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移液吸头需求井喷,核心注塑工艺引关注

来源:国际塑料商情 发布时间:2021-03-08 1319
化工塑料橡胶塑料加工设备模具及零件材料处理、计量与检测原料及混合物添加剂及母粒其他增强塑料 技术前沿
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自2020 年初全球爆发新冠疫情以来,大量核酸检测带动了相关医用耗材的激增,移液器、鼻咽拭子采样保存管、96 孔酶标板、培养皿、甚至疫苗注射器等都在其中。

自2020年初全球爆发新冠疫情以来,大量核酸检测带动了相关医用耗材的激增,移液器、鼻咽拭子采样保存管、96孔酶标板、培养皿、甚至疫苗注射器等都在其中。体外诊断市场呈几何式爆发增长,它们大部分都是注塑产品,本期我们将重点介绍移液吸头的生产工艺,为移液吸头市场提供更多选择。


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图片来源:恩格尔


移液器吸头是一种实验室耗材,用来为科学实验室提供优质的移液消耗品。移液器吸头,正如枪的子弹,是移液器不可或缺的配件。理论上来说,移液器吸头的品质对移液的精度也有很大的影响,其重要性并不亚于移液器。QYResearch在2020年8月最新发表的《2020-2026全球及中国移液器吸头行业发展现状调研及投资前景分析报告》称,2019年全球移液器吸头市场规模达到了53亿元,预计2026年将达到115亿元,年复合增长率(CAGR)为10.6%。


面对这么大的一块市场,MettlerToledo、Eppendorf、ThermoFisherScientific和Sartorius等全球头部移液器吸头厂商纷纷布局。基于此,生产移液器吸头的核心设备迎来了一大波儿利好。


满足医疗用户多元需求,克劳斯玛菲PXA全电动注塑机大显身手


随着医疗技术和大健康产业的发展,克劳斯玛菲积极为客户提供专业可靠的技术解决方案和设备维护服务,保障氧气面罩、注射器、试剂盒、培养皿等医疗用品的生产。


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克劳斯玛菲PXA全电动注塑机(图片来源:克劳斯玛菲)


移液吸头作为体外诊断的一种重要耗材,具有多型腔、高精密、快周期等特点,对生产设备的容模量、精准控制以及稳定高效性提出很大的挑战。克劳斯玛菲PXA全电动注塑机的宽模板设计和框式合模结构,配合线性导轨,充分满足移液吸头的生产需求。另外,全新PXA采用非接触拉杆设计,无需润滑,非常适用于洁净室生产环境。


克劳斯玛菲根据客户所处的不同阶段产生的多元化需求,为其量身定制相应的解决方案。在丰富的产品组合中,克劳斯玛菲向追求高效高产出的客户提供周期小于4秒的耐驰特整体交钥匙方案,同时也向尚处于半热流道生产模式的客户提供模具及工艺优化等服务,真正做到因需制宜。


目前,在中国和全球其它市场,克劳斯玛菲有相当数量的设备正在客户现场稳定运行,为其生产移液吸头类产品,其中不仅有全球知名生命科学企业,也有相当一部分的国内本土企业,覆盖面广,客户反响好。此外,位于嘉兴一体化工厂内的克劳斯玛菲注塑技术中心,还可以为客户提供测试、研发和培训等支持,共同应对瞬息万变的市场需求。


恩格尔全电动e-mac注塑机系列挑战移液器吸头制造的更大灵活性


2020年10月,恩格尔公司推出了下一代全电动注塑机e-mac系列,用于极具挑战性的移液器吸头的制造。e-mac为用户提供了很强的灵活性,同时机型更为紧凑。


移液器吸头的质量在很大程度上取决于注射过程的精度。同时,模具中的长型芯要求模具安装台板在打开和关闭过程中绝对精确的运动。因此,全电动注塑机是这一应用领域的优选解决方案。


