Letzten Herbst veröffentlichte Medical Product Outsourcing einen Artikel über Medizintechnik und Micromolding, der mich zum Nachdenken über die Zukunft von Micro-3DP für medizinische Geräte brachte. "Intelligenter, schneller, billiger. Diese drei Worte sind in den letzten Jahrzehnten zum inoffiziellen Motto der Medizintechnikentwicklung geworden", schrieb Michael Barbella in einem Artikel vom Oktober 2019. Barbella, geschäftsführender Redakteur von MPO, interviewte auch Branchenführer im Rahmen einer Diskussionsrunde über die Mikrospritzgussindustrie.
In den letzten Jahren hat eine wachsende Zahl von Unternehmen damit begonnen, Dienstleistungen im Bereich des Mikroformen anzubieten. Doch nur wenige dieser Unternehmen sind vollständig auf diesen Bereich fokussiert. Einige beschreiben ihre Dienstleistungen als eine zusätzliche Formgebungsmöglichkeit. Andere sind Auftragsfertiger, die sich auf die Mikrofertigung spezialisiert haben und das Mikrospritzen hinzugefügt haben, um voll integriert zu werden. Unabhängig davon wachsen die Dienstleistungen im Bereich Mikrospritzguss aufgrund der innovationsgetriebenen Nachfrage. Kurz gesagt, immer mehrUnternehmen derMedizintechnik wollen "kleiner, schneller, billiger".
Betrachten Sie andere Trends in der Spritzgieß- und Mikrofabrikationsindustrie, um eine Perspektive zu erhalten. Durch die Eliminierung von Angüssen reduzieren Spritzgießer die Verschwendung von teurem Spritzgussmaterial. Fünf-Achsen-Mikro-CNC-Bearbeitung und Mikro-Senkerodieren unterstützen Details im Mikrometerbereich mit hoher Genauigkeit. Auch bei der Handhabung, Verpackung und Inspektion von Mikrokomponenten gibt es Fortschritte in der Automatisierung. All diese Entwicklungen sind darauf ausgerichtet, die Grenzen zu verschieben und das Ziel "kleiner, schneller, billiger" zu erreichen.
Warum fehlt Micro 3DP?
Dennoch höre ich in der Medizintechnikbranche selten die Forderung "kleiner, schneller, billiger" für Prototyping und Entwicklung. Liegt es daran, dass es keine praktikable Lösung gibt? Traditionelle Fertigungsmethoden wie der Mikrospritzguss sind teuer und zeitaufwändig. Aktuelle 3D-Drucktechnologien können Kosten und Zeitaufwand reduzieren, aber sie können keine mikroskaligen Teile mit der erforderlichen Auflösung, Präzision und Genauigkeit herstellen. Gleichzeitig wächst die Nachfrage nach der Miniaturisierung von medizinischen Geräten.
Denken Sie an das Wachstum bei winzigen Teilen wie Mikronadeln, Septen, Hüllen, Sensoren, Mikroelektronik und montierten Geräten. Dies ist das Ergebnis der wachsenden Anforderungen an weniger invasive chirurgische Eingriffe, Point-of-Care-Anwendungen und Fortschritte bei der gezielten Medikamentenverabreichung, In-vitro-Diagnostik, Implantaten und tragbaren Technologien. All dies erfordert "kleiner, schneller, billiger" - und die Suche nach einem Standard und einer Technologie, die diese Anforderungen erfüllen können.
Mikrokomponenten: Arbeitsstandard und Mikro-3DP-Lösungen
Seit vielen Jahren habe ich nach einem Industriestandard gesucht, der den Unterschied zwischen einer Mikrokomponente und einer hochpräzisen Minikomponente definiert. Ich habe eine Reihe verschiedener Definitionen gesehen und gehört, wie z. B. Schussgröße, Teilgröße, Featuregröße und Toleranzen - um nur einige zu nennen. Nehmen wir einmal an, dass eine Mikrokomponente die folgenden Spezifikationen hat.
- Von mikroskopisch klein bis groß genug, um in ein 1"-Quadrat oder Durchmesser zu passen
- Wandstärken von .004" (.102 mm)
- Merkmale wie Kanten und Ecken innerhalb von R.001" (.025 mm)
- Löcher so klein wie R.002" (0,51 mm)
- Spitzenradien von R.0002" (.005 mm)
- Bildseitenverhältnisse bis zu 250:1
- Toleranzen von ±0,0005" (0,0127 mm).
