הזרקת מיקרו-חלקים: זה הקטן עוד גדול יהיה

עד שנת 2026, שוק המיקרו-חלקים המוזרקים צפוי לצמוח בממוצע ב-11.2% בשנה. גידול מרשים זה יגיע בעיקר בעקבות התפתחויות בשוק המוצרים הרפואיים, מוצרי הבריאות ואיכות החיים

שנתיים של מגיפה הן לא הסיבה היחידה לגידול הצפוי בסקטור המדיקל ומוצרי הצריכה הרפואיים. אוכלוסיית אזרחי המדינות המפותחות מזדקנת במהירות, כאשר עד 2050, ארגון הבריאות העולמי (WHO) צופה הכפלה בכמות הקשישים העולמית. מדובר במגמה רבת עוצמה המשפיעה כבר היום על עולם המחקר והפיתוח, כאשר נראה שייצור חלקים תרמופלסטיים זעירים ומדויקים בהזרקה מהווה חלק בלתי נפרד מהתפתחות זו.

תמונה 1: הדרישה למוצרים בתחום הרפואה והבריאות, המשלבים מיקרו-חלקים המיוצרים בהזרקה, גוברת.

אומנות ודיוק

ייצור חלקים זעירים מאתגר במיוחד. מדובר בחלקי פלסטיק קטנטנים, במשקל שיכול להגיע ל-0.0003 הגרם, בעוביים וטולרנסים הנעים סביב מאית המילימטר. החלק עצמו יכול להגיע לממדים של ראש סיכה. חלקים אלו משמשים למגוון יישומים רפואיים: בניתוחים, בהליכים אנדוסקופיים, למכשירים לטיפול בסכרת, מכשור מיקרוביולוגי, בקטטרים, בעזרי שמיעה, שתלים דנטליים, מבחנות ואקום לדם, מזרקים וחלקי איפוזיה. המשותף בין כל היישומים הללו מעבר לגודלם הזעיר, הוא הדרישה לדיוק במימדיהם ולאפס פגמים בתהליך ההזרקה שלהם.

בגדול, תהליך המיקרו-הזרקה לא שונה במהותו מתהליכי הזרקה רגילים. ההבדל הוא שסטיות בממדים, גם אם הן קטנות, יכולות להוציא אותנו מהטולרנס המותר. בהזרקה רגילה, כניסת כמות חומר עודפת בעת ייצור חלק במשקל של עשרה גרמים משקפת תקלה, גם אם לא תמיד חמורה. אבל אם משקל החלק המיוצר הוא 0.1 גרם, על אחת כמה וכמה מדובר בבעיה רצינית.

בתחילה, הזרקה איכותית של מיקרו-חלקים הושגה באמצעות השקעה במערכות מורכבות plunger או במכונת הזרקה הידראוליות, כאשר אלו הביאו איתן התמודדות עם חלקים לא אחידים בתכונותיהם עקב תנודות בטמפ' השמן, צמיגותו ולחציו. בעיה זו ירדה מהפרק עם כניסת מכונות ההזרקה החשמליות, המציעות בקרה משופרת. קו מכונות ה-IntElect של Sumitomo (SHI) Demag מציע מקסימום דיוק תוך הבטחת שלמות והגנה של הרכיבים העדינים ביותר בתבנית לבל יפגעו. 

מכונות הזרקה קטנות – וגמישות

במכונת הזרקה חשמלית למוצרי מדיקל קיימת סגירה וסינון אוויר של אזור התבנית. ה-IntElect S 130T, היא דוגמא מעולה לאופן שבו מכונות הזרקה חשמליות מאפשרות ייצור בתבנית בת 64 מובלעות, בשילוב רובוט חליצה והכל תוך חיסכון בשטח רצפת ייצור. דגמי ה- IntElect יכולים להגיע גם עם כוח נעילה, 50 ו-75 טון, בשילוב ברגים בקוטר קטן של 14 מילימטרים. שילוב זה מאפשר הזרקות בנפח קטן, ויחד עם הבקרה ההדוקה מאפשרים ייצור איכותי והדיר של המיקרו-חלקים. בעת הצורך מכונות ה-IntElect מסוגלות להיות ורסטיליות במיוחד: על אותה מכונה ניתן לשלב בורג וקנה אחרים, לחלקים מוזרקים גדולים יותר, ובשמירה הדוקה על דרגת דיוק גבוהה.

