Nur wenige hundert Nanometer
Schweißen mikrostrukturierter Kunststoffbauteile
Der Technologieführer thinXXS steigert Geschwindigkeit und Flexibilität bei der hochpräzisen Produktion von mikrostrukturierten Kunststoffbauteilen mit einer Laseranlage vom Typ RayMarker aus dem Hause LASERPLUSS.
Die thinXXS Microtechnology AG in Zweibrücken entwickelt, fertigt und vertreibt mikrotechnische Komponenten und Systeme auf Kunststoffbasis. Sie verfügt über eine weltweit einzigartige Kompetenz in der Kombination von Engineering, Produktion, Qualitätsmanagement und Supply Chain Management. Zu Ihrem Leistungs- und Produktportfolio zählen die Entwicklung und Produktion kundenspezifischer mikrofluidischer Systeme wie Mikropumpen, Mikromischersysteme, aktive mikrofluidische Analysesysteme bis zu Lab-on-a-chip Lösungen.
Basis sind mikrostrukturierte Kunststoffspritzgussteile enormster Präzision, die Strukturen bis zu wenigen 100 Nanometern abbilden können. thinXXS ist ebenso Spezialist für hybride Systeme, die verschiedene Komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen in sich vereinen, wie die Integration von Sensoren oder Aktoren. Darüber hinaus ist thinXXS Prozesspartner seiner Kunden und unterstützt sie von der Fertigung der Erstmusterserien bis zum Aufbau der Fertigungslinien.
Vorsprung dank Lasertechnologie
Die thinXXS AG ist ein Pionier auf dem Gebiet des Mikroschweißens von Kunststoffen mit dem Laser. Bereits seit 1998 forscht und entwickelt das aus dem Mainzer Institut für Mikrotechnik entstandene Unternehmen in diesem Bereich. thinXXS setzte von Anfang an auf eine Laser-Präzisions-Bearbeitungsanlage vom Typ RayCutter der LASERPLUSS AG. Mit dem RayCutter und der engen Zusammenarbeit mit LASERPLUSS konnte das Unternehmen seine Ideen verwirklichen. Für die hohen Anforderungen an Präzision, Reinheit und Flexibilität in der Materialwahl kam nur die Lasertechnologie in Frage.
Da die bei thinXXS entwickelten und produzierten Produkte vor allem im Medizin- und Life-Science-Bereich zum Einsatz kommen, spielt neben der Präzision auch die Reinheit eine entscheidende Rolle. Beim Zusammenfügen der Bauteile würden bei Verwendung von Klebstoffen chemische Bestandteile diffundieren. Beim Ultraschallschweißen könnten sich kleinste Partikel lösen, die zu Verunreinigungen führen würden. Ebenso ist die Gefahr der Querschnittsveränderung der mikroskopischen Kanäle zu groß. Der Einsatz der Lasertechnologie verschafft thinXXS in der Herstellung einen großen Vorsprung und Marktvorteil.
Per Automatisierung zu mehr Durchsatz
Seit der erfolgreichen Zertifizierung nach ISO 13485 setzt die thinXXS AG verstärkt auf die Entwicklung und Produktion von Produkten im Mikrofluidbereich für den Medizinsektor. Hier durchläuft ein Produkt von der Idee bis zur Zulassung die Stationen Prototypentwicklung und Prüfung in ausgiebigen klinischen Tests, für die je Produkt Stückzahlen von 5.000 bis 10.000 gefordert sind. Für die Produktion dieser höheren Stückzahlen sollte zum RayCutter in eine weitere Anlage investiert werden. Von dieser Anlage war ein ebenso hoher Grad an Präzision und Flexibilität gefordert wie ihn der RayCutter liefert: Sehr feine Konturen müssen mit einer perfekten Schweißnaht in sehr gleichmäßigem Abstand zu den Kanälen absolut flüssigkeitsdicht und fest geschweißt werden. Außerdem musste die neue Anlage den ganzen Fügeprozess schneller abbilden, automatisierungsfähig sowie flexibel und schnell an die Produktion verschiedener Bauteile anpassbar sein.
Die Lösung von LASERPLUSS hob sich von den im Auswahlprozess berücksichtigten Wettbewerbslösungen deutlich ab. Ihr Konzept überzeugte, denn die Anlage konnte so modular gestaltet werden, wie es erforderlich war. LASERPLUSS zählt zu den Pionieren im Präzisionskunststoffschweißen und hatte die Lösung quasi bereit. Sie musste lediglich an die kundenindividuellen Anforderungen angepasst werden. Die Automatisierungstechnik sowie das anwendungstechnische Know-how von LASERPLUSS waren für thinXXS von großem Vorteil für die Spezifizierung der Anlage.
Während der RayCutter mit schnellen und präzisen CNC-Achsen und festem Laserstrahl arbeitet, kommt beim RayMarker eine spezielle Spiegeloptik zum Einsatz. Dies ermöglicht eine höhere Geschwindigkeit beim Schweißen bei einer Positioniergenauigkeit von 20 bis 50 Mikrometern und einer Schweißbahnbreite von < 0,2 mm. Um diese Genauigkeit auch relativ zum Bauteil zu garantieren, kann per integrierter Bildverarbeitung eine Vermessung der Bauteile vorgenommen werden. Optional kann auch eine Schweissbahnkontrolle dem Bearbeitungsprozess nachgeschaltet werden. Stückzahlen von mehr als 10.000 Stück können mit dieser Anlage im Monat fehlerfrei produziert werden.
Die kundenindividuelle Anpassung
Die individuellen Anforderungen an den RayMarker legte thinXXS gemeinsam mit LASERPLUSS in einem Pflichtenheft fest. Eine Lösung der Anforderungen stand schon bereit, so dass lediglich die kundenindividuellen Anforderungen geplant und umgesetzt werden mussten. Basis war ein Standard-RayMarker mit Drehtisch und drei Bearbeitungspositionen. Die Anpressung wird durch eine speziell entwickelte Anpressvorrichtung optimiert. Die Bauteilaufnahmen der Anpressvorrichtung wurden speziell angepasst. Eine gleichmäßige Anpressung ist neben der genauen Kontrolle des Laserstrahls von entscheidender Wichtigkeit für eine präzise Schweißnaht. Dadurch können verschiedene Bauteilformen aufgenommen und bearbeitet werden. Dies erhöht die Flexibilität des RayMarkers.
Um den Anforderungen für den Reinraum zu entsprechen wurde der RayMarker mit einem Edelstahlgehäuse ausgeführt. Damit die Produktionssicherheit auch bei kleinen Stückzahlen oder gemischter Produktion hergestellt ist, wurde eine spezifische Softwareoberfläche erstellt, die optimal an die Bedürfnisse von thinXXS angepasst ist. Zur Kontrolle der Prozesssicherheit werden Anlagenparameter zu jedem bearbeiteten Bauteil aufgezeichnet und gespeichert. Eine Rückverfolgbarkeit ist damit gewährleistet.
Der Nutzen für den Kunden
Vier Faktoren machen die besonders hohe Effizienz des RayMarkers für thinXXS aus: enorme Geschwindigkeit, höchste Präzision, große Flexibilität und absolute Zuverlässigkeit. „Wir haben die komplette Technologie im Hause und können unsere Marktposition weiter ausbauen, denn wir können jetzt noch flexibler reagieren und erforderliche Mengen produzieren“, so Volker Nickel, Leiter Mikromontage bei thinXXS.
