Elektrisch leitfähige Bauteile aus dem 3D-Drucker - TH Köln entwickelt neues Verfahren

Schematischer Aufbau der Dosiervorrichtung c  TH KölnIn Branchen wie der Automobilindustrie oder in der Unterhaltungselektronik kommt immer häufiger der 3D-Drucker zum Einsatz. Bislang können damit unkompliziert mechanische Teile wie Gehäuse oder Halterungen hergestellt werden. Auch aufwändige elektronische Teile wie Antennen oder Leitungen werden mittels 3D-Druck produziert – in der Regel allerdings in einem zweistufigen Prozess. Um dies einfacher, schneller und kostengünstiger zu gestalten, hat ein interdisziplinäres Team der TH Köln ein einstufiges Herstellungsverfahren konzipiert und zum Patent angemeldet. Im Vorhaben „InteSint-3D“ wird dieses nun gemeinsam mit weiteren Projektpartnern optimiert.

Um elektronische Komponenten mit Hilfe von 3D-Druckern herzustellen, wird im herkömmlichen Verfahren zunächst ein nichtleitendes Trägerbauteil erzeugt und anschließend mit einer dünnen Struktur, zum Beispiel einer speziellen Tinte oder einem Klebstoff, versehen. Diese muss in einem weiteren Schritt bei etwa 200 Grad gesintert – also thermisch nachbehandelt – werden, damit sie elektrisch leitfähig wird. „Die Probleme dieser Vorgehensweise sind, dass die für die Sinterung benötigten Geräte und Anlagen sehr teuer sind. Zudem besteht die Gefahr, dass sich das Gehäuseteil durch die nachgelagerte Behandlung verformt. Deshalb bedarf es neuer Herstellungsmethoden“, sagt Prof. Dr. Stefan Grünwald vom Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der TH Köln.

Ein interdisziplinäres Team der TH Köln hat daher ein innovatives einstufiges Verfahren mit einer dazugehörigen Vorrichtung konzipiert und beides zum Patent angemeldet. Die neuartige Methode kombiniert die additive Fertigung mit der thermischen Nachbehandlung. „Bei der von uns entwickelten technischen Lösung wird die beim 3D-Druck ohnehin schon vorhandene Prozesswärme zur Materialsinterung der leitfähigen Strukturen genutzt“, erklärt Grünwald. „So können Kosten eingespart werden, weil keine Sinteröfen mehr benötigt werden und es weniger Ausschussware durch verformte Bauteile gibt. Zudem gewinnt man Zeit, weil der nachgelagerte Sinterprozess wegfällt.“

Neues Verfahren wurde bereits erfolgreich getestet

Erste Versuche mit einem Prototyp – einem handelsüblichen 3D-Drucker, der um ein Dosiersystem ergänzt wurde – zeigen, dass das neuartige Verfahren grundsätzlich funktioniert, wie Grünwald erläutert: „Wir haben neben dem 3D-Drucker eine Kartusche angebracht, die mit Silberleitklebstoff gefüllt ist. Während des Druckprozesses wird dieser mit einer Dosiernadel in die gedruckten Filamentschichten integriert, sodass eine leitfähige Struktur entsteht. Die Spitze der Nadel liegt dabei unmittelbar in der Nähe der Extruderdüse des Druckers, aus dem das Filament kommt. So kann der Klebstoff die Wärme des geschmolzenen Filaments nutzen und wird beim Verlassen der Dosiernadel gesintert.“

Obwohl sich das verwendete System noch in der Entwurfsphase befindet, konnten mit ihm bereits komplexe Geometrien von Bauteilen mit zusätzlichen elektrischen Funktionen hergestellt werden – beispielsweise Antennen oder Leitungen für die Hochfrequenztechnik. Im Projekt „InteSint-3D“ soll der Prototyp nun weiterentwickelt werden, um reproduzierbare Ergebnisse von hoher Qualität zu erzeugen. „Wir werden in den nächsten Schritten unter anderem Parameter, beispielsweise in der Dosierung, optimieren. Zudem wollen wir Anforderungen an das leitfähige Material erarbeiten. Muss es ein Silberleitklebstoff sein? Welche Besonderheiten muss er haben? Und wie muss die in das Gehäuse eingebettete Struktur aussehen? All diese Fragen werden wir jetzt gemeinsam mit unseren Projektpartnern erläutern“, so Grünwald.