דרגות חופש נוספות בתהליך הייצור

המכונות הקטנות מסדרת IntElect מתוכננות לעבודה עם מגוון כלי עזר. "היכולת לעבוד עם בורג 14 מילימטרים בלבד בשילוב מפתח קולונות רחב, הוא יתרון עצום ליצרני מיקרו-חלקים. בנוסף, הבקרה ההדוקה מתאפשרת בזכות טכנולוגיית ההנעה הדינמית הישירה שלנו, המשולבת עם מערכת טוגל מתקדמת. האצת מהירות ההזרקה מאפשרת ל- להזריק בתבנית המכילה עד 96 מיקרו-מובלעות", אומר Anatol Sattel, מנהל הפיתוח העסקי בתחום המדיקל ב-Sumitomo (SHI) Demag.

במכונות IntElect קיים שיפור משמעותי נוסף ב-Total Cost of Ownership) TCO), וביעילות האנרגטית המתאפשר בזכות מערכת ההנעה לביצועים גבוהים. גם תפוקת המערכת, ואורך החיים של מרכיביה שופר. עמידות המכונה וחלקיה נבחנו באמצעות בדיקות אורך חיים מקיפות, כולל בדיקה בתנאים מחמירים למנגנון הנעילה. בהם לא נראו כל סימן לנזק או בלאי לאחר מיליוני מחזורי הזרקה.

תמונה 2: מכונות הזרקה IntElect מבית DEMAG לייצור חלקים רפואיים.

הגדרת פרמטריים קריטיים לייצור תקין

מעבר לכל אלה, הוגדרו פרמטרים קריטיים לייצור חלקים. אלו מבטיחים אבטחת איכות הדוקה באופן רציף ולאורך זמן. "הרעיון היה להגביל את השפעת המפעיל על תחומים המשפיעים על יציבות תהליך הייצור, כמו שינויים בלחץ, טמפרטורה, קצב זרימת ההיתך וקצב הקירור" מסביר Anatol. "הגבלה זו מבטיחה ייצור איכותי והדיר של מיקרו-חלקים מוזרקים".

גישה למידע וניתוחו – עיקרון מרכזי בייצור החלקים היום ובעתיד

בימינו, ייצור של חלקים בענף המדיקל יכול להתבצע במספר אתרי ייצור סביב העולם. היכולת לנתח את  המידע ממספר מקורות הכרחי. כך ניתן לאתר נקודות בעייתיות שפוגעות ביעילות התהליך, לשפר את עלות הבקרה הכוללת, להפחית עלויות ולטפל בתקלות, והכל בזמני השבתה מינימליים. בנוסף, עולה הצורך בעקיבות ייצור מתקדמת, בדיקות איכות ללא ממגע באמצעות מערכות ראייה ממוחשבות ותהליכי הרכבה אוטומטיים. תהליכים אלו משפרים את הדיוק ואת האיכות של החלקים המיקרו-מוזרקים, כחלק מדרישות השוק. בחברת Sumitomo (SHI) Demag ערים לצורך זה, במיוחד בתעשיית המדיקל. "כרגע אנחנו בעיצומו של פיתוח לוח בקרת IoT. החזון שלנו הוא מכונה חכמה ועצמאית המבצעת אופטימיזציה לתהליך הייצור על סמך תחזיות שהיא תייצר לגבי איכות החלקים, ועל סמך תחזיות לבליית חלקים במכונה עצמה". מסכם Anatol.

הצורך בעקיבות ייצור מתקדמת, בדיקות איכות ללא ממגע באמצעות מערכות ראייה ממוחשבות ותהליכי הרכבה אוטומטיים עולה. תהליכים אלו משפרים את איכות החלקים המיקרו-מוזרקים. אנחנו נמצאים בעיצומו של פיתוח לוח בקרת IoT. החזון שלנו הוא מכונה חכמה ועצמאית המבצעת אופטימיזציה לתהליך הייצור על סמך תחזיות שהיא תייצר לגבי איכות החלקים, ועל סמך תחזיות לבליית חלקים במכונה עצמה.

למידע נוסף:
אנטק טכנולוגיות לתעשייה, אופיר נווה,
050-339-3366, [email protected]