DE10246942A1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Mikrostrukturen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Mikrostrukturen, die mindestens eine Einspritzeinheit (1), ein Werkzeug (2) mit einer Kavität (3) sowie eine Temperiereinheit (4) zum Erwärmen oder Kühlen von mindestens einem Teil des die Mikrostruktur bildenden Werkzeuges (2) umfasst. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Temperiereinheit (4) einen Generator (5) zur Erzeugung von Kurzwellen und eine Vorrichtung (6) zum Übertragen der Kurzwellen umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Mikrostrukturen, die eine Einspritzeinheit, ein Werkzeug mit einer Kavität sowie eine Temperiereinheit zum Erwärmen oder Kühlen von mindestens einem Teil der Kavität umfasst, sowie ein diesbezügliches Verfahren.
  • Im Stand der Technik ist die klassische Erwärmung bzw. das Kühlen von Werkzeugen bzw. der Kavitätsoberfläche hinlänglich bekannt. Im allgemeinen wird in das Werkzeug ein Kühlmittelkreislauf integriert, durch den in der Regel zum Erwärmen zunächst temperiertes Wasser oder Öl und nach dem Einspritzvorgang gekühltes Wasser oder Öl gefördert wird. Hierdurch wird erreicht, dass die eingespritzte Kunststoffmasse zunächst an der Werkzeugwandung erstarrt und durch die fortschreitende Kühlung als gesamtes Teil erstarrt, bevor es entformt werden kann.
  • Bei der Fertigung von Klein- und Kleinstteilen besteht das Problem, dass relativ große Werkzeugmassen aufgeheizt und anschließend wieder abgekühlt werden müssen, obwohl die Masse des gefertigten Kunststoffteiles relativ gering ist. Dies führt zu unnötig hohen Zykluszeiten und verhindert oft die wirtschaftliche Fertigung/Produktion solcher Teile.
  • Die DE 101 36 678 beschreibt beispielsweise die partielle Erwärmung einer Kavität über Peltier-Elemente.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzubieten, die eine einfache Abbildung von Mikrostrukturen möglich macht, wobei die Zykluszeit verringert werden soll.
  • Die Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit einen Generator zur Erzeugung von Kurzwellen und eine Vorrichtung zum Übertragen der Kurzwellen umfasst. Es wird hier insbesondere an die Übertragung von Ultraschall- oder Mikrowellen gedacht. Somit kann der Generator zur Erzeugung von Kurzwellen eine Ultraschallsynode oder ein Magnetron sein. Es muss nicht das gesamte Werkzeug eine Mikrostruktur umfassen, es kann auch lediglich ein Teilbereich damit ausgestaltet sein.
  • Damit die aufgebrachte Wärme gut und gezielt wieder abgeführt werden kann, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Übertragen der Kurzwellen durch Mittel gekühlt werden kann.
  • Es ist bei einigen Anwendungen von Vorteil, die Mikrostruktur in einer Folie oder einem Einlegeteil abzubilden und quasi dann beides zu hinterspritzen. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, über der Mikrostruktur ein Trägerelement anzuordnen, in dem die Mikrostruktur abbildbar ist. Dieses Trägerelement kann als Rollenware endlos bei jedem Herstellzyklus durch die Vorrichtung geführt werden. Es kann nach einer bestimmten Anzahl von gefertigten Teilen abgetrennt werden oder wieder als Trägermaterial aufgerollt werden.
  • Als eine Fortbildung ist vorgesehen, die Mikrostruktur direkt mit der Einspritzeinheit zu erzeugen. Die Mikrostruktur ist dabei beispielsweise auf einem Einspritzstempel aufgebracht, bei jedem Einspritzvorgang wird somit ein Teil mit Mikrostruktur erzeugt.
  • Um sicherzustellen, dass beim Einspritzen keine Lufteinschlüsse und damit Fehlstellen entstehen, wird an der Kavität ein Vakuum angelegt.
  • In einer weiteren Fortbildung ist die gesamte Temperiereinheit über einen Hubzylinder bewegbar.
  • Das Verfahren zum Erzeugen von Mikrostrukturen, bei dem über eine Einspritzeinheit eine plastische Masse in ein Werkzeug mit einer Kavität eingespritzt wird und bei dem mit einer Temperiereinheit mindestens ein Teil des die Mikrostruktur bildenden Werkzeuges erwärmt oder gekühlt wird, ist gekennzeichnet durch eine Temperierung mittels Kurzwellen, die vor und/oder während des Einspritzens der plastischen Masse oder während des Auswerfens im Bereich der Mikrostruktur erfolgt.
