KMU-innovativ Skalierbare Digitale 3D-Gedruckte Elektronik (SD3DE)

Problemstellung
Gedruckte Dünnschichtfunktionen, wie z. B. Elektronik auf gekrümmten Oberflächen von mechanischen Komponenten oder Teilen, ermöglicht die Einbindung von smarten Funktionen. Beispielsweise können so vorausschauende Wartungen von Komponenten oder die Erfassung von Betriebsparametern, u. a. im Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs, in den Flügeln eines Flugzeugs oder sogar in der Medizintechnik innerhalb prothetischer Implantate, realisiert werden. Bisher ist die spezifische Integration von eingebetteter Elektronik auf einer 3D-Oberflächentopologie mit konventionellen Technologien sehr kompliziert. Es erfordert das aufwendige Kleben von steifer Elektronik in mehreren Schritten und ist in einigen Fällen in einer Produktionslinie nicht realisierbar.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projekts SD3DE ist, ein skalierbares Fertigungswerkzeug zu entwickeln, das ein auf linearen Bewegungen basierendes Roboter-Automatisierungssystem nutzt, um gedruckte Elektronik auf eine Vielzahl von bestehenden mechanischen 3D- Komponenten aufzubringen und sie mit Funktionen wie Sensorik, Aktorik und drahtloser Kommunikation auszustatten.

Vorgehensweise
Nachdem die Spezifikationen und das Design des digitalen Fertigungswerkzeugs festgelegt und konzipiert worden sind, werden die Teilsysteme, wie z. B. der Inkjet-Druckkopf und das Herstellungsrezept für die Elektronik und die Sensoren, entwickelt und als finaler Projektprototyp realisiert. Dieser Prototyp wird in kleinem bis mittleren Maßstab die Anwendung von gedruckten Dünnfilmschichten auf verschiedene 3D-Komponenten demonstrieren, um seine Funktionsfähigkeit zu prüfen. Um die Nutzungsmöglichkeiten des vollständigen Fertigungssystems aufzuzeigen, sind Demonstratoren zu erarbeiten und technisch zu validieren. Im Anschluss werden die Demonstratoren hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit sowie Effizienz und Nachhaltigkeit im Betrieb analysiert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die gedruckten smarten Elemente werden zu Demonstrations- und Validierungszwecken in ein Elektro-Nutzfahrzeug sowie in eine Brennstoffzellen-Einheit integriert. Die Fähigkeiten des Fertigungswerkzeugs können auf weitere Anwendungsbereiche übertragen werden, z. B. auf den Schienenverkehr und die Gebäudetechnik. Es ist geplant, an Konferenzen teilzunehmen und wissenschaftliche Berichte und Besuche auf Messen mit Ausstellung von Prototypen zu organisieren. Durch die multidisziplinäre und transnationale Kompetenz mit deutschen und portugiesischen Partnern aus den Bereichen Robotik, Inkjet-Drucktechnologie, Elektronik sowie Automobil- und Maschinenbau kann das Innovationspotenzial dieser Technologie international erhöht werden.

• ARI Motors GmbH
• Automationstechnik Schüller GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein