3D-Druck-Symposium Add+it 2018

Folgende Gastbeitrag von Dipl. Inform. Wolfgang Mildner, MSWtech ist auch in der Oktober-Ausgabe KC-aktuell zu lesen.

Ein neuer Ansatz ermöglicht Kostenreduzierung und die Erweiterung von Designoptionen
Von gedruckter Elektronik zu 3D strukturintegrierter Elektronik.
Gedruckte Elektronik kann für 3D-Anwendungen für verschiedene Branchen verwendet werden. Besonders die Automobilindustrie ist an dieser Entwicklung sehr interessiert. Das gewünschte Zieldesign kann durch verschiedene Prozesse und Prozessoptionen erreicht werden.

Ein Standard hat sich zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht etabliert, je nach Anforderung und Erfahrungen ergeben sich entsprechende Lösungsoptionen.

Das Interesse in den Branchen ist nach erfolgreichen ersten Piloteinsätzen zu einem echten Trend gewachsen. Einige Unternehmen führen Projekte durch, die in den nächsten Monaten auf Produkteinführungen abzielen, einige der Projekte werden bereits in Produkten auf dem Markt verwendet.

Welche Vorteile erwarten Nutzer von dieser Entwicklung? Insbesondere bei Bedienfeldern für HMI (Human Machine Interface) -Anwendungen ergeben sich einige viele Vorteile.

Prinzipiell können die Vorteile in drei Bereichen unterteilt werden: Drastische Reduktion der Zahl der Komponenten und Kosten, mechanische und elektrische Vorteile und neue Designmöglichkeiten.

• Komponenten und Kosten können drastisch reduziert werden: Bei einem mechanischen Armaturenbrett mit beleuchteten Drucktasten für jede Funktion wurde durch Neukonzeption eine Lösung von 56 Komponenten / Teilen auf ein Einzelteil mit integrierter Funktion reduziert. Dabei wurde im der ursprünglichen Ansatz jede Funktion durch einen einzigen spritzgegossenen Druckknopf dargestellt. Im neuen Konzept werden alle Funktionen per Touch-Control bedient. Arbeits- und Materialkosten wurden ebenfalls reduziert.
  Insgesamt ist daher schwierig, die Gesamtkostenreduzierung abzuschätzen. Die Entwicklungskosten und der Ertrag bzw. die Ausbeute müssen aufgrund der höheren Komplexität und des Einsatzes neuer Technologien sorgfältig beobachtet werden.
   
• Die neuen mechanischen Optionen führen zu höherer Integration und einer kompakteren Lösung.
  In einem speziellen Fall eines Bedienfeldes war es möglich, die Dicke von 30 mm auf 5 mm zu reduzieren. Das Gewicht wurde dabei um 70% reduziert. Aufgrund der geschlossenen Oberfläche (keine Öffnungen) zeigen erste Tests auch eine verlängerte Lebensdauer.
   
• Control Panels sollten den ergonomischen und Designregeln folgen. Dies führt zu Anforderungen in 3D-Formformaten mit einer gebogenen oder gekrümmten Front. Elektronische Sensoren müssen dieser Form folgen. Gedruckte Elektroniksensoren werden dazu mit Materialien auf Folie gedruckt, die gebogen werden können oder mit hoher Flexibilität ausgestattet sind.

Das HMI-Interface der Zukunft könnte auch variabel und softwareabhängig sein. In der Vergangenheit benötigte jede neue Option, die bedient werden sollte, einen neuen Push-Bottom. In Zukunft wird dies nur ein Software-Upgrade für die Schnittstelle sein.

Prinzipiell kann diese Technologie auch für andere Anwendungen und integrierte Funktionen verwendet werden. Dazu zählen bereits:

• Leitfähige Linien und Flächen
• Gedruckte Sensoren (z.B. kapazitive Touchsensoren)
• Integration von Licht- und Lichtleitern

Für den Aufbau der strukturintegrierten Elektronik stehen verschiedenste Prozesse und entsprechende Prozess Optionen zur Auswahl, dazu zählen Thermoformen, Spritzgusse und Spritzguss-labelling, aber auch 3D-Druckverfahren wie Aerosol-Jet. Prozesse aus dem Bereich
3D MID (Mechatronic Integrated Devices) werden bereits seit geraumer Zeit auf dem Markt verwendet um mit Methoden wie LDS (Laser Direct Strukturing) und der Integration von konventionellem Siliziumbausteinen Lösungen aufzubauen. Dazu werden inzwischen Methoden wie der 3D-Aerosol-Jet-Druck mit anderen Methoden der 2D-gedruckten Elektronik kombiniert und für die endgültige Lösung in 3D integriert.

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