Abschlussbericht für das Teilvorhaben: Materialentwicklung für die Additive Fertigung von robuster integrierter Elektronik, im Verbundvorhaben: AMPERE - Herstellung zuverlässiger eingebetteter Elektronik auf Basis additiver Fertigungsverfahren

Abstract

Im Rahmen des Projektes wurde eine Technologieplattform entwickelt, um mit additiven skalierbaren 3D-Prozessen funktionsintegrierte elektronische Produkte zu ermöglichen und zuverlässig zu produzieren. Dazu wurden additive Fertigungsprozesse für Bauteile („3D-Printing“) mit additiven Fertigungsprozessen für Funktionsintegration („Gedruckte Elektronik“) und unter Verwendung von konventionellen, elektronischen Bauteilen („pick-and-place“) verknüpft. Ziel war die Demonstration flexibler und kosteneffizienter Herstellungsprozesse für neuartige, funktionsintegrierte Bauteile, beispielsweise für maßgeschneiderte Elektronik für Automotive oder für LED-basierte Lichttechnik. Es wurden elektrisch leitfähige Materialien auf Basis technisch relevanter Kunststoffe wie Polyamide (PA), Polypropylen (PP), Polyimid (PI) oder Polykarbonat (PC, PC/ABS) entwickelt. Durch einen speziellen Kompoundierprozess konnten Füllstoffgehalte von mehr als 80 Gew% (metallbasiert) bzw. 70 Gew% (kohlenstoffbasiert) erreicht und zu Filamenten für den 3D-Druck extrudiert werden. Es konnten so Materialkombinationen erreicht werden, die thermische Leitfähigkeiten im Bereich 2 bis 10 W/mK aufwiesen und gleichzeitig gut im 3D-Druck prozessierbar sind. Die Kombination bzw. Integration des 3D-Drucks (FFF) des Grundbauteils mit Gedruckter Elektronik durch Jetprozesse und angepasste Schnellaushärteprozesse erfolgte mit Hilfe kooperativer, robotergestützter Anlagentechnik. Dazu wurde ein Programm entwickelt, welches aus einem CAD-Modell und den auf diesem liegenden Pfaden für Leiterbahnen ein Druckprogramm für den Roboter optimiert und berechnet. So konnten Kunststoffbauteile mit integrierten Leiterbahnen sowie zusätzlichen Elektronikeinlegeteilen in einem Herstellungsprozess gedruckt werden. Die Leistungsfähigkeit dieses neuen hybriden additiven Fertigungsprozesses wurde durch den Druck verschiedener Demonstratorbauteile aus.