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Kunststofftechnik-Prototyping

Per Industrie-CT zur Covid-Diagnose

17. März 2023, 10:56 Uhr | Von Joshua Köb für 1zu1

Mikrofluidik, Reinraumqualität und bis zu 325.000 Exemplare in der Vorserie: Für ein Spritzguss-Steckmodul zur Analyse von Viruserkrankungen gelang per Additive Manufacturing der perfekte Entwicklungsprozess vom Prototyp bis zur Serie. Computertomografie spielt dabei eine zentrale Rolle.

Die BluBox des dänischen Medizintechnik-Unternehmens BluSense-Diagnostics ist ein einfach bedienbares, transportables Medizingerät zur Diagnose von Infektionskrankheiten. Ein Tropfen Blut genügt, um den Antikörperstatus einer Person festzustellen. Für die gerade einmal sieben Minuten dauernde Analyse werden Einweg-Steckmodule benötigt. Die transparenten Module sind neun mal fünf Zentimeter groß und drei Millimeter stark. Sie enthalten winzige mikrofluidische Strukturen zum Transport kleinster Flüssigkeitsmengen. Für eine funktionierende Auswertung ist höchste Präzision und Reinraumqualität erforderlich. Die Vorarlberger 3D-Druck-Experten von 1zu1 haben die Module zur Ermittlung von Covid-19 von den ersten Designvorstellungen über die verschiedenen Aluminium-Spritzguss-Werkzeuge bis zum serienreifen Produkt begleitet.

Drei Herausforderungen: Scharf, sauber und stabil

Die erste Herausforderung lag in der Fertigung der Werkzeugformteile. »Um durch die Umsetzung des Designs im Spritzguss eine funktionierende Mikrofluidik im Bauteil zu realisieren, braucht es minimale Fräsradien und scharfe Kanten bei Kanälen und Übergängen. Das Design war so weit wie möglich optimiert. Der Fertigungsprozess brachte den Feinschliff«, erklärt Projektleiter Dario Loss aus Sicht von 1zu1. Also wurde jedes noch so kleine Detail zwischen den Fertigungsexperten und den BlueSense-Entwicklern besprochen. Dabei ging es um die Identifikation der funktionsrelevanten Elemente, der minimal möglichen Fräsradien und die Wahl der idealen Frässtrategie.

Doch auch die künftige Anwendung des Medizintechnikprodukts galt es bei der Fertigung zu berücksichtigen. Aufgrund der strikten Reinheitsanforderungen dürfen die transparenten Steckmodule keine Partikel an Fremdmaterial enthalten. Durch die exklusive Nutzung der Spritzgussmaschine im 1zu1-Reinraum sowie eine Werkzeugauslegung mit Heißkanal und Nadelverschlussdüse, der keinen manuellen Kontakt erfordert, wird jetzt die geforderte Qualität in ISO-Klasse 8 garantiert – ein bisher einzigartiger Erfolg in der Unternehmensgeschichte.

Maßhaltigkeit und Prozesssicherheit waren die dritte Herausforderung. »Da auf das Steckmodul eine Folie mit Informationen und QR-Code aufgeschweißt wird, darf es keine Unebenheiten, scharfe Kanten oder Deformationen geben. Sonst entstehen bei der Laser-Folierung undichte Stellen«, sagt Dario Loss. Die kritischen Stellen sind mit herkömmlichen Messmethoden nicht erkennbar, sie tauchen erst nach dem Verschweißen der Folie bei der Qualitätsprüfung auf. Seit Herbst 2021 ist aus genau diesem Grund ein hochmoderner Computertomograf bei 1zu1 in Betrieb. Damit kann das Unternehmen erstmals Volumenmessungen transparenter Bauteile mit Genauigkeiten bis zu 5 Mikrometern und einer Auflösung von 3.000 × 2.500 Pixel durchführen. Loss berichtet: »Mit der CT-Messung sparen wir Zeit und der Kunde muss das Prüfergebnis nur noch validieren. Die Ergebnisse liegen noch am Tag der Fertigung vor, können also umgehend freigegeben oder korrigiert werden.«