18. Dezember 2018 
 
15. November 2018

electronica: Wenn Smartphones aus Druckern kommen

Elektronische Geräte werden immer kleiner und leistungsfähiger – auch dank additiver Fertigung der Bauteile. Der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) von Professor Dr. Ing. Jörg Franke zeigt auf der electronica, was gedruckte Elektronik alles leisten kann.

Foto: Lehrstuhl FAPSFoto: Lehrstuhl FAPS
Mechatronisch Integrierte Baugruppen (3-D-MID) eröffnen neue Möglichkeiten zum Aufbau, zur Miniaturisierung und Leistungssteigerung der Produkte.
Herr Prof. Dr. Franke, der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) ist auf der electronica in Halle A1, Stand 443 zu finden. Worauf konzentrieren Sie sich bei Ihrem Messeauftritt?
Der Lehrstuhl FAPS beteiligt sich auf der electronica 2018 an dem Gemeinschaftsstand der Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen, welche eng mit dem Lehrstuhl kooperiert. Die Forschungsvereinigung fördert Forschungsvorhaben im Themenbereich der mechatronisch integrierten Produkte (MID: Mechatronic Integrated Devices). Der Lehrstuhl fokussiert sich bei seinem Messeauftritt deshalb ebenfalls auf den Themenbereich MID. Hierbei steht die Funktionalisierung von räumlich geformten Grundkörpern im Mittelpunkt. Dazu erforscht der Lehrstuhl eine breite Palette von Beschichtungstechnologien, wie das Laser-Direkt-Strukturieren, das kaltaktive Plasma-Sprühen, das Aerosol-Jetting sowie weitere 3-D-Drucktechnologien.

Ihr Lehrstuhl gliedert sich in sechs Forschungsbereiche und elf Technologiefelder. Auf der electronica wird primär der Forschungsbereich Elektronikproduktion präsent sein und das Technologiefeld Mechatronisch Integrierte Baugruppen (3D-MID). Warum diese Eingrenzung?
Der Forschungsbereich Elektronikproduktion ist dediziert auf die Elektronik-Branche ausgerichtet und spricht mit seinen Forschungsschwerpunkten genau die Interessen der Besucher der electronica an. Das Technologiefeld Mechatronisch Integrierte Baugruppen (3D-MID) eröffnet den Elektronik-Experten völlig neue Möglichkeiten zum Aufbau, zur Miniaturisierung und Leistungssteigerung ihrer Produkte.

Auf der electronica in München stellen Sie unter anderem ein Forschungsprojekt für die Luftfahrtindustrie vor, mittels dessen der Kabelbaum durch 3-Druck-Technologien ersetzt werden kann. Wie muss man sich das vorstellen und welche Vorteile hätte dies in der Praxis?
Im Rahmen des BMWi geförderten Projektes FeVediS (Funktionserweiterung von Verkleidungselementen durch integrierte Stromversorgung) wird eine alternative Kontaktierung und Stromführung auf der Rückseite von Leichtbau-Sandwichmaterialien für den Einsatz in Flugzeugkabinen untersucht. Ziel hierbei ist eine deutliche Gewichtseinsparung durch die Substitution von Standard-Kabelstrukturen sowie die Erzielung eines höheren Automatisierungsgrades. Technisch wird das Projekt mittels 3-D-Druck-Technologien zur selektiven Metallisierung, unter anderem einem Aerosol basierten Drucksystem sowie einem Ink-Jet basierten System umgesetzt.

Sie forschen auch an optisch leitfähigen Strukturen, die auf dreidimensionalen Trägermaterialien aus Polymer aufgebracht werden. Auf der electronica wird dazu ein Demonstrator zu sehen sein. Wie funktioniert diese Technologie und welche Anwendungsgebiete sehen Sie für die Zukunft?
Die Funktionsweise zur Informationsübertragung ist dieselbe wie in der Glasfaser beziehungsweise Polymerfasertechnologie. Das heißt, sie übertragen Lichtsignale von einem Ende der Faser zur andern, um entweder Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung zu ermöglichen oder sensorische Anwendung darzustellen. Der maßgebliche Unterschied unserer Technologie ist die additive Fertigung der sogenannten polymeren optischen Wellenleiter (POW). Diese werden im Aerosol-Jet-Verfahren hergestellt und können somit mit wenigen geometrischen Einschränkungen (Biegeradien, Strahlteilung), welche auf die strahlungsoptische Anwendung zurückzuführen sind, auf beliebig dreidimensional geformte Oberflächen aufgebracht werden. In diesem Zusammenhang sprechen wir auch von der Herstellung sogenannter 3-D-Opto-MIDs.
Anwendungen hierfür sind in diversen Branchen, wie etwa der Automobil- oder Luftfahrtindustrie, als flexibles Kurzstreckenübertragungsmedium (< 100 m) oder in der Sensortechnik zur Messung von Dehnung, Biegung oder Annäherung zu finden.

Welche weiteren Einsatzmöglichkeiten erwarten Sie für 3-D-Druck?
Ich erwarte eine rasante Entwicklung des 3-D-Drucks. Der 3-D-Druck wird in naher Zukunft große Fortschritte in seiner Prozessstabilität, Prozessgeschwindigkeit, Materialvielfalt und Prozessgenauigkeit aufweisen. Es wird zudem eine fortlaufend höhere Funktionalisierung direkt im 3-D-Druck stattfinden. Heutzutage können bereits OLEDs, Leiterbahnen, Widerstände, Heizelemente, Kapazitäten und vieles mehr gedruckt werden. Für diese Entwicklung ist noch lange kein Ende in Sicht. Nach meiner Erwartung können in Zukunft auch komplizierte mechatronische Produkte wie beispielsweise Smartphones direkt in Druckern hergestellt werden.

Messebesucher probieren ja gerne selbst aus. Was verspricht an Ihrem Stand besondere Erlebnisse?
Am Gemeinschaftsstand wird die MID-Technologie auf sechs großen Monitoren Schritt für Schritt dargestellt und erläutert. Zudem werden jede Menge Fachleute dieses Bereichs anwesend sein, welche gerne jederzeit für ein Fachgespräch zur Verfügung stehen. An diversen Demonstratoren, unter anderem auch ein MID-Copter, werden die überragenden Möglichkeiten der MID-Technologie begreifbar. Dieses Fluggerät besteht aus einem dreidimensionalem, spritzgegossenem Grundkörper, welcher durch das LDS-Verfahren, also per Laser und chemischer Metallisierung funktionalisiert und anschließend bestückt ist. Der Lehrstuhl FAPS selbst wird zu den beiden genannten Projekten FeVediS und Optaver Demonstratoren ausstellen.

Die electronica gilt als Leistungsschau der Branche. Auf welche Innovationen sind Sie besonders gespannt?
Ich bin sehr interessiert, wie weit die vielversprechenden Technologien zum Drucken elektronischer Funktionen bereits im Markt umgesetzt werden und welche Produkte damit bereits Funktionen wie Sensoren, Antennen, Beleuchtung oder integrierte Schaltkreise integriert haben werden. Weiterhin bin ich sicher, dass wir verstärkt auch leistungselektronische Baugruppen sehen werden, die neue Aufbau- und Verbindungstechnologien, wie das Diffusionslöten oder das Silbersintern und neue Substrattechnologien, nutzen werden. Und besonders gespannt bin ich natürlich, wie viele neue Komponenten vorgestellt werden, die eine der vielfältigen MID-Technologien zur Integration mechatronischer Funktionen einsetzen.

https://www.faps.fau.de/
https://electronica.de/

 


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