Komplexität von Kunststoff

Norbert Sparrow | 08. Juni 2023

Sie haben Ihr Produktdesign also weitgehend festgelegt und die Materialien mit den für die Anwendung erforderlichen Eigenschaften ausgewählt, aber einige der Kunststoffteile müssen noch verbunden werden. Möglicherweise stellen Sie fest, dass die von Ihnen in Betracht gezogene Verbindungstechnologie mit diesen bestimmten Materialien nicht funktioniert, und das ist ein Problem. „Während des Produktentwicklungszyklus das perfekte Material auszuwählen, das nicht in das gewünschte Design verarbeitet werden kann, ist definitiv ein Problem“, sagte Jeff Ellis, PhD, leitender Technologieleiter bei EWI, gegenüber PlasticsToday. Die Lösung bestehe darin, Design, Materialien und Verarbeitung zu Beginn eines Projekts parallel zu berücksichtigen.

EWI ist ein Ingenieurbüro, das sich darauf spezialisiert hat, Kunden bei der Bewältigung komplexer Fertigungsherausforderungen zu unterstützen. Eines ihrer Spezialgebiete ist das Schweißen und Verbinden verschiedener Materialkombinationen mit unterschiedlichen Technologien. Idealerweise denken Ingenieure in der Anfangsphase eines Projekts gleichzeitig über Prozesse, Design und Materialien nach, aber das ist nicht immer der Fall und, um es klar zu sagen, es wird ziemlich kompliziert. Ellis nennt ein Beispiel für die Kunststoff-Kunststoff-Verbindung.

„Sie denken vielleicht, dass das Laserschweißen der beste Ansatz für die Herstellung Ihres Produkts ist, aber wenn Sie zwei ungefüllte Polymere haben, ist das Erhitzen sehr schwierig, weil sie für diese Wellenlänge so durchlässig sind, dass sie sich nicht erwärmen. Infraroterwärmung oder 1 Mikrometer „Laserschweißen funktioniert bei solchen Anwendungen nicht gut, daher empfehlen wir entweder Heißschweißen, Ultraschallschweißen oder einen Laser mit einer Wellenlänge von 2 Mikrometern“, erklärt Ellis.

Problemlösungen dieser Art gehören bei EWI zum Alltag. „Wir haben ein großartiges Polymerteam, das zusammenkommt und die verschiedenen Optionen prüft“, sagte Ellis. „Welche Materialien und Prozesse können wir verwenden? Wir erstellen eine Tabelle, aus der hervorgeht, dass dieses Material für diesen Prozess geeignet ist, für diesen jedoch nicht. Oder wir haben ein anderes Material, das mit zwei verschiedenen Prozessen arbeiten kann, um die gewünschte Form herzustellen. Wir Wir nutzen unsere Erfahrung und unser Fachwissen aus der Arbeit an vielen dieser Projekte in der Vergangenheit, um die beste Lösung für das jeweilige Produkt zu finden“, sagte Ellis.

Das Fügen von Kunststoffen für medizinische Anwendungen macht den Prozess noch komplexer. Einerseits ist die Materialauswahl eingeschränkter, insbesondere wenn das Teil mit der Haut in Kontakt kommt oder implantiert wird. Auch die Prüfanforderungen werden verschärft.

Anbieter medizinischer Polymere stellen in der Regel Testdaten zur Verfügung, aber Sie müssen nach der Verarbeitung der Pellets noch selbst Tests durchführen, sagte Ellis. „Wenn man diese Pellets nimmt, sie spritzgießt und dann sekundär verschweißt, hat man das Polymer zwei weiteren Wärmezyklen unterzogen und muss sicherstellen, dass es alle regulatorischen Anforderungen der FDA erfüllt“, sagte Ellis.

Ein weiteres Problem, das auftauchen könnte, sei der Einsatz von Ultraschallschweißen in Verbindung mit Mikrofluidkanälen und ähnlichen Anwendungen, fügte Ellis hinzu. „Dadurch entstehen normalerweise kleine Partikel, ein klares Nein für die FDA. Kleine Polymerpartikel, die in den Körper wandern, können Entzündungen hervorrufen, daher wird die FDA bei Ihrem 510(k)-Antrag danach fragen“, warnte Ellis.

Ellis wird am 14. Juni um 10:30 Uhr im Tech Theatre im IME East in New York die verschiedenen verfügbaren Technologien zum Verbinden von Polymeren mit Polymeren, Polymeren mit Metall, Verbundwerkstoffen mit Verbundwerkstoffen, Verbundwerkstoffen mit Glas und Mikroschweißen diskutieren Ziel seiner Präsentation ist es, medizinische und andere Konstrukteure auf die vielen verfügbaren Werkzeuge aufmerksam zu machen. „Hoffentlich erweitert meine Präsentation ihr Denken und bringt einige Lichtblicke zum Leuchten“, sagte Ellis. „Wir wussten nicht, dass wir auf diese Weise beispielsweise Metalle mit Polymeren verbinden oder eine hermetische Abdichtung ohne Klebstoffe erreichen können. Bei EWI möchten wir Designer bei diesem Prozess unterstützen und dieses robuste Gerät herstellen“, sagte Ellis.

Die IME East, zu der die parallel stattfindenden Veranstaltungen Plastec und Medical Design & Manufacturing (MD&M) gehören, findet vom 13. bis 15. Juni im Jacob Javits Convention Center statt. Weitere Informationen finden Sie auf der Plastec East-Seite bei PlasticsToday.

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