成本效益是选择机器的决定性因素,恩格尔推出的移液器吸头解决方案包含了一台e-mac系列全电动注塑机,它将高产量和高能效与极其紧凑的机器设计相结合,即使在洁净室环境中也能确保尽可能低的单位成本。恩格尔现在已经进一步减少了e-mac机器的占地面积。得益于优化的肘杆几何形状,上市的e-mac265/180比之前的180吨版本缩短了450mm,但没有减少开模行程。在市场上的全电动机器中,新一代的e-mac机器在整个系列的各个性能领域都是全世界紧凑的。


恩格尔e-mac的所有运动-包括喷嘴运动和注射-由伺服电动驱动器执行。这意味着机器达到很高的整体效率。如果有需要,一个伺服液压单元也可以集成到机架,而不需要额外的空间。


恩格尔e-mac注射装置是从零开始开发的,关注点在于更好的动力学。它有三个性能等级可供选择。因此,机器可以精确地适应要求,为广泛的应用提供很高的综合效率。


e-mac180通过在tanner(瑞士feuerthalen)提供的64腔精密模具中生产由聚丙烯制成的移液器吸头,展示了下一代机器的性能。周期时间是6秒,这正是e-mac机器充分发挥其优势的范围。对于周期时间超过4秒的精密应用,e-mac通常是全电动注塑机领域经济的解决方案。除了医疗技术之外,该机器还可用于包装、远程电子和技术部件成型领域。


自动化对展出的生产单元的占地面积作出了额外的贡献。恩格尔viper20线性机器人从模具中取出64个移液管吸头,并将它们转移到集成的紧凑型单元中进行腔内分类。恩格尔的新自动化单元可以定制设计,它包含了所有的自动化组件和下游处理单元,例如质量控制、托盘服务器或换盒器,并且比传统的安全装置要窄得多。它的标准化组装允许在产品更换时快速安装生产单元的模具。


应客户要求,恩格尔可根据应用提供精确定制的生产单元,除了注塑机和自动化之外,还包括数字化和网络化解决方案。为了生产移液器吸头,生产单元配备了iQ重量控制和iQ流量控制智能辅助系统。


当iQ重量控制可重新调整每次单独注射的熔体体积,确保成型产品始终保持高质量时,iQ流量控制自动调节冷却水路歧管回路中的温差。为做到这一点,软件使用了由e-flomo温控水歧管系统确定的测量值。由于恩格尔e-temp温度控制装置中的泵的速度也自动得到管理,以反映要求,因此可实现恒温控制并显著提高能效。


住友德马格医疗注塑机IntElectS引领清洁和可持续发展的新时代


IntElectS180t是住友德马格在2019年K展推出的一款全电动智能注塑机,该系列机器配备的医疗包(MedicalPackage)专为高速和高精密应用而设,能提供极高的重复性和清洁度,非常适合需要3-10秒的快速循环时间的极窄的公差应用,主要针对医疗塑料部件的大规模制造商,包括移液吸头的生产商。


据介绍,住友德马格机器加工的移液吸头重量为0.26克,循环周期为5.5秒。来自北欧化工的聚丙烯(PP)原料具有良好的刚性和冲击平衡,优越的流动行为减少了周期时间,提高了产出。该机器可配置HEKU2S快循环进料侧机器人和HEKUtip移液吸头自动化系统,其中HEKUtip移液吸头自动化系统包括多个模块,比如治具取出、线性机械手、嵌入架子或托盘中;过滤器的分离、加料、组装;标签、打包、种类繁多的包装系统等。移液吸头的质量检测则通过100%无接触的视觉检测完成。


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图片来源:住友德马格


更清洁、更冷、更快、更安静和更节能,模具空间的布局确保IntElectS清除污染物、颗粒和润滑剂。同时符合GMP标准,是医疗洁净室环境的理想机器选择。该机器还具有更长的使用寿命,提高了医疗模具的总体拥有成本。


