Labor- und Medizintechnik

Kunststoffteile für Labor- und Medizintechnik

In der Labor- und Medizintechnik müssen Kunststoffbauteile häufig hohe Anforderungen an Maßhaltigkeit, chemische Beständigkeit, Reinigbarkeit und mechanische Belastbarkeit erfüllen. Je nach Anwendung kommen unterschiedliche technische Kunststoffe zum Einsatz. Entscheidend ist nicht allein der Werkstoff, sondern die Kombination aus Einsatzbedingungen, Konstruktion und Fertigungsverfahren.

Wir fertigen kundenspezifische Kunststoffteile für Labor- und Medizintechnik nach Zeichnung, CAD-Daten oder technischen Vorgaben. Möglich sind Einzelteile, Prototypen, Ersatzteile sowie Klein- und Serienfertigungen.

Welche Anforderungen müssen Kunststoffteile in der Labor- und Medizintechnik erfüllen?

Die Anforderungen unterscheiden sich erheblich je nach Einsatzbereich. Ein Bauteil in einem Analysegerät wird anders beansprucht als eine Führung in einer Laborautomation oder eine Abdeckung innerhalb eines medizinischen Geräts.

Typische Anforderungen sind:

• hohe Maßhaltigkeit

• geringe Feuchtigkeitsaufnahme

• chemische Beständigkeit

• gute Reinigbarkeit

• niedrige Reibung

• Verschleißbeständigkeit

• elektrische Isolation

• geringes Bauteilgewicht

• Temperaturbeständigkeit

• definierte Oberflächenqualität

Bei Anwendungen mit erhöhten regulatorischen Anforderungen müssen zusätzlich die konkrete Werkstofftype, Herstellerdokumentationen und gegebenenfalls vorhandene Zulassungen berücksichtigt werden.

Eine pauschale Aussage, dass ein Kunststoff für jede medizinische Anwendung geeignet ist, ist deshalb nicht möglich.

Warum werden technische Kunststoffe in Labor- und Medizintechnik eingesetzt?

Technische Kunststoffe ermöglichen Eigenschaften, die sich mit metallischen Werkstoffen teilweise nur schwer kombinieren lassen.

Viele Kunststoffbauteile sind deutlich leichter als vergleichbare Metallkomponenten. Gleichzeitig können geeignete Werkstoffe korrosionsbeständig, elektrisch isolierend oder besonders gleitfähig sein.

Hinzu kommt die große Werkstoffauswahl. Eigenschaften wie Härte, Reibungsverhalten, Temperaturbeständigkeit oder chemische Beständigkeit können gezielt an die jeweilige Anwendung angepasst werden.

Durch die spanende Bearbeitung lassen sich zudem komplexe Geometrien ohne spezielles Formwerkzeug herstellen. Das ist besonders bei Prototypen, Sonderbauteilen und kleineren Stückzahlen interessant.

Typische Kunststoffteile für Laborgeräte und medizinische Geräte

Kundenspezifische Kunststoffbauteile werden in zahlreichen Geräten, Vorrichtungen und automatisierten Systemen eingesetzt.

Typische Beispiele sind:

• Führungen

• Halterungen

• Abstandshalter

• Gehäuseteile

• Abdeckungen

• Aufnahmeelemente

• Trägerplatten

• Gleitplatten

• Buchsen

• Rollen

• Distanzringe

• Adapter

• Montageplatten

• Vorrichtungen

• Funktionsteile für Laborautomation

Auch komplexere Kunststoff-Frästeile mit Bohrungen, Taschen, Nuten oder Gewinden können entsprechend einer technischen Zeichnung gefertigt werden.

Für rotationssymmetrische Bauteile kommen dagegen häufig Kunststoff-Drehteile zum Einsatz.

Welche Kunststoffe eignen sich für Labor- und Medizintechnik?

Die Werkstoffwahl richtet sich immer nach der konkreten Anwendung. Temperatur, mechanische Belastung, Feuchtigkeit, Reinigungsmittel und Fertigungstoleranzen müssen gemeinsam betrachtet werden.

POM-C

POM-C gehört zu den häufig eingesetzten technischen Kunststoffen für präzise Funktionsteile.

Der Werkstoff zeichnet sich insbesondere durch gute Maßhaltigkeit, hohe Festigkeit und günstige Gleiteigenschaften aus. Er lässt sich zudem sehr gut spanend bearbeiten.

