Csúcskategóriás precíziós fröccsöntés tisztatérben

Az elemzőeszköz központi részei a Patron (jobbra) és a „TC” (középen) – egy kétkomponensű fröccsöntött alkatrész PP-ből és TPE-ből, amelyben az vizsgálatok során a folyadékokat a patronon belül szállítják. A kép bal oldalán látható a „TC” kemény komponense. (Kép forrása: minden 1:1 prototípus / Darko Todorovic)

A „TC“ nevű kétkomponensű fröccsöntött alkatrész gyártása rendkívül finom szerkezeteivel különleges kihívást jelentett.

Wolfgang Spiegel, 1zu1 Prototípusok (balra), és Daniel Quidiello, Weidmann Medical Technology (középen), értékelik a gyártott fröccsöntött alkatrészeket.

A orvosi tesztekhez 1:1 prototípusokat készítettek a frissen megnyitott tisztatérben a fröccsöntött alkatrészekhez.

Apró részletek kétkomponenses fröccsöntésben, szoros forma- és helyzeteltérések, legfeljebb két tized milliméteres peremek, akár 20.000 darab egy alumínium szerszámból, tisztatéri minőség a felcserélhető eljárás ellenére is: egy in-vitro diagnosztikai eszköz fejlesztése során a részt vevő projektpartnerek a lehetőségek határára léptek.

2015 végén készült el a vállalat régóta tervezett tisztatere, az 1zu1 Prototípusok Dornbirnben, Ausztriában – épp időben egy svájci Weidmann Medical Technology megrendelésére. Egy tucat különböző alkatrészt kellett az osztrák szakembernek alumínium szerszámokkal gyártania a tisztatérben, mindegyik legfeljebb 20.000 darab. A megrendelés egy több mint két évig tartó fejlesztési projekt végső szakasza volt egy nemzetközi orvostechnikai vállalat számára. A cél: egy in-vitro diagnosztikai eszköz, amellyel például vér, nyál, plazma vagy szövet minták közvetlenül az orvosnál vagy a kórházban vizsgálhatók vírusokra és baktériumokra.

Korábban az orvosok gyakran kellett ilyen mintákat központi laboratóriumba küldeniük, és napokig várni az eredményre. Az új elemzőberendezés percek alatt ad diagnózist akár 22 kórokozó esetén is. „Gyors és pontos diagnózis olyan betegségekről, mint a meningitis vagy az influenza, így közvetlenül a helyszínen lehetséges,” magyarázza Daniel Quidiello, a Weidmann projektvezetője.

Diagnózis a legkisebb helyen

2013 nyarán a gyártó megbízta az 1zu1 Prototípusokat a cartridge fejlesztésével, amely az új eszköz központi része. Ez tizenkét alkatrészből áll, körülbelül 15 centiméter hosszú, több folyadékkamrával rendelkezik a mikrobiológiai vizsgálatokhoz. A prototípusok gyártásához az 1zu1 Prototípusok még 2013 nyarán fordultak, és a két vállalat több mint tíz éve szoros együttműködésben dolgozik. Szeptember végén az 1zu1 Prototípusok megkapták az első kilenc fröccsöntő szerszám megrendelését. Hat héttel később a fröccsöntött alkatrészek már az ügyfél zürichi tavánál voltak.

„Kilenc szerszám egyidejűleg már különleges megbízás,” mondja Wolfgang Spiegel, a Rapid-Tooling termékmenedzsere az 1zu1 Prototípusoktól. A Vorarlberg-i cég alumínium fröccsöntött prototípus- és kis sorozatgyártásra szánt szerszámokat készít. Ezek moduláris felépítésűek. Egyes részeiket modern forgácsoló- és esztergálógépeken gyorsan és precízen lehet gyártani, és szükség szerint később módosítani vagy cserélni. A kihívást nemcsak a projekt mérete, hanem sok specifikáció is jelentette. „Ez egy high-end projekt volt. Minden elvárás egy kicsit magasabb volt a szokásosnál,” emlékszik Spiegel. A Weidmann projektvezetője, Quidiello is nyíltan bevallja: „Kezdetben szkeptikusak voltunk a fenntartható megvalósíthatósággal kapcsolatban. A nagy kérdés számunkra az volt: sikerül-e elérnünk a szükséges minőséget nagyobb darabszámú sorozatgyártásban is?”

