Medizintechnik: vollelektrisch und vollautomatisiert

Vollautomatisierte und hocheffiziente Produktionszelle für medizintechnische Teile mit der vollelektrischen Intelect S Maschine. Foto: Sumitomo (SHI) Demag

Eine vollautomatisierte hocheffiziente Spritzgieß-Produktionszelle für medizintechnische Teile hat Sumitomo (SHI) Demag auf der Fakuma gezeigt.

Im Mittelpunkt der vollautomatisierten Fertigungszelle, die Hersteller in der Medizintechnik adressiert, standen die vollelektrische Spritzgießmaschine Intelect S 100/460-250 und eine Automationsanlage von Waldorf Technik, die auf dem patentierten System Vario Tip FSS basiert. Das Messe-Exponat fertigte in einer Gesamtzykluszeit von rund 6 s auf einem 16-fach-Werkzeug Kappen für Insulin-Spritzen.

Direkt nach der Entnahme der Kappen aus der Spritzgießmaschine sorgte ein Entnahmegreifer für die Übergabe an das Vario Tip FSS System. Die Kappen wurden entsprechend der Kavitätennummern sortiert in einen Verschiebetisch umgesetzt und von dort wieder kavitätenrein in Racks gesetzt. Nach dem Befüllen wurden die Teile mittels Kitov-Kamera auf eventuelle Beschädigungen geprüft. Die Anlage verfügte zusätzlich über eine QS-Station direkt nach der Entnahme, bei der alle 16 Teile während des Automatikbetriebs ausgeschleust werden können. Am Auslauf der Anlage wartete der Sawyer-Cobot und entnahm, die befüllten Racks aus der Anlage.

Digitale Lösung reduziert die Ausfallzeiten der Anlage

Vervollständigt wurde die Automationsanlage durch die Integration des Smart Services Eve Suite von Hahn Digital. Mit dem Baustein Eve Analytics können Anlagen standortübergreifend und in Echtzeit überwacht werden. In individuellen Dashboards werden Prozess- und Maschinendaten plattformunabhängig bereitgestellt und weitere Analysemöglichkeiten geschaffen.

„Durch den Einsatz von Eve Analytics können Ausfallzeiten massiv reduziert werden. Zielgerichtete Benachrichtigungen in Echtzeit sowie ortsunabhängige Status-Updates ermöglichen schnelle Reaktionen. Datenanalysen und kennzahlenbasierte Dashboards garantieren eine effiziente Überwachung“, sagt Anatol Sattel, Director Business Development Medical bei Sumitomo (SHI) Demag. Das System führt automatisch eine Datenanalyse hinsichtlich der Wirkungszusammenhänge und Abweichungen von den optimalen Einstellungen durch. Aus den Daten werden mit Hilfe vorhersagender Analysen Erkenntnisse gewonnenen, die eine kontinuierliche Output-Erhöhung gewährleisten.

Das 16-fach-Werkzeug des Fakuma-Exponats lieferte Kebo. Beim Multivalve-System ist es dem Schweizer Unternehmen gelungen, den Platzbedarf der vorhandenen offenen, kompakten Cluster-Anordnung für den Nadelverschluss beizubehalten. Die sehr kleinen Kavitäten-Abstände ermöglichen den maximalen Teileausstoß in Bezug auf die Werkzeugfläche. Auf der Messe gezeigt wurde die höchste Ausbaustufe mit acht Kavitäten je Cluster – möglich sind auch vier oder sechs Kavitäten, in Abhängigkeit von der Teilegeometrie und der Anspritzposition. Darüber hinaus bietet das System die Möglichkeit, individuelle Kavitäten einfach und sicher abzustellen.

Das Kunststoffgranulat, ein Polypropylen mit der Bezeichnung Bormed von Borealis, ist speziell für Anwendungen im Medizinbereich geeignet und zeichnet sich durch eine Schmelzflussrate von 70 g/10 min aus, was das Füllen der 16-Kavitäten-Form erleichtert.