Typische Anwendungen sind:

• Führungen

• Buchsen

• Halterungen

• Präzisionsbauteile

• bewegliche Funktionsteile

• Aufnahmeelemente

POM-C eignet sich besonders für Bauteile, bei denen enge Toleranzen und eine gute mechanische Stabilität gefragt sind.

Ob eine konkrete POM-C-Type für einen regulierten medizinischen Einsatz geeignet ist, muss anhand der jeweiligen Materialdokumentation geprüft werden.

PEEK

PEEK ist ein Hochleistungskunststoff für Anwendungen mit erhöhten thermischen, mechanischen oder chemischen Anforderungen.

Der Werkstoff weist eine hohe Temperaturbeständigkeit und sehr gute mechanische Eigenschaften auf.

PEEK kann beispielsweise für stark beanspruchte Funktionsteile, Halterungen oder Komponenten eingesetzt werden, die unter Bedingungen arbeiten, für die klassische technische Kunststoffe nicht ausreichend sind.

Aufgrund seines höheren Materialpreises wird PEEK meist gezielt dort eingesetzt, wo seine Eigenschaften technisch notwendig sind.

PTFE

PTFE wird insbesondere wegen seiner sehr geringen Reibung und seiner hohen chemischen Beständigkeit eingesetzt.

Typische Anwendungen sind:

• Gleitelemente

• chemisch beanspruchte Komponenten

• Dichtungselemente

• Isolierteile

• Lager- und Führungselemente

PTFE besitzt allerdings eine geringere mechanische Steifigkeit als beispielsweise POM-C oder PEEK. Bei engen Toleranzen und mechanisch belasteten Bauteilen muss dies bereits bei der Konstruktion berücksichtigt werden.

Polypropylen

Polypropylen wird häufig eingesetzt, wenn chemische Beständigkeit, geringes Gewicht und geringe Feuchtigkeitsaufnahme wichtig sind.

Denkbare Anwendungen sind Behälterelemente, Abdeckungen, Träger oder Komponenten in Laboraufbauten.

Die tatsächliche Eignung hängt insbesondere von Temperatur, mechanischer Belastung und eingesetzten Chemikalien ab.

Polyethylen

Polyethylen steht in verschiedenen Qualitäten zur Verfügung. Je nach Variante unterscheiden sich Verschleißfestigkeit, Steifigkeit und Gleiteigenschaften deutlich.

PE 300 eignet sich für zahlreiche einfache technische Bauteile, während PE 500 und PE 1000 bei höheren Anforderungen an Verschleiß und Gleiteigenschaften eingesetzt werden können.

Typische Bauteile sind:

• Führungen

• Gleitplatten

• Auflagen

• Schutzteile

• einfache Vorrichtungsteile

Polycarbonat

Polycarbonat wird vor allem eingesetzt, wenn Transparenz und hohe Schlagzähigkeit miteinander kombiniert werden sollen.

Mögliche Anwendungen sind:

• Sichtabdeckungen

• Schutzscheiben

• transparente Gehäuseteile

• Geräteabdeckungen

Bei Anwendungen mit Reinigungs- oder Desinfektionsmitteln muss die Beständigkeit gegenüber dem konkret eingesetzten Medium geprüft werden.

PMMA / Acrylglas

Acrylglas bietet eine hohe Transparenz und lässt sich sehr gut optisch einsetzen.

Typische Anwendungen sind:

• Sichtfenster

• Geräteabdeckungen

• transparente Halterungen

• Schutzhauben

• Gehäuseelemente

Gegenüber Polycarbonat besitzt PMMA eine geringere Schlagzähigkeit, bietet jedoch häufig eine bessere optische Qualität und gute Oberflächeneigenschaften.

Welcher Kunststoff eignet sich für welche Anwendung?

Die Tabelle dient nur als erste Orientierung. Für eine belastbare Werkstoffauswahl müssen sämtliche Betriebsbedingungen berücksichtigt werden.

Chemikalienbeständigkeit bei Laboranwendungen

In Laboranlagen kommen häufig Reinigungsmittel, Lösungsmittel, Säuren oder Laugen zum Einsatz. Deshalb spielt die Chemikalienbeständigkeit von Kunststoffteilen eine zentrale Rolle.