A magas minőségi követelmények kezdetben a részek finom szerkezetei voltak: a különböző mikrobiológiai elemzésekhez a folyadékokat a cartridge-ban szállítják és keverik. Több mint 20 változat létezik, a csatornák egyes részein a keresztmetszet kevesebb mint egy milliméter. Ezekhez a nagyon kicsi szelepekhez jó mozgékonyság mellett teljesen szorosan záródó tömítések kellenek.

Az eszköz tömítettsége egyébként is kiemelten fontos. „Képzelje el, ha az orvosnál a beteg mintája vírusokat tartalmaz, és az szivárogna ki,” mondja Quidiello. A cartridge egyes részein a zárócsuklók és a folyadékkamrák ugyanolyan szorosan zárnak, mint a tömítések. Ezeket a töltés után speciális eljárással zárják, amely magas felületi minőséget igényel a fröccsöntött alkatrészeken. A peremek vagy lebegő szövetek itt legfeljebb egy tized milliméteresek lehetnek.

Közös siker

A szerszámok tervezése során mindkét vállalat szorosan együttműködött az elvárások teljesítése érdekében. „Minden tervezést költséghatékonyság és biztonság szempontjából is megkérdőjeleztünk, egymást motiválva az esztergálási és szerszámtechnikai innovációk megvalósítására,” emlékszik Spiegel. Folyamatosan volt visszacsatolás a végfelhasználótól is. A siker mindkét vállalatnak igazolódott: az alumínium szerszámok nemcsak az első lövésnél adtak kiváló eredményeket, hanem rendkívül tartósnak bizonyultak. Az 1zu1 Prototípusok eredetileg 2.500 darabot garantáltak szerszámonként. Végül akár 20.000 darabot is szállítottak a kívánt magas minőségben.

Áttérés a tisztatérbe

Két prototípus szakaszban, a szabványos fröccsöntés során az alkatrészeket a fejlesztés első két évében, 2013-ban és 2014-ben műszakilag tesztelték. A moduláris felépítés lehetővé tette a meglévő szerszámok módosítását kis erőfeszítéssel. A harmadik szakasz, 2016 elejétől kezdődően, orvostechnikai szempontok szerint zajlott. Ezért a gyártást az 1zu1 Prototípusok új tisztatéri üzemébe helyezték át. Ez a tisztatéri osztály 8-as szintű, a mintavételezési tesztek pedig gyakran még ennél is jobb eredményeket adnak. A részeket orvosi alkalmazásra engedélyezett nyersanyagból gyártják. „A mikrobiológiai vizsgálatokhoz abszolút tisztaság szükséges. Idegen DNS jelenléte a kamrákban torzíthatja az eredményeket,” hangsúlyozza Spiegel.

A kihívás a tisztatérben a kétkomponenses fröccsöntött alkatrészek voltak. Ezeket kézzel kell átfordítani a két gép között. „A tisztatérben minden manuális beavatkozás kockázatot jelent a szennyezés szempontjából,” mondja a vállalat Rapid-Tooling vezetője. „Mégis, különös gondossággal kezeltük ezt a feladatot is.”

Előgyártási szakasz elkerülése

A szerszámok magas tartóssága miatt a projekt során még az előgyártási szerszámokat is el lehetett hagyni, amelyeket az 1zu1 Prototípusok általában a prototípus szakasz után gyárt. „Ez a partnerségi együttműködés valóban kivételes volt,” dicséri Spiegel. Kollégája, Quidiello is kiemeli az őszinte kommunikációt: „Mindkettőnk számára nagy hasznot hozott, és sokat tanultunk.” A projekt során mindkét partner különböző anyagszíneket és felületi struktúrákat tesztelt, hogy a magas technológiai szintű eszköz esztétikailag is vonzó legyen. Ez megtérült, mondja Quidiello: „A felhasználóbarát, egyszerű eleganciájú kialakítás valódi figyelemfelkeltővé teszi az analizátort.”