Über das Projekt

Das Vorhaben „Entwicklung eines neuartigen additiven Auftragsverfahren von leitfähigen Strukturen mit integriertem Sinterprozess“ (InteSint-3D) wird von Prof. Dr. Stefan Grünwald vom Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der TH Köln koordiniert. Innerhalb der Hochschule ist zudem Prof. Dr. Rainer Kronberger vom Institut für Nachrichtentechnik der TH Köln beteiligt.

Projektpartner sind die Continental Advanced Antenna GmbH, die Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH, die AIM3D GmbH, die INTERPRINT GmbH, die Kleb- und Gießharztechnik Dr. Ludeck GmbH, die M2M-Germany GmbH, die Reimesch Kommunikationssysteme GmbH und die PHYSEC GmbH. Das Vorhaben wird bis 2026 mit rund 660.000 Euro durch die Maßnahme „Forschung an Fachhochschule in Kooperation mit Unternehmen“ (FH-Kooperativ) vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Quelle: www.th-koeln.de
Abbildung: Schematischer Aufbau der Dosiervorrichtung: Die neuartige Methode kombiniert die additive Fertigung mit der thermischen Nachbehandlung. (Bild: ©TH Köln) 

Diesen Beitrag teilen, das Unterstützt uns, DANKE !

FacebookVZJappyDeliciousMister WongXingTwitterLinkedInPinterestDiggGoogle Plus

weitere Beiträge

Nachrichten und Doku

Zeltfestival Ruhr startet mit


Sarahconnor sommer2023 Paul huettemann 1666317670Vom 18. August bis zum 3. September 2023 geht das Zeltfestival Ruhr am Kemnader See in die 14. Runde.

17 der rund 40 Shows aus Musik, Comedy und Kabarett wurden bereits bekannt gegeben, mehr als 25.000 Tickets sind inzwischen vergriffen. Zwei weit...


weiterlesen...

GOLDEN YEARS | Die 20er Jahre Varieté


Copyright Ben DuentschDamals wie heute heißt es: „In Berlin vor allen Dingen: WINTERGARTEN!“ Nun ist die Erfolgsproduktion „GOLDEN YEARS – Die 20er Jahre Varieté Revue № 2“ auf Tournee und bietet nicht mehr nur in Berlin einen schillernden Abend im Gestern und Heute – ...


weiterlesen...

Schüleraustausch und Gap Year:


Dr. Michael Eckstein mit der Auf in die Welt 2023Wer als junger Mensch ein Auslandsjahr plant, benötigt unabhängige Informationen. Die Broschüre „Auf in die Welt 2023“ gibt Orientierung und den aktuellen Überblick

Viele junge Leute wollen Auslandserfahrungen, andere Kulturen, Länder, die Mensche...


weiterlesen...

Fortuna Ehrenfeld gibt im Gaffel am Dom


Martin Bechler Foto Gaffel honorarfreiKöln, 24. Januar 2023 – Fortuna Ehrenfeld spielt am 26. Januar für die Kölner Obdachlosen im Gaffel am Dom. Die Besucher haben sich für dieses Benefizkonzert über Facebook beworben und werden anstatt Eintritt zu zahlen für Helpings Hands e.V. spen...


weiterlesen...

Elle King "Come Get Your Wife"


elle KingElle Kings neues Album „Come Get Your Wife“, das am 27. Januar erscheint, ist ein frischer, ungezügelter und lockerer autobiografischer Blick auf die Reise der tätowierten Blondine durch das Leben, die Musik, die Liebe, den Ruhm und die Orte, die ...


weiterlesen...

Countdown für die Grüne Moderne. Die


Countdown für die Grüne ModerneNur noch diese Woche besteht die Chance die Grüne Moderne. Die neue Sicht auf Pflanzen zu sehen! Sie endet am 22. Januar 2023. „Wir rechnen bis zum Ende der Ausstellung mit der exzeptionellen Zahl von rund 100.000 Besucher*innen. Bei einer so ansp...


weiterlesen...
@2022 lebeART / MC-proMedia
toTop

Wir nutzen Cookies auf unserer Website. Einige von ihnen sind essenziell für den Betrieb der Seite, während andere uns helfen, diese Website und die Nutzererfahrung zu verbessern (Tracking Cookies). Sie können selbst entscheiden, ob Sie die Cookies zulassen möchten. Bitte beachten Sie, dass bei einer Ablehnung womöglich nicht mehr alle Funktionalitäten der Seite zur Verfügung stehen.