医疗需求推动硅橡胶微注塑发展,Starlim实现微米级量产精度
随着医疗器械、汽车电子及其他先进产业对微型硅橡胶部件的需求增长,精密微注塑制造技术也在快速发展。全球最大的硅橡胶加工企业Starlim已在奥地利马希特伦克总部设立专门的微注塑部门,配备Wittmann最先进的MicroPower注塑机,并建设自有洁净室,以满足医疗器械和其他高精度产品的制造要求。
重量低于10毫克被定义为微型部件
Starlim市场团队负责人Dominik Kreuzmayr表示,公司将重量低于10毫克的部件定义为微型产品。目前行业内尚未形成统一的微注塑定义,Starlim的分类主要建立在长期生产经验以及对材料在微细模具结构中流动特性的理解之上。
该公司展示的微型O形圈直径仅为0.7毫米、环体厚度为0.4毫米,小到难以直接用手指操作。另一款助听器组件的尺寸为6×5×1毫米,虽然相对较大,但采用了更复杂的双色双材料结构,由蓝色液态硅橡胶(LSR)膜片和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)热塑性框架组成,该框架便于组件安装到助听器内部。
助听器组件使用单腔模具和全电动MicroPower注塑机一次成型。Kreuzmayr表示,在工业化生产中,公司最多使用四腔模具,如果增加到16腔,各型腔之间的距离和排列方式可能影响亚毫米级部件所需的制造精度。
成品公差控制在±2微米
助听器组件的主要制造难点,是保持硅橡胶膜片波纹区域的尺寸稳定。Starlim微注塑部门应用工程师Günter Polt指出,与大型注塑件不同,这类微型部件几乎没有可用于稳定注射过程的剩余熔体缓冲,因此对注塑机的控制精度和重复性提出了更高要求。
拥有近30年硅橡胶注塑经验的Polt表示,微型部件往往无法通过肉眼判断质量,必须使用显微镜进行检查。MicroPower设备能够对各项工艺参数进行精细、稳定的调节,使生产过程保持较高的可靠性和重复性。
对于助听器组件而言,成型精度不仅影响装配效率,也会直接影响声音还原效果。该双材料部件的成品尺寸公差需要控制在±2微米以内,因此必须精确调节锁模力,同时配合高精度模具。
Starlim所使用的模具均由公司内部模具部门制造。自有模具制造能力可以让产品设计、模具开发和注塑工艺同步调整,并减少不同供应商之间的信息传递误差。激光加工和微型3D打印等技术的应用,也使制造满足助听器声学要求的微细模具结构成为可能。
在模具内完成声学性能检测
为提高量产检测效率,Starlim计划在注塑完成后,直接对仍位于模腔内的硅橡胶膜片进行振动性能测试。由于微型部件保持在预先确定的位置,因此不需要在脱模后重新定位,可以降低检测难度并缩短生产周期。
为实现这一功能,模具和自动化团队在机械手夹具中集成了声音发射器与激光测量系统,可对助听器膜片的振动特性进行在线检测。Kreuzmayr表示,这款助听器组件结合了创新模具技术、高精度注塑和自动检测,是Starlim微型双材料成型技术的一项重要进展。
两平方米设备集成完整生产流程
MicroPower采用紧凑型全电动设计,整个生产单元占地面积约为两平方米,内部集成带旋转工作台的锁模机构、两级注射系统、材料输送、自动化装置、温度控制、质量检测及其他工艺单元,同时在模板之间保留400毫米的模具操作空间。
设备采用直线导轨保护模具,并通过高精度五点式肘杆机构,将锁模力均匀分布在模具分型面上。Wittmann Group区域销售经理Jochen Sassmann表示,设备可以使注射柱塞尽可能靠近模具分型面,从而缩小甚至取消浇口。
这一设计对液态硅橡胶注塑尤其重要,因为完全硫化后的LSR无法重新熔化利用,减少浇口材料可以直接降低原料浪费。
双材料产品占比已达到约40%
Starlim设立微注塑部门已有约15年,目前在马希特伦克工厂运行多台MicroPower注塑机,其中部分设备安装在新建洁净室内,用于生产眼科手术等医疗领域的高精度部件。
不同设备根据产品需求采用不同配置,包括单材料注塑系统、双材料注塑机,以及通过机械手连接两台独立设备的集成系统。后者既可以高效生产双材料部件,也能让两台设备分别使用单材料模具,提高生产安排的灵活性。
Starlim表示,公司会针对每个新项目比较不同生产方案的整体效率。目前,双材料产品约占其微注塑产量的40%,随着相关客户询价和应用需求增加,这一比例预计还将继续提高。
微注塑部门目前仍以大批量生产为主,数百万件的订单规模较为常见。Starlim认为,MicroPower设备能够在亚毫米尺寸、微米级公差和大批量生产之间保持稳定工艺,为医疗器械及其他高精度应用提供可靠的量产能力。
随着医疗器械对更小尺寸、更复杂结构和多材料集成的需求上升,微型硅橡胶部件的竞争重点正在从“能否制造”转向能否以微米级精度稳定量产,并在生产过程中同步完成质量检测。
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原文:Silicone Micro Molding Surges with Medical Tech Demand
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