IKV: Neuartiges Plastifiziersystem zum Mikrospritzgießen

Geometrie der Inversschnecke - (Bild: IKV).

In der Mikrosystemtechnik spielen Kunststoffe eine zunehmend wichtige Rolle. Sie kommen z.B. in medizinischen Produkten oder mikrooptischen Systemen zum Einsatz und sind dort unverzichtbar. Im direkten Vergleich mit makroskopischen Produkten werden dabei an die Mikrobauteile aus Kunststoff erhöhte Qualitätsanforderungen gestellt.

Wichtig ist vor allem die präzise Ausformung mikroskopischer Details. In Kombination mit den ohnehin schon kleinen Massen ist für den Spritzgießprozess besonders die reproduzierbare prozess- und materialgerechte Plastifizierung der benötigten Kleinstmenge an Schmelze eine große Herausforderung. Insbesondere konventionelle Plastifiziersysteme, die auf Schubschnecken beruhen, unterliegen Masseschwankungen beim Einspritzen, da sie in ihrer Bauform nicht beliebig verkleinert und so an die geringen Massen angepasst werden können. Daher müssen alternative Plastifiziersysteme konzipiert und auf ihre Einsetzbarkeit für das Mikrospritzgießen getestet werden.

Ein solches System wird derzeit am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) entwickelt. Das neuartige Konzept zeichnet sich dadurch aus, dass die zur Plastifizierung und Förderung notwendigen Schneckengänge auf der Innenseite des Zylinders angebracht sind – man spricht daher von einer Inversschnecke. Im Inneren rotiert ein Kolben, der in seinem Durchmesser auf die geringen Schussgewichte von Mikroformteilen angepasst ist. Für den Einspritzvorgang wird der Kolben axial im Zylinder verfahren. Durch dieses Konzept kann die gesamte plastifizierte Masse im System deutlich reduziert und damit die Gefahr einer thermisch induzierten Materialdegradation vermieden werden. Zusätzlich wird durch den kleinen Kolbendurchmesser eine gute Wegauflösung ermöglicht und damit eine präzise reproduzierbare Einspritzbewegung sichergestellt.

Die Funktionalität des Systems der inversen Schnecke wurde bereits an einem motorisierten Prototyp nachgewiesen. Neben der Förderwirkung konnte dabei auch die Mischwirkung mithilfe eines farbigen Masterbatchs nachgewiesen werden. Derzeit analysieren die IKV-Forscher systematisch die unterschiedlichen Einflussparameter wie beispielsweise Drehzahl, Kolben- und Zylindergeometrie sowie die Oberflächenbeschaffenheit auf den Plastifizierprozess und optimieren somit schrittweise das Konzept. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend in einem neuartigen Plastifiziersystem umgesetzt und anhand von Spritzgießversuchen evaluiert.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

27. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 19.-20.03.2014, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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