Bei solchen Spezifikationen wird klar, warum Mikrospritzgießer hoch spezialisiert sind. Sie können auch verstehen, warum viele in der Branche denken, dass es keinen einfachen Weg gibt, Prototypen von Mikrobauteilen zu erstellen. Bis jetzt.
Boston Micro Fabrication (BMF) hat ein patentiertes Verfahren namens Projection Micro Stereolithography (PµSL) entwickelt, mit dem echte Mikrostrukturen mit einer ultrahohen Druckauflösung (2µm~50µm) und Drucktoleranz (±10µm ~ ±25µm) gedruckt werden. Die 3D-Drucker von BMF nutzen die Projektions-Mikro-Stereolithografie (PμSL), eine Form der Stereolithografie (SLA), die eine DLP®-Lichtmaschine, Präzisionsoptik, Bewegungssteuerung und fortschrittliche Software umfasst.
SLA produziert Teile in Schichten unter Verwendung eines photochemischen Prozesses. Ein lichtempfindliches flüssiges Harz wird mit Licht bestrahlt, sodass eine Polymervernetzung und Verfestigung stattfindet. Bei der PμSL-Technologie bewirkt ein Blitz aus ultraviolettem (UV) Licht die schnelle Photopolymerisation einer ganzen Harzschicht. Die PμSL-Technologie unterstützt eine kontinuierliche Belichtung für eine schnellere Verarbeitung.
Das BMF microArch S140 System
Die folgende Tabelle 1 enthält Konstruktionsmerkmale und -werte für das BMF microArch S140 System. Wie Sie sehen können, kann diese PµSL-Plattform die Anforderungen des Mikrospritzgießens erfüllen. Die Spalte Empfohlen enthält Werte, die Sie mit Standard-Druckereinstellungen erreichen können. Die Spalte Erweitert enthält Werte, die mit dem richtigen Design und unter optimalen Bedingungen erreicht werden können. BMF kann mit Ihnen Design- und Maschinenüberlegungen überprüfen und berät fortgeschrittene Anwender über gezielte Einstellungen.
| Design-Merkmal | Empfohlen | Erweitert |
| Maximale Teilegröße | 94 x 52 x 45 mm3 | |
| Minimale Teilegröße | 1 mm3 | 0,5 mm3 |
| Minimale Featuregröße | 0,05 mm | 0,01 mm |
| Minimaler Lochdurchmesser (vertikal) | 0,05 mm | 0,04 mm |
| Minimaler Lochdurchmesser (horizontal) | 0,15 mm | 0,1 mm |
| Mindestwandstärke (unterstützt) | 0,05 mm | 0,02 mm |
| Mindestwandstärke (freitragend) | 0,1 mm | 0,05 mm |
| Mindestwinkel des freitragenden Überhangs | 30° | 20° |
| Maximale überbrückte Überhanglänge | 1,5 mm | 5 mm/10 mm (starres Material) |
| Maximale nicht überbrückte Oberhandlänge | 0,3 mm | 0,5 mm |
| Bildseitenverhältnis für Kanäle | 100:1 | 500:1 für > ø 0,1 mm |
| Streckverhältnis für Stifte & Säulen | 40:1 | 100:1 für > ø 0,1 mm |
| Minimaler Spielraum des Elements | 0,1 mm | 0,05 mm |
| Empfohlene Kanalform > ø 100 µm | rechteckig oder kreisförmig | |
| Recommended channel shape < ø 100 µm | kreisförmig | |
| Abstand von Teil zu Teil | 0,1 mm | 0,05 mm |
| Schichthöhe | 0,01 - 0,05 mm | |
| Form der Tragstruktur | Kegel | |
| Tragwerk Kegeloberteil Durchmesser | 0,08 - 0,2 mm | |
| Tragwerk Kegelfußdurchmesser | 0,1 mm - 1mm |
Tabelle 1: microArch S140 Konstruktionsmerkmale und Werte
PµSL treibt Mikro-3DP für medizinische Geräte voran
Die PµSL-Technologie von BMF bietet eine nachgewiesene Lösung für das Prototyping und die Entwicklung von medizinischen Geräten und Komponenten im Mikromaßstab. Heute sieht BMF auch eine wachsende Zahl von Anwendungen, bei denen die PµSL-Technologie zur kostengünstigen Herstellung von Endverbraucherkomponenten eingesetzt werden kann. Mit der Verbesserung der Materialeigenschaften und Produktionsgeschwindigkeiten werden sich noch mehr Möglichkeiten ergeben.
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