung, sondern auch für die Sicherstellung einer gleichbleibenden Qualität im gesamten Produktionsprozess. Ein ausgewogenes Seitenverhältnis minimiert das Risiko von Defekten wie Einfallstellen, Fließlinien und unebenen Oberflächen, die die Funktionalität und Gesamtleistung der Kanüle beeinträchtigen können. Darüber hinaus beeinflusst das Seitenverhältnis die einfache Entformung und Montage und trägt so zu einer effizienten Produktion und zuverlässigen Endprodukten bei.

Neben der Wahl der Materialien, Designüberlegungen und Seitenverhältnissen gab es noch eine weitere Variable, die für den Erfolg von Accumold bei der Massenfertigung dünnwandiger Kanülen entscheidend war, und zwar die Verwendung seiner proprietären Mikroformpressen, die sich über Generationen hinweg weiterentwickelte. Kanülen wurden auf herkömmlichen Pressen und auf Accumold-Pressen geformt, und es wurde festgestellt, dass herkömmliche Mikroformpressen Probleme mit Nichtfüllung und Gratbildung hatten. Durch den Einsatz unserer vollautomatischen, selbst entwickelten Mikroformpressen und Mikroformwerkzeuge mit 16 Kavitäten erreichten wir eine zuverlässige, wiederholbare Großserienproduktion von 40 Millionen Teilen pro Jahr aus einer einzigen Produktionszelle.

Durch eine Kombination aus Fachwissen und Beharrlichkeit kann Accumold nun die Großserienproduktion von Kanülen mit vereinfachten Vollkunststoffkörpern und Köpfen anbieten, die auf maximale Fertigungseffizienz und Produktintegration ausgelegt sind. Das Kanülendesign kann an die spezifische Projektlänge, das Material und das Kopfdesign angepasst werden. Zu den verfügbaren Materialien gehören PP, FEP, Pebax, TPU, PC und andere kundenspezifische Optionen. Dies stört die Produktion dünnwandiger Kanülen und stellt einen großen Fortschritt für OEMs medizinischer Geräte dar, die für ihre innovativen Anwendungen komplizierte dünnwandige Kanülen benötigen.

Paul Runyan ist VP of Sales bei Accumold. Accumold ist zu einer 130.000 Quadratmeter großen, befestigten Anlage zur Versorgungssicherung angewachsen, beschäftigt über 350 Mitarbeiter und ist ein Nettoexporteur, der täglich von seinem Werk in Ankeny, IA, USA, das 24 Stunden am Tag und 7 Tage in Betrieb ist, in die ganze Welt versendet eine Woche.www.accu-mold.com

Die in dieser Pressemitteilung geäußerten Meinungen sind ausschließlich die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die von Medical Design & Outsourcing oder seinen Mitarbeitern wider.