Projektskizze: Flexibel herstellbare Verschaltungen auf dreidimensionalen Bauteilen [FHVEB]

Beschreibung

Die Integration der Verschaltung von Komponenten mechatronischer Systeme in Strukturbauteile (MID), ohne traditionelle Leitungen, gilt als vielversprechende Lösung für die zukünftige Signal- und Leistungsvernetzung. Neben Verschaltungsalternativen zum Kabel wie Hybridspritzgießen, Drucken, Aufsprühen von Leiterbahnen und die chemische Metallisierung mit galvanischer Verstärkung, wurde die integrative Drahtverlegung noch nicht auf deren Charakteristik untersucht. Drahtmaterial erscheint, wegen seiner homogenen stofflichen Beschaffenheit, den gedruckten oder chemisch abgeschiedenen Leitern, hinsichtlich der Robustheit und den Übertragungseigenschaften überlegen zu sein. Die Fa. Ruhlamat aus Ruhla (TH) bietet ein Modul, bestehend aus Werkstückhalterung, Drahtablauf, Leichtbauroboter und einem Verlegewerkzeug mit integrierten Ultraschallgerät zur Drahtverlegung unter gleichzeitigem Einschmelzen des Drahtes in die Oberfläche thermoplastischer Bauteile an. Eine Laborversion wird in Abb. 3 gezeigt. Mit dem Drahthersteller Kern & Liebers in Schramberg (BW) steht ein traditioneller kompetenter Hersteller von Drähten zur Verfügung. Drähte werden aus anwendungsgerechtem Metallen gefertigt, hochpräzise durch Drahtziehen auf ein erforderliches Endmaß mit Toleranzen im μm-Bereich geformt und durch differentielle Nachbehandlungsverfahren wie Glühen oder einer Oberflächenvergütung mit spezifischen Eigenschaften versehen. Durch Lackieren kann eine hochtemperaturfeste extrem dünne Isolationsschicht aufgebracht werden, wobei parallel mit einer thermischen Behandlung ein Verbacken der einzelnen Drähte erfolgt und somit Bündel geformt werden können, wie in Abb. 1 gezeigt wird.

Forschungsziel

Die innovative Drahtverlege-Technologie (Drahtverlegung) muss vor dem industriellen Einsatz grundlegend hinsichtlich der Beschaffenheit des Drahtmaterials, der Fixierung im Substrat, der optimalen Prozessparameter und der Charakteristik der aufgebrachten Verschaltungen untersucht werden. Die Drähte sollen für die Signal-und Leistungsvernetzung eingesetzt werden. Somit sollen mit den Drähten auch flache Koaxialleitungen erprobt werden. Wichtig für die kommerzielle Bewertung der Technologie ist eine Bestimmung der Herstellungskosten eines signifikanten Bauteils.

Zur Bearbeitung des Projektes werden die Partner Ruhlamat GmbH und Kern & Liebers verstärkt mit einbezogen.

Als Produkte kommen Sensoren, Antennen, Pads fürs induktives Laden, Stromversorgung, Kontaktierung von Batteriezellen, medizinische Geräte und beheizbare Flächen in Frage.

Nutzen und wirtschaftliche Bedeutung für KMU

Ein wesentlicher Nutzerkreis liegt in den kleinen und mittleren Zulieferunternehmen der Automotive- und Prozesstechnik-Branche. Es wird davon ausgegangen, dass die Ergebnisse in innovativen Produkten angewandt werden und somit für die Industrie neue Chancen und Umsätze in neuen Märkten erschlossen werden. Am Ende des Projektes soll eine neue Alternative zur elektrischen Funktionalisierung von dreidimensionalen Bauteilen zur Verfügung stehen. Diese Flexibilität der Technik ermöglicht es den KMU als Komponentenlieferanten schnell auf Kundenwünsche einzugehen.

Abbildung 1: Drahtbündel verbackener Lackdrähte; Quelle: Kern & Liebers

Abbildung 2: Kupferflachdrähte auf einem PA Bauteil; Quelle: Lehrstuhl FAPS der FAU Erlangen-Nürnberg

Abbildung 3: Drahtverlegemodul; Quelle: Ruhlamat GmbH

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