Dabei reicht die Aussage „chemikalienbeständig“ allein nicht aus.

Entscheidend sind unter anderem:

• eingesetzte Chemikalie

• Konzentration

• Temperatur

• Kontaktzeit

• mechanische Belastung

• wiederholter oder permanenter Kontakt

Ein Kunststoff kann beispielsweise gegenüber einer Chemikalie bei Raumtemperatur ausreichend beständig sein, bei höherer Temperatur jedoch deutlich schneller angegriffen werden.

Bei kritischen Anwendungen sollte die Werkstoffauswahl deshalb anhand konkreter Beständigkeitsdaten erfolgen.

Reinigung und Sterilisation

Nicht jeder technische Kunststoff eignet sich automatisch für jedes Reinigungs- oder Sterilisationsverfahren.

Je nach Anwendung können Bauteile beispielsweise mit alkoholhaltigen Reinigern, alkalischen Medien oder anderen Desinfektionsmitteln in Kontakt kommen.

Auch erhöhte Temperaturen können eine Rolle spielen.

Bei der Auswahl eines Kunststoffs müssen deshalb unter anderem folgende Fragen geklärt werden:

• Wie wird das Bauteil gereinigt?

• Welche Reinigungsmittel kommen zum Einsatz?

• Welche Temperaturen treten auf?

• Wie häufig erfolgt die Reinigung?

• Wird das Bauteil sterilisiert?

• Welches Sterilisationsverfahren wird eingesetzt?

Erst danach lässt sich beurteilen, ob ein Werkstoff für die konkrete Belastung geeignet ist.

Präzise Kunststoffteile durch CNC-Bearbeitung

Für kundenspezifische Komponenten bietet die CNC-Kunststoffbearbeitung einen wesentlichen Vorteil: Bauteile können direkt aus Halbzeugen hergestellt werden.

Werkzeugformen wie beim Spritzguss sind nicht erforderlich.

Das Verfahren eignet sich deshalb besonders für:

• Einzelteile

• Prototypen

• Sonderbauteile

• Kleinserien

• Ersatzteile

• konstruktive Änderungen

• Variantenfertigung

Komplexe Konturen, Bohrbilder, Taschen, Nuten und Gewinde können entsprechend der Bauteilgeometrie gefertigt werden.

Über unsere Fertigung von Kunststoff-Frästeilen lassen sich beispielsweise Montageplatten, Halterungen, Führungen oder komplexe Funktionsteile herstellen.

Maßhaltigkeit bei Kunststoffbauteilen

Kunststoffe verhalten sich bei der Bearbeitung anders als metallische Werkstoffe.

Temperatur, Feuchtigkeit, innere Spannungen und der jeweilige Kunststoff können Einfluss auf die erreichbare Maßhaltigkeit haben.

Besonders wichtig ist dies bei:

• Passungen

• Lagerstellen

• Führungen

• dünnwandigen Bauteilen

• großflächigen Frästeilen

• Bauteilen mit engen Toleranzen

Toleranzen sollten deshalb nicht pauschal aus Metallkonstruktionen übernommen werden.

Eine kunststoffgerechte Konstruktion kann Fertigungsaufwand reduzieren und gleichzeitig die Funktionssicherheit verbessern.

Kunststoffteile nach Zeichnung fertigen lassen

Für die Fertigung von Kunststoffteilen nach Zeichnung sind möglichst vollständige technische Angaben erforderlich.

Idealerweise werden folgende Informationen übermittelt:

• technische Zeichnung

• CAD-Datei

• gewünschter Werkstoff

• Abmessungen

• Toleranzen

• Stückzahl

• gewünschte Oberflächen

• Einsatztemperatur

• mechanische Belastung

• Medien- oder Chemikalienkontakt

Wenn der Werkstoff noch nicht festgelegt wurde, sind Informationen zu den Einsatzbedingungen besonders wichtig.

Auf dieser Grundlage kann geprüft werden, welche Materialgruppe technisch sinnvoll ist.

Prototypen und Kleinserien für Labor- und Medizintechnik

Gerade bei der Entwicklung neuer Geräte entstehen häufig zunächst einzelne Prototypen.

Die spanende Fertigung bietet hier den Vorteil, dass konstruktive Änderungen vergleichsweise schnell umgesetzt werden können. Ein neues Formwerkzeug ist nicht notwendig.

