SPECIAL Rapid-Tech
SPECIAL Rapid-Tech Integration von Sensorik, Elektronik und Optik in additiv gefertigte Produkte Viele Funktionen auf kleinstem Raum bündeln „Mitdenkende“ Technik, wie sie zunehmend in Autos, Maschinen, medizinischen Anwendungen oder den eigenen vier Wänden Einzug hält, benötigt funktionierende Datenströme. Die Integration von Sensorik in 3D-gedruckte Elemente bietet optimale Möglichkeiten, Daten zuverlässig und schnell an Ort und Stelle zu erheben. ■■■■■■ „Wir beginnen gerade erst, diese Potenziale zu erschließen und wollen uns in Erfurt zum aktuellen Stand der Forschung sowie der Anwendung austauschen. Dafür haben wir das bisherige Forum 3D-gedruckte Elektronik neu konzipiert und rücken das Thema Funktionalität in den Vordergrund“, erklärt Wolfgang Mildner. Der Inhaber des Technologiedienstleisters für gedruckte Elektronik, MSW-Tech, verantwortet die inhaltliche Ausrichtung des Forums 3D-gedruckte Elektronik & Funktionalität am 6. Juni 2018 zur Rapid- Tech + Fab-Con 3.D in der Messe Erfurt. Die Möglichkeiten der Funktionsintegration werden anhand verschiedener Anwendungen dargestellt. Beispielhaft für die Medizintechnik ist die Miniaturisierung von Analysegeräten (lab-on-a-chip), u. a. um den Verbrauch kostenintensiver und umweltbeeinträchtigender Chemikalien zu senken. Mittels additiver Verfahren lassen sich Bohr- und Ätzvorgänge für Mikrokanäle günstig realisieren. Um dennoch hohe Messgenauigkeiten zu erhalten, wird die Oberfläche in den Kanälen durch Fasereinlagerung vergrößert und deren lichtabsorbierende Wirkung genutzt. Ergebnisse dieser Untersuchungen präsentiert die Universität Duisburg-Essen im Forum. 3D-gedruckte lichtleitende Strukturen 3D-gedruckte lichtleitende Strukturen. Bild: Messe Erfurt Wie sich 3D-gedruckte lichtleitende Strukturen in Sensor- und Kommunikationskomponenten einbetten lassen und für verschiedene Industrieanwendungen genutzt werden, darüber berichten Forscher der Hochschule Ostwestfalen-Lippe. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU stellen die Integration beweglicher und sensorischer Elemente in additiv gefertigten Bauteilen am Beispiel eines Greifers für die Automatisierungstechnik vor. Dass es bereits möglich ist, verschiedene Fertigungsverfahren wie 3D-Druck, Druck von Elektronik sowie Bestückung von SMT-Bauteilen in einer Maschine zu kombinieren und mechatronisch integrierte Baugruppen (3D-MID) herzustellen, ist Inhalt eines Vortrags der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Die Wissenschaftler am dortigen Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik erzeugen u. a. 3D-Funktionsstrukturen, mit denen völlig neuartige hochfrequenztechnische Funktionen realisiert werden können, z. B. für IoT-Anwendungen. Mittels MID-Technologie werden auch am Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM additiv gefertigte Bauteile funktionalisiert. Verdeutlicht wird der Prozess u. a. an einem additiv gefertigten Füllrohr mit integrierter Füllstandssensorik. Den aktuellen Stand zur vollständig im 3D-Druck erzeugten Elektronik stellt das deutsche Unternehmen Neotech AMT vor. Wie man der Multi-Material-Herausforderung für 3D-gedruckte Elektronik begegnet, wird von Nano Dimension aus Israel vorgetragen. ■ Messe Erfurt GmbH www.rapidtech-fabcon.de 50 additive Mai 2018
