{"id":34633,"date":"2022-11-10T10:10:05","date_gmt":"2022-11-10T09:10:05","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=34633"},"modified":"2022-11-10T11:22:09","modified_gmt":"2022-11-10T10:22:09","slug":"neue-perspektiven-fuer-den-3d-druck-elektrogeraete-und-elektronik-fuer-den-endverbraucher-aus-nur-einer-maschine-kostenguenstige-grossvolumige-kunststoffbauteile-aus-standard-granulat","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=34633","title":{"rendered":"Neue Perspektiven f\u00fcr den 3D-Druck"},"content":{"rendered":"

Elektroger\u00e4te und Elektronik f\u00fcr den Endverbraucher aus nur einer Maschine; kosteng\u00fcnstige, gro\u00dfvolumige Kunststoffbauteile aus Standard-Granulat<\/strong><\/p>\n

All-In-One-Produktionsanlagen als attraktive Alternative zu hochkomplexen internationalen Lieferketten und stark arbeitsteiliger Wertsch\u00f6pfung: was bislang nur f\u00fcr einfache Produkte aus einheitlichem Material denkbar schien, funktioniert dank MMAM und WEAM k\u00fcnftig sogar f\u00fcr elektrische Produkte mit Materialmix und hohem Elektronikanteil. Multi Material Additive Manufacturing (MMAM) basiert auf einem Wechselsystem f\u00fcr das Werkzeug. Zu diesen Werkzeugk\u00f6pfen geh\u00f6ren Strukturdruckk\u00f6pfe, die technische Polymere mit bis zu 500\u00b0C verarbeiten k\u00f6nnen, Pick and Place K\u00f6pfe, die Bauteile, elektronische Elemente oder Kontakte automatisiert einsetzen k\u00f6nnen und Drahtintegrationsk\u00f6pfe, die verschiedenste Draht- oder Fasermaterialien w\u00e4hrend des Druckprozesses in das Bauteil einbringen und in gew\u00fcnschten Bereichen mit Polymer ummanteln. Bei Wire Encapsulating Additive Manufacturing (WEAM) wird der Draht gleich mit gedruckt. Eine Weltneuheit bei WEAM: der Druckkopf kann endlos rotieren und damit Druckbild und Drahtintegration verbessern. Im Bereich des industriellen, kunststoffbasierten 3D-Drucks pr\u00e4sentiert das Fraunhofer IWU eine Weiterentwicklung des preisgekr\u00f6nten SEAM-Verfahrens, das die Herstellung hoher St\u00fcckzahlen auch gro\u00dfer Kunststoffbauteile aus preisg\u00fcnstigem Standard-Granulat erlaubt.<\/b><\/p>\n

Mit dem All-In-One-Anlagenprinzip verfolgt das Fraunhofer IWU einen nachhaltigen Produktionsansatz. Die Idee: Wenn eine Anlage vollst\u00e4ndige Funktionsteile drucken und alle Teilprozesse abbilden kann \u2013 Halbzeuge fixieren, Strukturen auftragen, Leiter integrieren oder Aktoren einbringen \u2013, muss ihr Betreiber auch keine Arbeitsschritte auslagern. Dezentrale Druckzentren k\u00f6nnten so Produkttransporte vermeiden helfen. Das Team um M.A. Lukas Boxberger denkt dabei auch an die 3D-basierte Fertigung hochkomplexer Produkte.<\/p>\n

MMAM und WEAM: kaum Grenzen f\u00fcr Materialien, Geometrien, Funktionen und Produkte<\/h4>\n

Die Kombination aus Funktionen (Strukturelemente generieren, Leiterbahnen erzeugen, Fremdelemente platzieren, Halbzeuge fixieren), Werkzeugk\u00f6pfen und bedruckbaren sowie druckf\u00e4higen Materialien sorgt f\u00fcr eine faszinierende Vielfalt m\u00f6glicher Anwendungen und Produkte. Druckbar sind alle Thermoplaste bis zu einer Temperatur von 500 Grad Celsius, mit s\u00e4mtlichen metallischen Legierungen in Drahtform (WEAM). F\u00fcr eine konkrete Funktion sind Kunststoffsorte, Legierung und Drahtdurchmesser ma\u00dfgeblich<\/p>\n

Fingerorthese zur reversiblen, individuellen An- und Abformung durch thermisch induzierten Phasenwechsel des Polymers<\/u><\/p>\n

