Bei der Entwicklung und Herstellung von mikrofluidischen Verbrauchsgütern ist das Kleben oft eine Herausforderung und gleichzeitig ein wesentlicher Prozess, der skalierbar und kosteneffizient sein muss. Weitere Parameter, die für diesen Prozess entscheidend sind, sind, dass die Verbindung stabil ist und nicht ausläuft. Insbesondere bei diagnostischen Tests spielt die Bildgebung oft eine wichtige Rolle, so dass die optischen Eigenschaften eines geklebten Teils ebenfalls von Bedeutung sind. Da das Verbrauchsmaterial wahrscheinlich mit biologischen Materialien in Kontakt kommt, ist es oft erforderlich, den Kontakt mit Klebstoffen zu vermeiden oder auf ein Minimum zu beschränken.
Bei Axxicon haben wir einen Klebeprozess entwickelt, der diese Herausforderungen angeht und auf einem Präzisionsdruckverfahren mit modifizierten UV-Klebern basiert. Der Klebstoff wird in einem definierten Muster um die mikrofluidischen Strukturen herum gedruckt.
Der Prozess ist in drei Schritten definiert:
1. Gestaltung
Das Druckdesign wird für jedes Produkt individuell erstellt und ist vollständig anpassbar. Die Erstellung eines Designs kann bereits in der DFM-Phase (Design for Manufacturing) des Produkts erfolgen. Es gibt nur einige wenige Einschränkungen, die beachtet werden müssen. Aufgrund der verwendeten Drucktechnik ist der Platzbedarf zwischen den mikrofluidischen Merkmalen minimal. Durch das Hinzufügen von Ausrichtungsmerkmalen wird die Genauigkeit auf der x- und y-Achse auf 3-5µm erhöht. Durch die Verwendung von Ausrichtungsmerkmalen ist es möglich, komplexe Strukturen und nicht konforme Außenformen von Produkten mit sehr hoher Präzision zu bedrucken. Der Druckprozess wird für jedes Produkt optimiert. Durch Anpassung des Designs und der Parameter ist es möglich, den Klebstofffluss nach dem Druck so zu steuern, dass er nicht in den Kanal fließt. Die Art der Zusammensetzung des Klebstoffs kann entsprechend den Anforderungen der Anwendung geändert werden.
2. Drucken
Die Verwendung von Ausrichtungsmerkmalen ermöglicht es, komplexe Strukturen und nicht konforme Außenformen von Produkten mit sehr hoher Präzision zu bedrucken. Der Druckprozess wird für jedes Produkt optimiert. Durch Anpassung des Designs und der Parameter ist es möglich, den Klebstofffluss nach dem Druck so zu steuern, dass er nicht in den Kanal fließt. Die Art oder Zusammensetzung des Klebstoffs kann je nach den Anforderungen der Anwendung geändert werden.
3. Aushärtung
Die Verklebung erfolgt in einer Presse, die nach Maß gefertigt wird. Mit Hilfe von Führungsplatten ist es möglich, die Teile sehr genau auf die äußeren Abmessungen des Produkts zu kleben. Die mikrofluidischen Objektträger werden mit kontrollierter Kraft und Ausrichtung zusammengepresst. Danach werden sie mit UV-Licht bestrahlt. Die Presse wird mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) gesteuert, die menschliche Fehler ausschließt. Eine Reihe von Parametern kann geändert werden, um die gewünschte Verbindung zu erreichen und die Dauer oder Intensität des UV-Lichts zu berücksichtigen.
Kommerzielle Eigenschaften
Die auf UV-Kleber basierende Klebetechnik von Axxicon hat starke Vorteile, wenn es um die Skalierbarkeit geht. Die Drucktechnik lässt sich leicht auf eine Situation hochskalieren, in der sie in eine automatisierte Produktionslinie integriert werden kann und in einem Arbeitsgang durchgeführt werden kann. Bei geringen Produktionsmengen kann dies manuell erfolgen, wobei die Zykluszeit je nach Design und Größe des Produkts etwa 60 Sekunden beträgt.
Bei mittleren Produktionsmengen (10.000 und mehr Chargen) kann das Verfahren auf einen halbautomatischen Prozess hochskaliert werden, bei dem die Zykluszeit auf ~30-40 Sekunden sinkt.
Bei hohen Produktionsmengen kann ein Inline-Prozess eingerichtet werden. Die Zykluszeit pro Produkt erreicht dann die Geschwindigkeit von Spritzgießprodukten von 10-15 Sekunden.
Die Kosten für den Klebstoff selbst haben nur sehr geringe Auswirkungen auf die Kosten für das Verbrauchsmaterial, da sie unter 0,1 Cent pro verklebter Probe liegen. Die Haltbarkeit nach der Verklebung beträgt mehr als 12 Monate.
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