Mikrofertigungsverfahren und Anwendungen

Dieser Blog ist der erste in einer mehrteiligen Serie, der die Ergebnisse einer Analyse des Marktes für Mikrofertigung von Phil Reeves von Reeves Insights vorstellt.

Die Mikrofertigung umfasst viele verschiedene Technologien, die kleine Teile mit feinen Merkmalen herstellen können. Das "Mikro" in all diesen Fertigungsmethoden bezieht sich auf ihre Fähigkeit, 0,5 mm bis 2 mm große Objekte mit einer Auflösung von 5 µm bis 20 µm herzustellen. Beispiele für mikrogefertigte Geräte sind mechanische Zahnräder, faseroptische Ausrichtungsgitter, Katheter und mikrofluidische Geräte.

Heute revolutioniert µ3DP das Design, Prototyping und die Produktion bestimmter Arten von kleinen Geräten. Indem sie die verfügbaren Mikrofertigungsmethoden und den Wert von µ3DP für kleine Kunststoffteile verstehen, können Ingenieure bestimmen, wann Mikro-3D-Druck sinnvoll ist. Hersteller, die strategische Entscheidungen treffen müssen, wie z. B. den Kauf von Geräten, können auch Markttrends berücksichtigen.

Arten der Mikrofertigung

Es gibt fünf Arten von Mikroherstellungsmethoden für Kunststoff- und Nicht-Kunststoffmaterialien. Innerhalb jeder Kategorie gibt es verschiedene Fertigungsmethoden; allerdings können nur einige dieser Methoden mit Kunststoffmaterialien verwendet werden.

  • Diesubtraktive Fertigung umfasst mikromechanische Zerspanungsprozesse wie Fräsen, Drehen, Schleifen und Polieren. In diese Kategorie fallen auch die Mikro-Elektroerosion, die Laserstrahlbearbeitung, die Elektronenstrahlbearbeitung und die fotochemische Bearbeitung. Bei Kunststoffen werden nur das Fräsen und Drehen - Arten von mikromechanischen Zerspanungsprozessen - und die Laserstrahlbearbeitung eingesetzt.
  • Additive Fertigung ist mehr als 3D-Druck. Zu dieser Kategorie gehören die Oberflächenbeschichtung mit chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), Direktschreibverfahren wie Tintenstrahl- und Laserdruck, Photo-Elektroformung und LIGA, ein deutsches Akronym für Lithographie, Galvanik und Formgebung. Für die Kunststoff-Mikrofertigung wird nur der 3D-Druck verwendet.
  • Zu denmassehaltigen Verfahren gehören Mikrogießen, Mikrospritzgießen und Sintern sowie Mikroumformverfahren wie Stanzen, Extrudieren, Schmieden, Biegen, Tiefziehen, inkrementelles Umformen, Super Plastic Forming und Hydroforming. Für alle Kunststoffe können zwei Mikroumformverfahren (Stanzen und Fließpressen) eingesetzt werden. Mikrogießen ist für duroplastische Harze und Mikrospritzgießen für Thermoplaste.
  • Zu denFügeverfahren gehören die mikromechanische Montage, das Laserschweißen, das Vakuumlöten und das Kleben. Für die Mikrofertigung von Kunststoffen werden nur die ersten beiden Verfahren eingesetzt.
  • Hybride Verfahren reichen von der Mikro-Laser-Elektrochemischen-Bearbeitung (ECM) und LIGA über Shape Deposition und Laserbearbeitung bis hin zur elektrochemischen Fabrikation (EFAB) und der laserunterstützten Mikroumformung. Auch die kombinierte Mikrobearbeitung und das Gießen gehören zu dieser Kategorie der Mikrofertigung. Keines dieser Verfahren wird jedoch zur Herstellung kleiner Kunststoffteile verwendet.

Marktpotenzial für Mikro-Spritzguss

Das Mikrospritzgießen (micro IM) scheint das größte Marktpotenzial aller Mikrofertigungsverfahren zu haben, die Kunststoffmaterialien verwenden. Bis 2025 wird für das Mikro-IM ein Wachstum von 16,2 % in Nordamerika, 15,9 % in Europa, 16,1 % im asiatisch-pazifischen Raum, 14,3 % in Mittel- und Südamerika und 14,1 % im Nahen Osten und Afrika prognostiziert. Während der globale Markt für kleine Kunststoffteile wächst, wird die Nachfrage nach anderen Kunststoff-Mikrofertigungsverfahren voraussichtlich zurückgehen, gleich bleiben oder langsamer wachsen.

Wie µ3DP die Mikro-IM für medizinische Anwendungen durchbrechen kann

Obwohl der Mikrospritzguss ein erhebliches Marktpotenzial hat, veranlassen die mit der Werkzeugerstellung verbundenen Vorlaufzeiten und Kosten die Hersteller dazu, andere Mikrofertigungsverfahren zu erkunden. Da es sich um eine Form des 3D-Drucks handelt, muss bei µ3DP nicht für Werkzeuge gezahlt oder gewartet werden. Darüber hinaus unterstützt der Mikro-3D-Druck technische und biomedizinische Kunststoffe sowie anwendungsspezifische Kunststoffharze, die steif, zäh, hochtemperaturbeständig, biokompatibel, flexibel oder transparent sind. Zu diesen Kunststoffen gehören speziell formulierte Flüssigpolymere und Open-Source-Materialien.

Für wiederverwendbare oder langfristige medizinische Geräte kann µ3DP zur Herstellung von Ablationskathetern für das Herzrhythmus-Management, audiologischen Komponenten wie Hörgeräten, den Gerätekörpern von Kathetern und Herzklappen verwendet werden. Zu den Mikrofertigungsanwendungen für medizinische Verbrauchs- und Einwegprodukte gehören 3D-gedruckte ophthalmologische Komponenten für die Medikamentenverabreichung, Pupillenerweiterungen und Linsen. Darüber hinaus kann µ3DP zur Herstellung von Mikronadeln, dünnwandigen Katheterspitzen, Abutments für Zahnanker, transdermalen Pflastern, Life-Science-Einwegprodukten und Mikrofluidik verwendet werden.

Auf dem Markt für medizinische Verbrauchsmaterialien kann µ3DP bioresorbierbare medizinische Geräte wie Hüllen, Gewebeanker, Nahtschrauben, Stifte und Knochenschrauben herstellen. Es gibt auch Anwendungen für mikromechanische Geräte wie Zahnräder, Zahnradgetriebe, Ausleger, Sonden, Beschleunigungsmesser, mikrofluidische Ventile, Partikelfilter, mikroelektronische Anschlüsse und Sensoren. Neben faseroptischen Ausrichtungsgittern gehören zu den 3D-gedruckten optischen Mikrobauteilen auch Mikrolinsen, mikrooptische Züge und Halter für optische Elemente.

Die Zukunft der Mikrofertigung

µ3DP mit PµSL-Technologie ist die einzige Technologie weltweit, die dem Mikrospritzguss in Bezug auf Größe, Auflösung und Toleranz entspricht. Im Gegensatz zu anderen additiven Fertigungstechnologien kann PµSL die hohe Auflösung, Genauigkeit und Präzision erreichen, die für mechanische, optische und medizinische Geräte im Mikromaßstab erforderlich ist. Wenn Ingenieure Mikrofertigungsmethoden vergleichen und Unternehmen strategische Entscheidungen über Werkzeuge und Anlagen treffen, kann Boston Micro Fabrication (BMF) helfen. Um mehr über µ3DP zu erfahren oder um Ihre spezifische Anwendung zu besprechen, kontaktieren Sie uns.