Präzisionsformenbau für pharmazeutische Verpackungslösungen

Kansas City Design (Lambertville, NJ) ist keine typische Formenbaufirma: Es ist ein einzigartiges Engineering-Studio, spezialisiert auf Prototyping und Produktionstooling. Inhaber William Arnold begann mit konzeptioneller Arbeit in pharmazeutischer Verpackung und nutzte diese Expertise 1997 zur Gründung – spezialisiert auf Design, Entwicklung, Engineering und Erstellung von Verpackungen und Verpackungsmustern für die Pharmaindustrie. Zusatzleistungen: CNC-gefräste Formen, Werkzeuge für Thermoformen und Pharma-Verpackungsmaschinen, künstlerische und Computer-Renderings, 2D/3D-Engineering-Dokumentation, Grafiken, Package Engineering und Prototyping, Kaltform-Werkzeuge und Muster, Kindersicherungsverpackungen, Stabilitätstestmuster für alle Verpackungstypen.

Als Arnold eine Bearbeitungszentrale für das breite Produktspektrum wählen musste – besonders für Pharma-Verpackungen, Proto- und Produktionsthermoformwerkzeuge sowie Kaltformwerkzeuge – entschied er sich für das DATRON High-Speed-Bearbeitungszentrum von DATRON Dynamics (Milford, NH). Laut Arnold bestens passend für eine Maschine mit kleinem Footprint, die Formen mit hoher Oberflächengüte ohne Handarbeit hinterlässt.

„Wir erstellen Produktionsqualität, Erstmuster-Formen und Siegel, die Produktionsqualitätsmuster für alle Tests liefern,“ erläutert Arnold. „Auf Wunsch des Kunden fertigen wir auch das Produktionstooling.“ Beispiele: Kindersicher, Senioren, Markt, Fokusgruppen, klinische Studien, beschleunigte Alterungstests.

„Wir lagerten unsere Maschinenarbeiten früher aus und fokussierten uns auf Design und Muster, aber wir gaben zu viel Geld aus und es dauerte zu lange, die Formen zurückzubekommen,“ fährt er fort. „Ich recherchierte CNC-Maschinen, aber die Begleitsoftware war zu teuer. Eine kostete 14.000 $, als ich anfing zu prüfen. Ich wollte auch einen großen Arbeitsbereich für bis zu 20″ x 20″ Rohlinge, Wiederholbarkeit und Genauigkeit, mit Hochfrequenzspindel für winzige Werkzeuge bis 0,001″ Durchmesser.“

Vorteile für pharmazeutische Verpackung

Arnolds Recherche führte zur DATRON. „Ich suchte wochenlang im Netz in Freizeit, was wirklich da ist. Nicht viele, die nicht irre teuer waren“, sagt Arnold. DATRON war toll in der Zusammenarbeit – freundlicher Vertrieb und Service, einfacher Zugang zu Finanzierung/Leasing. Es passte bestens: Bearbeitet alles von großen Formen (bis 20″ x 20″) bis fast mikroskopisch. Bohrt auch die Entlüftungslöcher für Thermoformwerkzeuge. Alle Musterformen schneiden wir aus Ren 5169, einem rot gerippten Kunststoffmaterial für Thermoformstempel, das bei klaren Kunststoffen bessere Klarheit liefert als Aluminiumformen. Produktionsformen sind Aluminium, und diese Maschine glänzt mit Aluminium. Der Kunststoff – beim Schneiden mit Alkohol gekühlt – kommt noch polierter raus als Aluminium. Die Oberfläche ist rutschiger, was Materialfluss beim Vakuumziehen auf der Form verbessert.“

Die DATRON hinterlässt auch überlegene Oberflächengüte, so Arnold. „Mit der unglaublichen Genauigkeit der DATRON fallen typische Werkzeugspuren von 3D-Formen, die mit Stepover geschnitten werden, weg.“

Zudem ermöglichen Spindel- und Verfahrgeschwindigkeiten bis 16 m/min und 0,0005″ Genauigkeit unglaublich schnelles und präzises Aluminiumfräsen. „Die Hochfrequenzspindel handhabt Fräser bis 0,001″ Durchmesser mühelos – man könnte damit theoretisch in ein Haarende bohren,“ betont er. „Damit bohren wir winzige Entlüftungslöcher. Wir bohren meist 0,013 bis 0,025″ – erforderlich für alle thermogeformten Verpackungen, noch in der Maschine, da die Löcher in der Form Vakuum erlauben, Luft aus der Form zu ziehen. Andere Shops machen das von Hand, weil ihre CNCs so kleine Bohrer nicht handhaben – sie nutzen Dremel-ähnliche Werkzeuge.“