IntElectS系列机器特别适合在洁净室生产。精确的直接驱动减少或避免乱流和消除灰尘的产生。产品经理PeterGladigau证实:“我们已经为IntElectS进行了广泛的机器和部件的生命周期耐久性测试,与市场上同等的全电动注塑机相比,这些测试证实,我们对高性能驱动器的改进明显增加了机器的使用寿命从而提高了总体拥有成本。即使在最困难的条件下测试夹紧主轴,经过数百万次循环后也没有出现明显的磨损迹象。”


伊之密FF高速全电机助力高品质移液吸头生产


作为常用的实验耗材,移液吸头的质量能左右实验的准确性和精度,也是所有操作移液器的人共同关心的问题。正因如此,对于生产移液吸头的厂家而言,他们最重要的诉求就是卫生洁净、稳定,保证产品质量。


中山某医疗塑料公司曾生产一批高级薄壁移液吸头,为满足欧洲客户需求,该产品设计内侧呈弹性椎体,长达50mm,壁薄0.4mm,嘴部直径只有0.05mm,主要用于适配欧洲知名品牌的单道、多道和电动移液器。为达到洁净生产的要求,该公司打造了十万级超净无尘生产环境,严格质控,确保无DNA酶、无RNA酶、无热原。


跟许多移液吸头厂家一样,该公司更关心的是如何实现移液吸头质量。由于移液吸头是针对特定应用场合的一次性产品,产量非常大,所以生产的需求也显而易见:产品要笔直,不变形,不翘曲,稳定性高,保证100%合格。


对比多个品牌的全电动注塑机之后,该公司最后选择了伊之密FE120高速全电动注塑机。FE高速全电机改善升级电控、设计、软件算法等环节,搭载Keba电脑和Phase传控系统,不仅让机器达到500mm/s的注射速度,还实现了精准的刹车,保持机器稳定性。目前,FE高速全电机已经广泛用于3C、医疗、快消品等领域,生产手机屏幕边框、薄壁接插件等产品。


在生产过程中,伊之密提供的解决方案采用了高级聚丙烯原材料和64腔精密模具,FE120高速全电机每天可生产约46万件薄壁移液吸头,注射压力保持在80MPa以内,重复精度达到0.05mm,而且经过24小时后,产品没有出现变形、翘曲等问题,合格率达到100%。


近期,伊之密FF160-IU430h-35注塑机也成为生产移液器吸头的主力机型,通过配备多模穴的两板模,可以将直径为7.35mm、壁厚为0.5mm的18克移液器吸头的成型周期降低到6-8秒。该机器的典型优势在于,其射出高响应能满足薄壁的产品需求,TPF技术的成熟应用满足了洁净车间的生产需要此外,高精度线性导轨也让开合模顺畅、稳定,有效降低了摩擦能耗。


发那科ROBOSHOT轻松对应不同种类的生物医疗产品


在发那科看来,生物医疗行业的诸多产品的生产有很多共同点,比如:需要十万级、万级甚至是更高等级的洁净车间;移液吸头、针头等耗材类产品,都需要多穴快速生产;生物医疗产品种类多,也呈现出多样化需要——高射速、高加速性能、高塑化能力、低速稳定成型等不一而足;生物医疗产品中透明产品居多,对于螺杆料筒有特殊要求;需要通过自动化实现真正的无人化车间及产品生产过程的可追溯,等等。


发那科推出的可满足各种洁净标准的ROBOSHOT全电注塑机是生物医疗行业的理想之选。全封闭式外罩打造了优异的清洁、静音性能,适合在洁净室中使用;防止树脂碳化,使其适用于透明树脂成型。此外,ROBOSHOT全电注塑机还配备了高精度数控系统和全伺服电机控制,通过伺服电机的同步动作、高速开合模时间比标准机缩短30%,实现了成型周期的大幅缩短,通过周期诊断画面,可以快速确认同步动作缩短时间效果。


ROBOSHOT全电注塑机还有一个显著特点,无论在高速还是低速下都可满足精确稳定生产。诀窍在于其稳定的速度控制,从低速到高速,都可以实现稳定、高应答的控制。无人化自动化应用使其尤其适用于医疗部件的成型,利用发那科机器人进行成型部件的取出,利用伺服附加轴的控制进行阀浇口的开关。