Fingerorthesen kommen meist zur Ruhigstellung einzelner Finger zum Einsatz und sollten f\u00fcr eine bestm\u00f6gliche Wirkung f\u00fcr die Patientin oder den Patienten ma\u00dfgefertigt sein. Mit WEAM lassen sich Orthesen zun\u00e4chst in 2D herstellen und f\u00fcr die individuelle Fingergr\u00f6\u00dfe vordimensionieren; dank integrierter Dr\u00e4hte k\u00f6nnen sie anschlie\u00dfend optimal an die Ergonomie des Fingers angepasst werden. Dazu wird der integrierte Draht \u00fcber elektrischen Widerstand aufgeheizt, so dass sich der Kunststoffmantel auf 35 – 40 Grad Celsius erw\u00e4rmt. Kunststoff ist dann \u00e4hnlich leicht formbar wie Knetmasse; nach dem Wiederabk\u00fchlen ist er so steif, dass er seine vorgesehene St\u00fctzfunktion optimal erf\u00fcllen kann. Der Vorteil gegen\u00fcber vorgefertigten Standardorthesen ist die individuelle Anpassbarkeit, auch noch im Verlauf der Behandlung: eine neuerliche Erw\u00e4rmung des Kunststoffs gen\u00fcgt. Im Vergleich zu dreidimensional gedruckten Produkten ben\u00f6tigen WEAM-Orthesen weniger Druckzeit und sind dank der flexiblen Anpassbarkeit weniger fehleranf\u00e4llig.<\/p>\n

Kapazitative Sensoren in Gruppenanordnung (Array) auf Furnierr\u00fcckseite aufgedruckt<\/u><\/p>\n

Oberfl\u00e4chen beheizbar machen, unauff\u00e4llig Sensorik in Designerst\u00fchle f\u00fcr Heizungen integrieren, Seitenverkleidungen in Automobilen w\u00e4rmeabstrahlend gestalten, Interieur Komponenten mit Funktionen aufwerten: dies sind nur einige Anwendungsbeispiele f\u00fcr den Aufdruck von Sensorik auf der R\u00fcckseite d\u00fcnner Oberfl\u00e4chen. Bedruckbar sind unterschiedlichste Materialien. In Frage kommt dazu Ber\u00fchrungs-, N\u00e4herungs- oder Strukturbelastungssensorik.<\/p>\n

Beim Druck wird der Draht vollisoliert direkt auf das Bauteil aufgebracht, die Kunststoffummantelung geht gleichzeitig eine feste Verbindung mit dem Furnier ein. Der Geometrie des Furniers sind dabei keine Grenzen gesetzt.<\/p>\n

Ablage von Heizdr\u00e4hten auf d\u00fcnnsten Folien<\/u><\/p>\n

Mittels WEAM lassen sich vollst\u00e4ndig mit Kunststoff isolierte Dr\u00e4hte in beliebigen Durchmessern auf d\u00fcnnsten Folien sicher anbinden. Die perfekten mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Drahtes sind im Vergleich zu gedruckter oder gerakelter Elektronik besonders im Bereich leistungsstarker Anwendungen wie Heizungen deutlich \u00fcberlegen. WEAM erm\u00f6glicht die Herstellung von Membranen mit integrierter Heizung, welche deutlich leistungsf\u00e4higer als gedruckte Elektronik sind und bei denen der Draht im Vergleich zur Ultraschalleinbettung die Folie nicht besch\u00e4digt.<\/p>\n

4D-Druck Kopfh\u00f6rer: planar gedruckte, ultraleichte Komponenten, welche selbstst\u00e4ndig eine 3D-Form einnehmen<\/u><\/p>\n

Mit 4D-Druck sind additive Fertigungsverfahren gemeint, bei denen ein gedrucktes Objekt seine endg\u00fcltige Geometrie nicht bereits durch den Druckvorgang erh\u00e4lt, sondern durch nachgelagerter Prozessschritte. Das Fraunhofer IWU setzt f\u00fcr die Herstellung von besonders leichten Bauteilen mit integrierten elektrischen Funktionen f\u00fcr Kopfh\u00f6rer auf ein MMAM-basiertes 4D-Druckverfahren. Der Hauptvorteil liegt in der kosteng\u00fcnstigen Herstellbarkeit auch komplexer Geometrien auf ein und derselben Produktionsanlage.<\/p>\n

In diesem innovativen Verfahren erh\u00e4lt das Bauteil \u00fcber die Applikation d\u00fcnner Kunststoffbahnen auf vorgespanntem Textil seine Form. Die aufgebrachten Kunststoffbahnen erzeugen auf dem Textil ein zweidimensionales Endoskelett, in welches w\u00e4hrend des 3D-Druckes elektrische Komponenten integriert werden k\u00f6nnen. Die dreidimensionale Form entsteht durch die anschlie\u00dfende Entspannung des Textils. Formgebung, Steifigkeit und Funktionsumf\u00e4nge der Struktur sind \u00fcber Anpassungen des Endoskeletts sowie der textilen Vorspannung bestimmbar.<\/p>\n

Ins Geh\u00e4use eingedruckte Leiter anstelle beweglicher, anf\u00e4lliger Kabel<\/u><\/p>\n

WEAM hat das Potenzial, den Kundennutzen bei vielen Ger\u00e4ten ganz erheblich zu steigern. Bohrmaschinen, die im harten Handwerkereinsatz Ersch\u00fctterungen, Schmutz und Feuchtigkeit ausgesetzt sind, k\u00f6nnen durch eingedruckte Leiter anstelle anf\u00e4lliger Kabel und deren Verbinder schockresistent, wasserdicht und damit deutlich belastbarer werden. Viele Funktionen k\u00f6nnten k\u00fcnftig auf engstem Bauraum verdichtet und dennoch zuverl\u00e4ssiger werden \u2013 wenn strukturintegrierte Belastungssensoren anf\u00e4llige Schalter ersetzen.<\/p>\n