Nach erfolgreicher Erprobung kann dasselbe Fertigungsverfahren häufig auch für Kleinserien oder wiederkehrende Bauteile genutzt werden.

Das ist besonders interessant bei:

• Entwicklungsprojekten

• Laborgeräten in kleinen Stückzahlen

• Sondermaschinen

• individuellen Analyseanlagen

• Ersatzteilen für bestehende Systeme

Konstruktion von Kunststoffbauteilen

Die richtige Werkstoffwahl allein reicht nicht aus. Auch die Geometrie sollte an das Verhalten technischer Kunststoffe angepasst werden.

Kritische Bereiche können beispielsweise sehr dünne Wandstärken, große Materialquerschnitte oder unnötig enge Toleranzen sein.

Bereits in der Konstruktion sollten berücksichtigt werden:

• mechanische Lasten

• Temperatur

• Wärmeausdehnung

• Feuchtigkeitsaufnahme

• erforderliche Passungen

• Verschraubungen

• Gewinde

• Wandstärken

• mögliche Verformungen

Eine kunststoffgerechte Konstruktion verbessert häufig sowohl die Bauteilfunktion als auch die Wirtschaftlichkeit der Fertigung.

Kunststoffplatten als Ausgangsmaterial

Viele gefräste Bauteile werden aus technischen Kunststoffplatten gefertigt.

Je nach Anwendung stehen unterschiedliche Werkstoffe und Materialstärken zur Verfügung.

Bereits einfache Plattenzuschnitte können als Montageplatten, Träger oder Grundplatten in Laboranlagen eingesetzt werden. Durch weitere Bearbeitung entstehen daraus komplexe Funktionsteile mit individuellen Konturen, Bohrungen und Ausfräsungen.

Was ist bei medizinischen Anwendungen besonders zu beachten?

Die Anforderungen der Medizintechnik gehen je nach Bauteil weit über die reine mechanische Funktion hinaus.

Relevant können beispielsweise sein:

• direkter oder indirekter Patientenkontakt

• Kontakt mit biologischen Medien

• Reinigungs- und Sterilisationsverfahren

• Dokumentationsanforderungen

• Rückverfolgbarkeit

• Werkstoffnachweise

• spezielle regulatorische Anforderungen

Ob ein bestimmter Kunststoff diese Anforderungen erfüllt, muss für die konkrete Werkstofftype und den vorgesehenen Einsatz geprüft werden.

Eine technische Materialbezeichnung wie PEEK, POM-C oder PTFE allein stellt keine medizinische Zulassung dar.

Häufige Fragen zu Kunststoffteilen für Labor- und Medizintechnik

Welche Kunststoffe werden in der Medizintechnik eingesetzt?

Häufig verwendete technische Kunststoffe sind unter anderem POM-C, PEEK, PTFE, Polypropylen und Polycarbonat. Welcher Werkstoff geeignet ist, hängt von der konkreten Anwendung, den Temperaturen, Chemikalien und regulatorischen Anforderungen ab.

Welcher Kunststoff eignet sich für präzise Frästeile?

POM-C wird häufig für maßhaltige und mechanisch belastbare Präzisionsteile eingesetzt. Bei höheren thermischen oder chemischen Anforderungen kann PEEK eine Alternative sein. Die endgültige Auswahl richtet sich nach den Einsatzbedingungen.

Können Kunststoffteile nach Zeichnung gefertigt werden?

Ja. Kunststoffteile können anhand technischer Zeichnungen oder CAD-Daten gefertigt werden. Möglich sind unter anderem Frästeile, Drehteile, Plattenbauteile, Führungen, Halterungen und individuelle Funktionsteile.

Sind technische Kunststoffe sterilisierbar?

Das hängt vom Kunststoff, der konkreten Werkstofftype und dem Sterilisationsverfahren ab. Temperatur, Strahlung oder chemische Medien können Kunststoffe unterschiedlich beeinflussen. Die Eignung muss daher für den konkreten Anwendungsfall geprüft werden.

Können auch Prototypen und Kleinserien gefertigt werden?

Die CNC-Bearbeitung eignet sich besonders für Einzelteile, Prototypen und Kleinserien, da kein spezielles Formwerkzeug erforderlich ist. Konstruktive Änderungen lassen sich dadurch vergleichsweise flexibel umsetzen.