Beck Automation: Medizintechnik In-Mould-Labeling für

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Zur Fakuma präsentierten die Unternehmen Beck Automation, Arburg, Intravis, Kebo und MCC Verstraete eine Anlage zum Fertigen medizinischer Produkte aus Kunststoff in grossen Serien. Besonderheit ist, dass Kennzeichnungen direkt in die spritzge-​gossenen Bauteile eingebracht werden.

Ein verwindungsarmer, pulverbeschichteter Stahlprofilrahmen bildet die Grundlage der automatisierten Anlage für In-Mould-Labeling (IML). Die Anlagenkonzeption basiert auf einem modularen Aufbau, bei dem einzelne Produktionsschritte jeweils einem Modul zugeordnet werden. Jedes Modul erfüllt somit eine spezifische Aufgabe. Das Gesamtsystem wird im Baukastenprinzip zusammengesetzt. Beispielsweise lassen sich Fertigungseinheiten für das Verschrauben, Verschweissen, Bedrucken oder Verpacken hinzufügen. Sämtliche Bewegungsabläufe werden durch Servo- und Schrittmotoren energieeffizient ausgeführt.

Modularer Aufbau

Ralf Ziemer, Vertriebsverantwortlicher für den Bereich Medical bei der Beck Automation, erklärt das Konzept der Anlage: «Wir unterscheiden den Fertigungsbereich für IML vom Weiterverarbeitungsbereich. Beide Bereiche sind stabil miteinander verbunden, können per Knopfdruck voneinander getrennt werden und erlauben so den optimalen Zugang. An die Stelle aufwendiger und störungsanfälliger Produktionsschritte mit grossen logistischen Aufwänden tritt eine End-to-End-Fertigung, die präzise, hocheffizient, hygienisch und wiederholgenau auf kleinstem Raum eingesetzt werden kann.»

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Label eintragen und exakt justieren

Der Teil der Anlage, der das In-Mould-Labeling ausführt, beinhaltet die Label-Magazine, den Label-Transport, das Auflegen der Label auf die Einlegekerne und – bei Produkten, die höchste Genauigkeit erfordern – die Label-Justierung. Die Justierung der Label, bei der die durch die Herstellung entstehende Toleranz (print-to-cut) ausgeglichen wird, erfolgt über den hochpräzisen Justierkopf von Beck. Dieser misst jedes einzelne Label mit Lasersensoren und gleicht Ungenauigkeiten aus. Hierzu wird das Label in zwei Achsen und einem Winkel positioniert. In der Medizintechnik bei sehr kleinen Labels werden die Label-Justierköpfe in einer Zentrierplatte angeordnet und nicht auf dem sich bewegenden Hauptarm. Dadurch lassen sich störende Vibrationen vermeiden. Das nachjustierte Label wird mit einem Transfergreifer auf den Einlegekern aufgelegt und elektrostatisch aufgeladen. Das somit optimal platzierte Label wird vakuumunterstützt in die Kavität der Spritzgiessform eingebracht. Die Verstellkopf-Technologie gewährleistet, dass nicht die Schnittkanten die Position der Dekorierung oder funktioneller Elemente bestimmen.

Der Verarbeitungsbereich beinhaltet die zentrale Transporteinheit, um die sich verschiedene Fertigungsmodule im Baukastenprinzip anordnen lassen. Das Einlegen der Label und die Entnahme der Fertigteile können parallel oder sequenziell erfolgen. Die Eingriffszeiten des Roboters von 1,0 bis 1,4 s (Signal zu Signal) haben somit keinen oder nur minimalen Einfluss auf die Zykluszeit. Ein vollständig integriertes Vision-System sichert eine vollständige Qualitätskontrolle. Schlechtteile werden automatisch ausgeschleust. «Das Erkennen von Fehlern in Echtzeit bietet die Möglichkeit des sofortigen Eingriffs in die Prozessparameter und reduziert die Ausschussrate signifikant», betont Ralf Ziemer. Die Gutteile werden anschliessend der weiteren Verarbeitung oder der Verpackungseinheit zugeführt.

Ressourcenverbrauch minimiert

Dass hochwertige Spritzgiesstechnik eine Alternative zum Thermoformen sein kann, zeigt Arburg mit seiner Spritzgiessmaschine 720 A Ultimate. Sie fertigt im Spritzprägeverfahren dünnwandige IML-Becher, die sich nach Gebrauch problemlos recyceln lassen. Die direkt angetriebene Hochleistungsmaschine mit 2 900 kN Schliesskraft ist mit einer Spritzeinheit 1 300 ausgestattet, die gezielt auf Leistungsstärke optimiert ist. Dank hoch präziser Servomotoren vom Hersteller AMKmotion werden sehr grosse Einspritzvolumenströme und Einspritzgeschwindigkeiten bis zu 400 mm/s erreicht. Gefertigt werden zur Messe in Friedrichshafen mit einem 4-fach-Werkzeug von Brink im Spritzprägeverfahren dünnwandige IML-Rundbecher aus Polypropylen (PP). Das Fliessweg-Wanddicken-Verhältnis beträgt 380:1. Zur Prozessüberwachung ist das Werkzeug mit sechs hochauflösenden induktiven Wegmess- und Prägesensoren ausgestattet. In nur 3,95 s Zykluszeit entstehen vier je 10,4 g leichte Kunststoffteile, die nur 0,37 mm Wanddicke haben. Der Kunststoff ist Biomasse-bilanziert und ISCC-zertifiziert. In die Fertigungszelle ist zudem ein Side-Entry-Robot integriert, der die Labels einlegt, die fertigen Becher entnimmt und auf ein Förderband stapelt.

Dank der vollständig elektrischen Packaging-­Maschine in Kombination mit Spritzprägen verbessert sich die Energiebilanz um 20 Prozent bei signifikanter Reduktion der Bauteilmasse von 13 auf 10,8 Gramm. Das Fliessweg-Wandstärken-Verhältnis (380:1) würde konventionell einen sehr hohen Einspritzdruck erfordern – zu Lasten von Energiebedarf und Werkzeugverschleiss. Deshalb wird bei dieser Anwendung im Spritzprägen gearbeitet. Im Vergleich zum klassischen Spritzgiessen erfordert dieses Verfahren deutlich weniger Einspritzdruck und es kann mit Werkzeugtemperaturen von 20 °C statt 12 °C gearbeitet werden. Das spezielle Label «Next Cycle IML» kann beim Recycling vollständig vom Becher getrennt werden, sodass sich das Produkt nach Gebrauch sortenrein recyceln lässt. Anders als beim Thermoformen kommen zudem keine vorproduzierten Folien zum Einsatz und es wird kein Stanzabfall produziert. Die gesamte Anlage Beck Medical IML wird am Stand A3-3103 von Arburg vorgestellt. (kmu) SMM

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