Großes Potenzial für Medizinprodukte

Liquidmetal steht für eine Materialklasse mit neuen Eigenschaften. Die Zirkonium-Legierungen weisen eine amorphe, das heißt nicht-kristalline Struktur auf, weshalb sie auch metallische Gläser genannt werden. Bauteile aus diesen Materialien sind sehr hart, aber gleichzeitig hochelastisch, was zu einem sehr guten Rückstellverhalten führt. Während Stahl beispielsweise eine Elastizität von 0,2 % aufweist und die Elastizität von Titan 1 % beträgt, liegt der Kennwert für Bauteile aus Liquidmetal-Legierungen bei 2 %. Darüber hinaus zeichnen sich die Materialien durch ihr geringes spezifisches Gewicht und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Dieses Spektrum von Eigenschaften macht die Legierungen für den Einsatz in mechanisch hochbeanspruchten Präzisionsbauteilen interessant.

Als exklusiver Maschinenbaupartner des US-amerikanischen Anbieters Liquidmetal Technologies in Rancho Santa Margarita, Kalifornien, bietet die Engel Austria GmbH als weltweit einziger Anbieter Systemlösungen für die Spritzgießverarbeitung solcher Liquidmetal-Materialien an. Auf dem Engel-Firmensymposium im Juni wurde diese Technologie der Öffentlichkeit präsentiert.

Gerade für die Medizintechnik hat dieses Verfahren nach Angaben der Österreicher großes Potenzial. Während des Symposiums wurden zum Beispiel Teile für medizinische Zangen aus einer Liquidmetal-Legierung hergestellt. Denkbar seien aber auch Endoprothesen wie Hüftgelenke oder Stents.

Dank der sehr guten mechanischen Eigenschaften des Materials lassen sich mit geringen Wanddicken sehr robuste Teile realisieren. Darüber hinaus eröffnet sich ein breites Anwendungsspektrum in den Bereichen Elektronik, Luft- und Raumfahrt sowie der Sportgeräteindustrie. Erste Anwendungen wurden in der Unterhaltungselektronik- und der Uhrenindustrie realisiert.

Um die Materialien im Spritzguss zu verarbeiten, hat Engel auf Basis seiner vollelektrischen Maschinenreihe E-Motion eine neue Spritzgießmaschine entwickelt. Die Liquidmetal-Maschine unterscheidet sich vor allem auf der Einspritzseite von einer herkömmlichen Spritzgießmaschine für die Kunststoffverarbeitung: Die Liquidmetal-Legierungen sind in Form abgelängter Rundstäbe erhältlich. Diese Rohlinge werden automatisiert einer Schmelzekammer zugeführt, wo das Material im Hochvakuum mittels Induktion aufgeschmolzen wird. Statt einer Schnecke besitzt die Maschine einen Kolben, mit dessen Hilfe die aufgeschmolzene Metalllegierung in ein temperiertes Werkzeug eingespritzt wird. Durch das sehr schnelle Abkühlen unter Sauerstoffabschluss bildet sich die amorphe Gefügestruktur, die für die besonderen Eigenschaften verantwortlich ist. Für die Entnahme der Bauteile werden Standard-Roboter genutzt. Der Anguss lässt sich unter anderem mit Hilfe einer Wasserstrahlschneidmaschine oder einer mechanischen Schere abtrennen.

Liquidmetal ist nach Angaben von Engel eine Alternative zum Metal Injection Moulding (MIM) und der CNC-Bearbeitung und führt in einem Arbeitsschritt und in kurzen Zyklen zu einsatzfertigen Bauteilen in sehr hoher Oberflächenqualität. Gegenüber der CNC-Bearbeitung ist der Spritzguss schneller und weniger kostenintensiv. Durch Fräsen, Bohren, Schleifen und Drehen können zwar dreidimensional anspruchsvolle Präzisionsteile mit einer sehr hochwertigen Oberfläche hergestellt werden. Im Vergleich zum Spritzguss ist dieses Fertigungsverfahren jedoch sehr zeit- und kostenintensiv. Beim MIM-Prozess wiederum handelt es sich zwar ebenfalls um ein Spritzgießverfahren, allerdings werden keine Metalllegierungen, sondern Metall/Kunststoff-Pulver verarbeitet. Der Kunststoff muss nach dem Spritzgießen thermisch entfernt und das Fertigteil durch Sintern erhalten werden. Zudem ist häufig das Nachbearbeiten der durch das Sintern rauen Oberfläche notwendig. Diese zusätzlichen Prozessschritte können – je nach Wanddicke – sehr viel Zeit in Anspruch nehmen.

Alle diese Nachteile vermeidet die Liquidmetal-Technologie. Die Zykluszeiten, mit denen einbaufertige Präzisionsteile gefertigt werden, bewegen sich zwischen 2 und 3 min. Ein weiterer Vorteil der Liquidmetal-Verarbeitung ist, dass kein Abfall anfällt, da die Angüsse recycelt werden können.

Die Lizenzen für das neue Verfahren werden von Liquidmetal Technologies vergeben. Engel Austria liefert die Spritzgießlösungen an die Lizenzpartner. Für individuelle Vorführungen und Erstbemusterungen steht im Technikum am Engel-Stammsitz in Schwertberg, Österreich, eine Liquidmetal-Maschine zur Verfügung. op

Weitere Informationen Über den Hersteller von Spritzgießmaschinen: www.engel.at Über Liquidmetal Technologies: http://liquidmetal.com/