Welche Arten von kundenspezifischer Hardware in der Laborautomatisierung erfordern Mikro-CNC-Bearbeitung?
Kundenspezifische Hardware für die Laborautomatisierung, die eine Mikro-CNC-Bearbeitung erfordert, muss eine große Vielfalt an detaillierten Kleinteilen umfassen, die präzisionsgefertigt, kostengünstig und materialgerecht sind. Typische Teile wären:
- Kundenspezifische Fluidverteiler – präzise Flüssigkeitsführung durch automatisiertes Pipettieren oder Dosieren von Reagenzien.
- Spezielle Halterungen zur Ausrichtung oder zum Fixieren von Sensoren, Kameras oder optischen Komponenten in einer festen Position.
- Kundenspezifische Düsen für Dosier-, Sprüh- oder Durchflussanwendungen, bei denen die Durchflussrate entscheidend ist und gegebenenfalls auch die Kanalabmessungen eine wichtige Rolle spielen.
- Robotische Komponenten, die Miniaturversionen von Robotergelenken oder -armen darstellen und Teil eines Roboters oder eines Gehäuses in einem kleinen Laborinstrument sind.
Diese mikro-CNC-bearbeiteten Teile werden häufig aus chemisch beständigen Kunststoffen wie PEEK oder POM oder, falls erforderlich, aus Edelstahl gefertigt, um eine längere Lebensdauer, chemische Beständigkeit und bessere mechanische Stabilität in potenziell aggressiven Laborumgebungen zu gewährleisten.
Warum ist hohe Präzision für Teile, die in der Ausrichtung oder im Flüssigkeitshandling verwendet werden, unerlässlich?
Bei der Arbeit mit Bauteilen, die die Flüssigkeitshandhabung oder die Ausrichtung in der Laborautomatisierung beeinflussen, ist höchste Präzision entscheidend, da selbst geringfügige Abweichungen unzuverlässige Ergebnisse, Fehlausrichtungen oder Flüssigkeitslecks verursachen können. Hier sind die Gründe, warum hohe Präzision so wichtig ist:
- Ausrichtung finden:Präzisionsgefertigte Teile, die zu Halterungen oder Befestigungselementen verarbeitet wurden, ermöglichen es, einen Sensor, eine Linse oder einen Pipettenkopf genau dort zu positionieren, wo er sein soll, sodass zuverlässige und wiederholbare Messungen oder Vorgänge durchgeführt werden können.
- Gleichmäßige Strömung: Da die meisten Fluidsysteme oder Geräte mit strömenden Flüssigkeiten, wie z. B. mikromechanisch gefertigte Düsen oder Verteiler, Toleranzen benötigen, um die Durchflussrate aufrechtzuerhalten, eine ordnungsgemäße Trennung der Materialien zu gewährleisten oder eine korrekte Abdichtung zu erreichen.
- Reduzierter Methodenfehler: Die Reduzierung der Methodenfehlerstreuung ist besonders deutlich erkennbar, wenn hochpräzise Teile verwendet werden, unabhängig von den Umständen und der Durchsatzmenge, wobei Hunderte oder vielleicht Tausende von Proben gemessen werden.
- Miniaturisierung: Die meisten Laborinstrumente sind in der Regel miniaturisiert, was die Auswahl der Bauteile und Verfahren, die ordnungsgemäß funktionieren, einschränken kann und somit den Nutzen der Mikro-CNC-Bearbeitung rechtfertigt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Mikro-CNC-Bearbeitung Bauteile mit Toleranzen herstellt, die eine stabile, wiederholbare und präzise Laborautomatisierung ermöglichen.
Welche Materialien werden typischerweise für diese mikrobearbeiteten Laborkomponenten verwendet?
Mikrogefertigte Laborkomponenten werden üblicherweise aus Materialien hergestellt, die in der Regel chemische Beständigkeit, Stabilität und/oder Biokompatibilität aufweisen; die genauen Eigenschaften hängen von der jeweiligen Anwendung ab. Zu den gängigen Materialien gehören:
- PEEK (Polyetheretherketon): PEEK ist ein Hochleistungskunststoff mit bemerkenswerter chemischer Beständigkeit, thermischer Stabilität und mechanischer Festigkeit und eignet sich hervorragend für Verteiler, Fluidleitungen und Strukturbauteile von automatisierten Systemen.
- POM (Polyoxymethylen oder Delrin): POM ist ein reibungsarmer technischer Kunststoff, der für bewegliche Teile, Module und andere Komponenten verwendet werden kann, die eine gewisse Verschleißfestigkeit, gute Bearbeitbarkeit und strukturelle Festigkeit erfordern.
- Edelstahl (316L und ähnliche): Nützlich, wenn Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder Sterilisierbarkeit unerlässlich sind. Wird üblicherweise in Fluidverbindern, Präzisionsdüsen und Stiften/Positionierungsstiften eingesetzt.
- Aluminum: Wird sparsam für Bauteile in einer nicht korrosiven Umgebung verwendet, die ein geringes Gewicht und bestimmte Toleranzen erfordern.
- PTFE (Teflon): Aufgrund seiner außergewöhnlich geringen Reibung wurde es für Komponenten in einer chemisch aggressiven Umgebung ausgewählt.
Diese Materialien ermöglichen Präzision und Wiederholbarkeit für die heutige Laborautomatisierung.
Wie ermöglicht die Mikrobearbeitung komplexe oder miniaturisierte Designs für Laborgeräte?
Die Mikrobearbeitung ermöglicht komplexe oder miniaturisierte Designs von Laborgeräten, da sie die Herstellung sehr kleiner und detailreicher Komponenten mit engsten Toleranzen und komplexen Geometrien erlaubt. Dies ist ein wichtiger Vorteil in der Laborautomatisierung, wo Bauteile sehr spezifische Funktionen erfüllen müssen und oft räumliche Einschränkungen hinsichtlich der Bewegungsfreiheit und des verfügbaren Volumens bestehen. Im Folgenden finden Sie einige Faktoren, die bei der Anwendung der Mikrobearbeitung oder bei der Verwendung von mikrobearbeiteten Komponenten in einem Design zu berücksichtigen sind:
- Die Detailgenauigkeit im Mikrometerbereich ermöglicht kleinste Abstände zwischen den Fluidsteuerkanälen und Mikrodüsen sowie die Konstruktion einer Halterung, die in den meisten Fällen minimalinvasiv ist.
- Die Mikrobearbeitung ermöglicht die Herstellung komplexer innerer Strukturen wie beispielsweise quergebohrter Verteiler oder Kapillarbahnen, ohne die Integrität des Bauteils zu beeinträchtigen.
- Die Mikrobearbeitung ermöglicht die kundenspezifische Anpassung von Bauteilen für Funktionen wie beispielsweise den Einbau in eine kompakte Robotikbaugruppe (was andernfalls das Gesamtdesign beeinträchtigen würde) oder die hochpräzise Ausrichtung von Optiken.
- Die Mikrobearbeitung gewährleistet eine reproduzierbare Qualität, was insbesondere für die korrekte Funktion der Hardware in Laboren mit hohem Durchsatz von entscheidender Bedeutung ist.
Letztendlich trägt die Mikrobearbeitung dazu bei, das Gleichgewicht zwischen Formfaktor und Funktionalität anspruchsvoller Laborsysteme zu erreichen.