    •
  • In den Zeichnungen ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung wiedergegeben. Es zeigt
  • 1 das Schema der Vorrichtung und
  • 2 ein Beispiel einer Mikrostruktur
  • Die in 1 dargestellte Vorrichtung zeigt eine Einspritzeinheit 1, über die in eine Kavität 3 eines Werkzeuges 2 plastifizierte Kunststoffmasse eingebracht wird. Mit der Kunststoffmasse wird ein Trägerelement 9 – hier eine Folie von einer Rolle – es könnte aber ebenso ein Einlegeteil eingesetzt sein, hinterspritzt. In das Trägerelement 9 wird eine Mikrostruktur 8 eingebracht. Dies erfolgt durch Erwärmen der Mikrostruktur 8, wobei die Erwärmung über eine Ultraschallsynode 5 erreicht wird, die mit der Mikrostruktur 8 über eine geeignete Vorrichtung 6 (Rohr, Hohlkammerprofil, etc.) in Verbindung steht. Das die Mikrostruktur 8 bildende Teil, die Vorrichtung zum Übertragen der Kurzwelle 6 und der Generator 5 – hier die Ultraschallsynode – bilden die Temperiereinheit 4. Diese Temperiereinheit 4 kann über den Hubzylinder 12 in ihrer Gänze verschoben werden.
  • Selbstverständlich kann auch auf das Trägerelement 9 verzichtet werden und die Mikrostruktur 8 direkt in der eingebrachten Kunststoffmasse ab gebildet werden. Die Mikrostruktur 8 kann in allen Anwendungsfällen auch in einem Teil der Kavität aufgebracht sein. Zur Erwärmung kann neben Ultraschall auch eine Mikrowelle eingesetzt werden, beide Kurzwellen haben den Vorteil, dass sie nur während ihres Einsatzes Wärme erzeugen und nach dem Abschalten sofort erkalten. Konventionelle Wärmequellen wie Heizbänder oder der gleichen speichern quasi die Energie und geben noch eine zeitlang Wärme ab, wodurch der laufende Prozess schwieriger händelbar wird. Um den Kühlprozess beschleunigen zu können, ist vorgesehen, in der Temperiereinheit 4 zumindest im Bereich der Vorrichtung zum Übertragen der Kurzwelle 6 eine Kühlung 10 vorzusehen. Dies kann ein Wärmetauscher mit Flüssigkeitsdurchlauf, aber auch ein Gebläse oder dergleichen sein.
  • In der 1 ist ebenfalls ersichtlich, dass an die Vorrichtung ein Vakuum 11 an die Kavität 3 anlegbar ist. Es wird damit ein Unterdruck erzeugt, womit sichergestellt wird, dass die eingespritzte Kunststoffmasse auch in alle Bereiche der Mikrostruktur 8 gelangt und somit das herzustellende Teil auch qualitativ in Ordnung ist.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere die Zykluszeit bei der Herstellung von Klein- und Kleinstteilen verringert werden. Besonders vorteilhaft kann die Vorrichtung bei der Herstellung von Kleinteilen in der Medizintechnik eingesetzt werden, es wird hier vor allem an die Herstellung sogenannter „lab on the chip" gedacht. Es kann mit diesen „lab on the chip" zum Beispiel ohne weitere Laboruntersuchungen die relative Lage des Blutzuckers bestimmt werden.
  • Ein beispielhafter Aufbau eines derartigen Chips ist in 2 dargestellt.
    • 1
    Einspritzeinheit
    2
    Werkzeug
    3
    Kavität
    4
    Temperiereinheit
    5
    Generator
    6
    Vorrichtung zum Übertragen von Kurzwellen
    7
    Mittel zum Kühlen
    8
    Mikrostruktur
    9
    Trägerelement
    10
    Kühlung
    11
    Vakuum
    12
    Hubzylinder

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Erzeugen von Mikrostrukturen, die mindestens eine Einspritzeinheit (1), ein Werkzeug (2) mit einer Kavität (3) sowie eine Temperiereinheit (4) zum Erwärmen oder Kühlen von mindestens einem Teil des die Mikrostruktur bildenden Werkzeuges (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit (4) einen Generator (5) zur Erzeugung von Kurzwellen und eine Vorrichtung (6) zum Übertragen der Kurzwellen umfasst.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (5) zur Erzeugung von Kurzwellen eine Ultraschallsynode ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (5) zur Erzeugung von Kurzwellen ein Magnetron ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Kavität (3) eine Mikrostruktur (8) umfasst.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) zum Übertragen der Kurzwellen durch Mittel (7) gekühlt werden kann.
  6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über der Mikrostruktur (8) ein Trägerelement (9) angeordnet ist, in dem die Mikrostruktur (8) abbildbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (9) eine Folie oder ein Einlegeteil ist.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur (8) mittels der Einspritzeinheit (1) erzeugt wird.
  9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (9) mittels der Einspritzeinheit (1) erzeugt wird.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Kavität (3) ein Vakuum (11) angelegt ist.
  11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit (4) mittels eines Hubzylinders (12) bewegt werden kann.
  12. Verfahren zum Erzeugen von Mikrostrukturen, bei dem über eine Einspritzeinheit (1) eine plastische Masse in ein Werkzeug (2) mit einer Kavität (3) eingespritzt wird, wobei mittels einer Temperiereinheit (4) mindestens ein Teil des die Mikrostruktur bildenden Werkzeuges (2) erwärmt oder gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung mittels Kurzwellen vor und/oder während des Einspritzens der plastischen Masse oder während des Auswerfens im Bereich der Mirkostruktur erfolgt.
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