Der kleine Footprint von 51″ x 51″ x 77″ ist ein großer Vorteil. „Bei konventionellen Fräsmaschinen bewegt sich der Tisch – ein riesiger Stahlbrocken. Sehr langsam und verschleißanfällig. Hier bewegt sich der Kopf auf Präzisionskugelgewindetrieben, keine solchen Probleme. Dazu ein massiver 4-Zoll-Granitsockel – stabilste Substanz, unempfindlich gegen Temperatur und Spannung, extrem flach herstellbar. Durch sein Gewicht nicht anfällig für maschinenbedingte Bewegung.“

Passt in ein Pharma-Verpackungslabor

Ein unerwarteter Vorteil: Die Maschine eignet sich für Labor-, Studio- oder Reinraumumgebung. „Obwohl ich nach Maschinen mit dieser Fähigkeit suchte, hatte ich keine Ahnung, dass Ethanol als Kühlmittel genutzt werden kann, was Reinraumeinsatz erlaubt,“ stellt er fest. „Konventionelle Kühlmittel sind im Reinraum verboten. Mit Alkoholkühlung sprüht die Maschine einen Alkoholnebel auf Fräser und Material, Teile kommen sauber und steril raus, ohne Abfallflüssigkeiten. Das Teil kann einfach mit einem Tuch abgewischt werden. Man muss nicht Öl und andere Kontaminanten aus Entlüftungs- und Gewindelöchern entfernen. Pharma-Leute lieben das. Ich füge die Maschineninfo in meine Angebote ein: ‚Präzisions-CNC-gefräste Musterform, geschnitten auf DATRON Alkohol-gekühlter Maschine.‘ Ein großartiges Verkaufsargument, das uns tatsächlich Aufträge brachte.“

Robert Murphy, VP Business Development bei DATRON, weist darauf hin, dass die Kombination aus präziser Hochgeschwindigkeits-(60.000 U/min)-Spindel mit Hochfrequenzgenerator hohe Oberflächengüte erzeugt. Und Wartung ist minimal bis gar nicht nötig. „Da unsere Systeme auf niedrigem Stromverbrauch basieren, wirkt sich das positiv auf Zuverlässigkeit aus und reduziert das Risiko schwerer Schäden im Betrieb,“ sagt Murphy. „Mit vielfachen Fail-safes und Sensoren kann die Maschine alarmieren oder stoppen, bevor Schaden entsteht. Durch modulares Design lassen sich 90% der Probleme telefonisch lösen. Braucht ein Teil Ersatz, wird es über Nacht geliefert und kann vom Kunden eingebaut werden – spart Stillstand und Vor-Ort-Servicekosten.“

Ein weiterer Vorteil: Zeitersparnis. Was andere Shops, an die Kansas City Design auslagerte, 18 Stunden brauchten, dauert jetzt 1-2 Stunden. „DATRON fräst Aluminium mit High Speed im Vergleich zu konventionellen Maschinen,“ schließt Arnold. „Wo andere zu Fuß gehen, fliegt die DATRON!“

Blisterpackungen für pharmazeutische Verpackung

Laut Kansas City Design Inhaber William Arnold werden OTC-Arzneimittel fast ausschließlich in Blisterverpackungen vertrieben – richtiger Barriereschutz, Kindersicherung und seniorenfreundlich. „Diese Blister werden auf Hochgeschwindigkeitsverpackungsmaschinen produziert, die Aluminiumformen zur Blisterbildung nutzen,“ erklärt Arnold. „Materialien und Werkzeuge, die mit Oberflächen in Kontakt kommen, die das Arzneimittel berühren könnten, sind immer ein riesiges Thema, da sie Verunreinigungen im Arzneimittel erzeugen können. Jeder Schritt und jede Funktion muss sorgfältig bedacht sein. In diesem Geschäft zu sein, hat mir Respekt vor dem gelehrt, was die meisten als hohe Arzneimittelkosten bezeichnen. Test- und Forschungsaufwand ist gewaltig – und die meisten Menschen realisieren das nicht. Am Ende bin ich dankbar, in diesem Geschäft zu sein und fühle, als hätte ich einen Unterschied gemacht und Leben gerettet.“