KMU-innovativ Evolution der Hochfrequenzwirbelstromprüfung für die Regelung innovativer Fertigungsprozesse am Beispiel 3D-Funktionsdruck (EddyPrint3D)

Problemstellung
Funktionsdruck beschreibt Produktionstechnologien, die durch gezieltes Aufbringen von besonderen Materialien „Funktionen“ wie Leiterbahnen, Sensoren, Antennen, Heizelemente oder Aktoren auf planaren oder komplexen 3D-Oberflächen realisieren können. Der wachsende KMU-dominierte Markt des Funktionsdrucks hat das Potenzial, die produktionstechnischen Herausforderungen einer wirtschaftlichen Herstellung vieler Funktionen und einer Flexibilisierung der Produktion zu lösen. Dafür ist es jedoch notwendig, dessen Prozesszuverlässigkeit zu steigern. Dies kann nur mit der Weiterentwicklung des berührungslosen, quantitativen Wirbelstromverfahrens (WS) erfolgen, mit dem kleinste lokale Leitfähigkeitsunterschiede ermittelt werden können.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projektes EddyPrint3D ist die Weiterentwicklung des Wirbelstromverfahrens, um die Qualität gedruckter Funktionselemente auf komplexen 3D-Oberflächen quantitativ mit einer Abweichung von unter 3 % zu charakterisieren. Darauf aufbauend wird eine Regelung entwickelt, die das gleichzeitige Drucken und Sintern an einem roboterbasierten, flexiblen Produktionssystem ermöglicht und die Zuverlässigkeit des Produktionsprozesses steigert. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des 3D-Funktionsdrucks insgesamt soweit erhöht, dass er nicht nur – wie bisher – im Labormaßstab, sondern auch im industriellen Serieneinsatz verwendet werden kann.

Vorgehensweise
Technologisch erfolgt die erstmalige Realisierung einer quantitativen Messung von gedruckten 3D-Funktions-Strukturen mittels robotergeführter reflektiver WS-Messung. Dafür werden die Sensor-Sensitivität und -Stabilität erhöht, die Störeinflüsse minimiert und die – dem Funktionsdruck inhärente – Strukturvielfalt berücksichtigt. Kerninnovation dafür sind eine Abstandskompensation, spektrale Messalgorithmen, angepasste Signalfilter und eine Kanteneffektkompensation. Systemtechnisch werden erstmalig Prozessmodelle für den Druckprozess und eine selektive Nachbehandlung auf 3D-Flächen erstellt und zusammen mit der entwickelten Qualitätskontrolle zu einer Prozessregelung in einem prototypischen Produktionssystem zusammengeführt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die im Projekt entwickelte Technologie und das Produktionssystem dient der Qualitäts- und Durchsatzsteigerung diverser roboterbasierter Fertigungslinien. Dadurch können neue – mit Funktionsdruck funktionalisierte – Produkte entwickelt werden, welche in industriellem Maßstab herstellbar sind. Verwertungsmöglichkeiten für die Projektergebnisse bestehen in den Bereichen Automobilindustrie, Luftfahrt, Druckelektronik, Medizin- und Textiltechnik. Neben dem Messsystemverkauf für Nutzer und Anbieter des Funktionsdrucks werden auch Einsatzmöglichkeiten für die Prüfung von schwach leitfähigen Materialien und im Ersatz von kontaktbasierten Prüfsystemen gesehen, wie sie bisher in der Batterie-, PV-, Display-, Halbleiter- oder Leiterplattenindustrie eingesetzt werden.

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• SURAGUS GmbH