3D-Druck leitfähiger Strukturen Additives Verfahren für elektronische Komponenten entwickelt

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Werden elektronische Teile heute mittels 3D-Druck produziert, kommt ein zweistufiger Prozess zum Einsatz. Ein neues Verfahren der TH Köln verspricht dies einfacher, schneller und kostengünstiger zu gestalten. Es nutzt die vorhandene Prozesswärme des FDM-Druckers gleichzeitig zur Materialsinterung der leitfähigen Strukturen.

Schematischer Aufbau der Dosiervorrichtung: Die neuartige Methode kombiniert die additive Fertigung mit der thermischen Nachbehandlung.
Schematischer Aufbau der Dosiervorrichtung: Die neuartige Methode kombiniert die additive Fertigung mit der thermischen Nachbehandlung.
(Bild: TH Köln)

Um elektronische Komponenten mit Hilfe von 3D-Druckern herzustellen, wird im herkömmlichen Verfahren zunächst ein nichtleitendes Trägerbauteil erzeugt und anschließend mit einer dünnen Struktur, zum Beispiel einer speziellen Tinte oder einem Klebstoff, versehen. Diese muss in einem weiteren Schritt bei etwa 200 Grad gesintert – also thermisch nachbehandelt – werden, damit sie elektrisch leitfähig wird. Jedoch sind die für die Sinterung benötigten Geräte und Anlagen sehr teuer und es besteht die Gefahr, dass sich das Bauteil durch die nachgelagerte Behandlung verformt. Ein interdisziplinäres Team der TH Köln hat nun ein einstufiges Herstellungsverfahren mit einer dazugehörigen Vorrichtung konzipiert und beides zum Patent angemeldet.

Beispielhafter Aufbau einer leitfähigen Struktur, die mit einem ersten Prototyp hergestellt wurde.
Beispielhafter Aufbau einer leitfähigen Struktur, die mit einem ersten Prototyp hergestellt wurde.
(Bild: TH Köln)

Wie die TH Köln mitteilt, kombiniert die neuartige Methode die additive Fertigung mit der thermischen Nachbehandlung. Dabei wird die beim FDM-3D-Druck ohnehin schon vorhandene Prozesswärme zur Materialsinterung der leitfähigen Strukturen genutzt. Hardwareseitig wurde neben dem Extruder des 3D-Druckers ein Dosiersystem angebracht, dessen Kartusche mit Silberleitklebstoff gefüllt ist. Nach Angaben der TH Köln läuft der Druckprozess so ab: Der Silberleitklebstoff wird mit einer Dosiernadel in die gedruckten Filamentschichten integriert, sodass eine leitfähige Struktur entsteht. Die Spitze des Nadeldispensers liegt dabei unmittelbar in der Nähe der Extruderdüse des Druckers, aus dem das Filament kommt. So kann der Klebstoff die Wärme des geschmolzenen Filaments nutzen und wird beim Verlassen der Dosiernadel gesintert.

Obwohl sich das verwendete System noch in der Entwurfsphase befindet, sollen mit ihm bereits komplexe Geometrien von Bauteilen mit zusätzlichen elektrischen Funktionen hergestellt worden sein, wie beispielsweise Antennen oder Leitungen für die Hochfrequenztechnik. Im Projekt „InteSint-3D“ will die TH Köln den Vorrichtungs-Prototyp weiterentwickeln, um reproduzierbare Ergebnisse von hoher Qualität zu erhalten. Auch die Dosierparameter und das leitfähige Material werden optimiert, heißt es.

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