Ausblick Autoindustrie: in das Bauteil integrierte Kabelb\u00e4ume<\/u><\/p>\n

Kabelb\u00e4ume sind oft schwer, komplex und damit aufw\u00e4ndig in der Herstellung. Aus Kostengr\u00fcnden haben viele Hersteller oder deren Lieferanten die Fertigung ausgelagert. Was bleibt, ist die ergonomisch ung\u00fcnstige Montagearbeit am Fahrzeug, teilweise \u00fcber Kopf etwa f\u00fcr Kabelstr\u00e4nge an elektrischen Schiebed\u00e4chern. Eine 3D-Druck-L\u00f6sung k\u00f6nnte Leiter in die Innenverkleidung (Dachhimmel) integrieren \u2013 als kosteng\u00fcnstige und f\u00fcr die Mitarbeitenden in der Produktion ges\u00fcndere Alternative.<\/p>\n

Metallische Schmelzextrusion: Strukturen aus Kupferdraht drucken<\/u><\/p>\n

Das Fraunhofer IWU perfektioniert die drahtbasierte additive Fertigung von Metallen auch im eigens entwickelten Schmelzextrusionsverfahren. Dabei wird entsprechend der Fused Filament Fabrication (FFF) f\u00fcr Polymere, das Material innerhalb einer D\u00fcse aufgeschmolzen und anschlie\u00dfend auf dem Substrat abgelegt. Dank induktiver D\u00fcsenerw\u00e4rmung k\u00f6nnen metallische Bauteile dabei sehr energieeffizient gedruckt werden. Erste Untersuchungen zeigen, dass die Herstellung dreidimensionaler Strukturen aus Kupfer m\u00f6glich ist. Der Einsatz einer optimierten D\u00fcse erlaubt die Fertigung endkonturnaher Formen mit Wandst\u00e4rken von etwa 1 mm. K\u00fcnftige Anwendungsbeispiele sind W\u00e4rme\u00fcbertrager (W\u00e4rmetauscher) und gedruckte Elektronik.<\/p>\n

SEAMHex2: Neueste Generation industriellen Highspeed-3D-Drucks f\u00fcr Hochleistungskunststoffe<\/h4>\n

SEAM steht f\u00fcr Screw Extrusion Additive Manufacturing. Dieses 3D-Druck-Verfahren er\u00f6ffnet neue Produkt- und Fertigungsm\u00f6glichkeiten im industriellen Ma\u00dfstab \u2013 es erlaubt, gro\u00dfe St\u00fcckzahlen in kurzer Zeit zu wettbewerbsf\u00e4higen Kosten zu produzieren. Das am Fraunhofer IWU entwickelte SEAM-Verfahren ist im Vergleich zum herk\u00f6mmlichen 3D-Druck nicht nur acht Mal schneller, sondern erm\u00f6glicht zudem die Verwendung preisg\u00fcnstigen Standard-Kunststoffgranulats. Dadurch lassen sich im Vergleich zu klassischen Fused-Layer-Mo\u00addeling (FLM)-Verfahren, in denen teures Filament verwendet wird, Produktionskosten um das bis zu 200-fache einsparen.<\/p>\n

Der Druckprozess erfolgt, indem \u00fcber eine modifizierte Extrusionsschnecke das Kunststoffgranulat in den Extruder eingezogen und plastifiziert wird. Dabei k\u00f6nnen Prozessgeschwindigkeiten bis ein Meter pro Sekunde erreicht werden. Die entstehende Kunststoffschmelze wird anschlie\u00dfend schichtweise auf der Bauplattform abgelegt. Durch den kontinuierlichen Ablageprozess ist die Fertigung gro\u00dfvolumiger, belastbarer Bauteile m\u00f6glich.<\/p>\n

Dieses Verfahren hat die Jury der EARTO (European Association of Research and Technology Organisations), eines Zusammenschlusses von 350 Forschungseinrichtungen in Europa, \u00fcberzeugt: sie zeichnete am 12. Oktober SEAM mit ihrem Innovationspreis (2. Platz) f\u00fcr ein bahnbrechendes Verfahren aus, das sich bereits am Markt bew\u00e4hrt (Innovation Award for Impact Delivered).<\/p>\n

In der j\u00fcngsten Ausbaustufe erlaubt ein parallelkinematischer Hexapod zur Bewegung der Bauplattform f\u00fcnf-achsigen 3D-Druck mit bis zu 1m\/s Bewegungsgeschwindigkeit, die Austragsleistung liegt bei bis zu 7 kg\/h. SEAMHex2 steht somit f\u00fcr kosteng\u00fcnstigen Druck gro\u00dfvolumiger Kunststoffbauteilen aus Standard-Granulat.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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