Energierückgewinnungssystem sorgt für noch höhere Effizienz

Die vollelektrische Intelect S 100t sorgte am Fakuma-Messestand dafür, dass die Insulin-Caps dank des hochpräzisen Direktantriebs in großen Stückzahlen mit extrem engen Toleranzen gefertigt werden konnten.. Dabei ist die Anlage besonders sauber, kühl, schnell und leise. Energieeffizienz und Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO) werden durch die Hochleistungsantriebe ebenfalls erheblich verbessert, was durch umfassende Lebensdauerprüfungen an Maschinen und Komponenten bestätigt wird.

„Spindeln, die unter härtesten Bedingungen getestet wurden, zeigten auch nach Millionen von Zyklen keine Anzeichen von sichtbarem Verschleiß. Die Kapazitätserhöhung des Energierückgewinnungssystems hat nicht nur die Effizienz verbessert, sondern auch die Langlebigkeit der elektrischen Komponenten erhöht“, so Sattel. Zudem sorgt eine verbesserte Temperaturregelung der Spindeln, Motoren und Umichter für einen sicheren Betrieb der Maschine. Durch die gleichmäßigere Betriebstemperatur ist der Energieverbrauch geringer und es muss weniger Wärme aus klimatisierten Umgebungen abgeführt werden. Dadurch sind auch die Betriebskosten geringer.

In einer Gesamtzykluszeit von rund 6 s wurden in Friedrichshafen auf einem 16-fach-Werkzeug Kappen für Insulin-Spritzen gefertigt, also eine Anwendung aus der Medizintechnik. Foto: Sumitomo (SHI) Demag

Darüber hinaus verweist der Director Business Development Medical auf einen weiteren wichtigen Aspekt: „Um den Qualitätsmanagement- und Validierungsstandards für Medizinprodukte nach ISO 13485 zu entsprechen, wurden für die Maschine neue Benutzerparameter eingeführt. Auf diese Weise werden die Prozesse innerhalb bestimmter Bandbreiten gehalten und die Bediener können ohne Genehmigung keine Anpassungen an Druck, Temperatur, Durchfluss- und Kühlraten vornehmen. So werden validierte Spritzgießprozesse für medizinische Anwendungen ermöglicht.“

Umfassende Qualitätskontrolle und Rückverfolgbarkeit für die Medizintechnik

„Gerade im Bereich Medizintechnik ist eine umfassende Qualitätskontrolle und Rückverfolgbarkeit der Teileproduktion unabdingbar“, erklärt Sattel. „Aktuell arbeiten wir an der Entwicklung eines IoT-Dashboards, mit dem Datenanalyse und Visualisierung, das Übertragen und Speichern von Know-how sowie Instandhaltungsplanung- und Vorhersage möglich sein werden. Es soll neben einem Assistenzsystem für geführte Hilfeschritte zudem über weitere autonome Funktionen verfügen.“

Laut Sattel können über eine Schnittstelle zur Maschine zyklus- und zeitabhängig Daten erfasst und über ein App-basiertes Dashboard abgebildet werden. Diese dienen im ersten Schritt zur Speicherung auf einem Datenserver, der Erstellung von KPI-Dashboards, der Visualisierung von Live-Daten, der Anzeige von historischen Daten und Trends sowie zu deren Analyse. Darüber hinaus hilft ein Trouble-Shooting-Guide bei der Lösung und Bewertung von Prozessabweichungen.

Automatisierte, sich selbst regelnde Spritzgießfertigung

Doch dabei soll es nicht bleiben: Für die nähere Zukunft plant Sumitomo (SHI) Demag die Entwicklung von Assistenz-Apps, ein System zur Einrichtung und Optimierung von Prozessen, die Einführung einer Material- und Wissensdatenbank sowie die Integration von Simulationstools für erweiterte Einstellungen und tiefere Einblicke in die Prozesse. „Unsere Vision ist eine intelligente Maschine, die selbstständig Vorhersagen über Teilequalität, Maschinenverschleiß und Ausfälle tätigen und online Optimierungen vornehmen kann“, so Sattel. „Damit lässt sich die Prozesskonstanz erhöhen, die Güte der Produkte verbessern und die Wartung entsprechend anpassen.“

sk