Wechselzylinder und Schnittstellen für flexible Automatisierung der Anlage Multilaserprinzip ermöglicht Spitzenzeiten beim 3D-Druck Die Truprint 5000 von Trumpf arbeitet im Multilaserprinzip und ist mit drei scannergeführten und 500 Watt starken Faserlasern ausgestattet. Die drei Laser sind so angebracht, dass sie gleichzeitig überall im gesamten Bauraum der Anlage arbeiten und so schneller und effizienter Bauteile erzeugen können – und das unabhängig von Anzahl und Geometrie der Bauteile. ■■■■■■ Anders als bei anderen Multilaserkonzepten ist die Trumpf-Variante nicht auf definierte Bereiche in der Prozesskammer begrenzt – das macht den 3D-Drucker besonders schnell und produktiv. Weiterer Faktor für die Geschwindigkeit sind die Belichtungsstrategien. Sie ermitteln automatisch die idealen Laserbahnen, so dass alle drei Laser immer teileübergreifend belichten können. Dabei entstehen an den Bauteilen keine Nahtstellen. Sind alle Prozessparameter optimal eingestellt, benötigt die Truprint 5000 nur noch ein Drittel der Belichtungszeit pro Baujob. Die Anlage basiert auf der Fertigungstechnologie Laser Metal Fusion (LMF) und erzeugt komplexe Bauteile im Pulverbett. Die Bauteile können eine Größe von bis zu 300 Millimeter Durchmesser und 400 Millimeter Höhe haben und aus allen schweißbaren Werkstoffen bestehen, etwa Stähle, Nickelbasislegierungen, Titan oder Aluminium sowie aus kohlenstoffreichen Warmarbeitsstählen. Die Truprint 5000 ist in der Lage, automatisch den Fertigungsprozess zu starten – was zu einem robusten Prozess mit weniger Aufwand für den Bediener führt. Sobald der Bauzylinder in der Anlage platziert ist, fährt er automatisch auf seine Rüst- und Arbeitsposition. Das integrierte Nullpunktspannsystem ist die Basis für nachgelagerte Prozessschritte wie Erodieren, Fräsen oder Drehen. Es verbindet die Substratplatte automatisiert mit dem Kolben im Zylinder, so dass manuelle Arbeitsschritte (etwa Festin die Prozesskette integriert; der abgedeckte Bauzylinder lässt sich direkt in die Station fahren. Vorteil: Das externe Entpacken führt zu einer hohen Maschinenverfügbarkeit. Dank Schutzhandschuhen und Sichtschutz kommt der Anwender beim Entpacken und Reinigen nicht mit dem Pulver in Berührung. Das überschüssige Material lan- schrauben) gänzlich entfallen. Anschließend bringt ein Fahrsystem in der Prozesskammer Bauraum- und Zylinderdeckel in eine Lagerposition, und der Fertigungsprozess startet selbstständig. Im nächsten Schritt kalibrieren sich die Laser, die Substratplatte richtet sich aus und der Bauprozess startet automatisch. Durch das integrierte Wechselzylinderprinzip lässt sich der Bauzylinder mit den fertig erzeugten Bauteilen ausfahren, während die Baukammer mit Schutzgas inert bleibt und direkt mit dem nächsten Baujob starten kann. Die Trumpf-Siebstation reinigt mehrere Hundert Kilogramm Pulver pro Stunde und sichert so eine gleichbleibende Qualität des Pulvers. Auch die Entpackstation ist nahtlos Automatisierte Peripherie erleichtert die Bearbeitung. Bild: Trumpf det am Ende wieder in der Siebstation. Die Anlage ist somit bestens für einen industriereifen Serienfertigungsprozess ausgestattet. Mit ihrer flexiblen Automatisierungsschnittstelle ist die Anlage kompatibel für unterschiedliche Industrie- und Fertigungsszenarien. So lässt sich die 3D-Druck-Anlage je nach Fabrikkonzept schnell und einfach beispielsweise an einer automatisierten Roboterlösung, einem Schienensystem oder einem autonomen Fahrzeug anbinden. ■ Trumpf GmbH + Co. KG www.trumpf.com Rapidtech Stand 2-319 additive Mai 2018 51