国内首创,阿博格做到1模48腔,周期快至5.5秒


阿博格移液吸头的自动化生产方案有很好的柔性来适应不同尺寸的移液吸头,因此在行业内引起了较大反响。该方案主要是由阿博格锁模力为100吨的470H液压机搭配三套自动化模组注塑生产出来的。


公开资料显示,阿博格注塑解决方案中的移液吸头产品重量为0.48克,一模48腔,平均循环时间为7秒,最快可至5.5秒材料,所用的材料为黑色导电PP料。


该方案的亮点在于:


与国内大部分冷流道,模腔数仅为16或32腔相比,由捷士达提供的模具则做到了1模48腔,单点侧进胶热流道技术保证了多点进胶的平衡性,并大大降低了原料供应压力和成本,杜绝了冷料头处理的烦恼,当填充进行到30%的阶段,材料已平衡包裹模芯,稳定的生产品质带来了更大的生产产能。包含机械手模内时间的整体循环时间为6.9秒,最快能达到5.5秒。而阿博格还在不断优化工艺,往更短循环时间努力,这对于以效率为主的生产企业至关重要。


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阿博格解决方案中的自动化三模组(图片来源:阿博格)


阿博格解决方案中的自动化三模组也很有看点。目前,阿博格自动化模组包含了取出、检测、剔补装托三块。采用模块化组合的好处在于:客户可以根据实际情况选择所需要的模组;每个模组都具备独立的电气、真空;外观采用的是不锈钢和玻璃结合,而所有的标准件均采用进口品牌。


1.快速取出模组包含的过程为快速机械手进入模具,中板顶出产品至机械手抓手,当机械手吸到产品,顶针板快速后退,同时机械手退出模具,而后合模进行下一轮注塑。紧接着机械手变距为线性布局,便于检测。而产品间距则保持不变。整个取出模组的特点则为:以IML工艺为基础,快速取出机械手;模内的取出时间低于1秒;能根据不同型号的移液头产品,快速切换夹具;实现产品模具到检测的变距功能;注塑不良产品可以自动排出;QA抽检功能也可实现。


2.视觉检测模组主要是产品100%检测功能,标准在于0.05mm以上可检;主要是从产品的侧面和底部进行拍照,是否有产品的飞边、批锋、缺胶的情况;当连续不良达到一定数量后,系统会自动报警,提示需要追溯不良发生;并且可以自动传输不良品信息到下一个工站,进行不良品剔除。此模组还可以提前不良预警,提前发现问题。


3.剔补料模组能自动从检测模组接受不良品信号,独立单个剔除不良品,同时用良品补齐产品空缺,保证每盘产品都是满盘;合格产品则自动装托,自动流入下一工位。当出现超过5个以上数量的不良品时,系统会自动报警,停机检查模具。


除了这三个模组以外,针对移液吸头,阿博格还有更多的工序(包括装滤芯、检测滤芯的有无、装盒封盖、塑封再打码出货等)。


阿博格与本地的合作伙伴共同研发的移液吸头自动化解决方案还具有更深远的意义,它打破了由国外企业垄断的自动化技术,为企业节省了大量的生产成本。同时对比国内其它吸头生产厂家,一模48腔,循环时间最快5.5秒也做到国内首屈一指。


结论


除了以上提到的这些解决方案,市场上优秀的移液吸头注塑方案还有很多,比如威猛集团的几款电动注塑机、株式会社日本制钢所(JSW)的ADS智能注塑机系列,等等。由于篇幅所限,此处不再一一展开。纵观各大注塑机制造商提供的移液吸头解决方案,可以发现大家的焦点主要集中在如何保证产品的卫生干净、成型精密度以及整个生产过程的稳定高效,因此除了关注注塑机本身的质量,还要看配套的模具商、自动化合作伙伴以及材料供应商的整体方案水平,如此才能真正实现移液吸头的高水平制造。



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本刊编辑组稿:班红芳


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