Online-Überwachung von Fertigungsprozessen KI-gesteuerte Qualitätssicherung für 3D-gedruckte Elektronik

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Neotech AMT und die Universität Hamburg implementieren ein kamerabasiertes Qualitätsüberwachungssystem mit automatischer Fehlerkorrektur für additiv gefertigte Objekte mit integrierter Elektronik. Das AQS-System erfasst und klassifiziert den Fertigungsprozess und korrigiert Bearbeitungsfehler automatisch und typabhängig.

Eine funktionierende Qualitätssicherung ist entscheidend für die Fertigung elektronischer Bauteile – gerade bei 3D-gedruckter Elektronik. Forscher der TAMS-Gruppe der Universität Hamburg haben sich zusammen mit Neotech AMT dieser Problematik in dem Forschungsprojekt KamEI angenommen. Das Ergebnis ist eine automatisierte Qualitätssicherung (AQS), mit der die Fertigungsprozesse online überwacht werden können. Das AQS-System wurde erfolgreich in die 5-Achs-Fertigungszelle von Neotech AMT implementiert.

Das AQS-System erfasst und klassifiziert den Fertigungsprozess und korrigiert Bearbeitungsfehler automatisch und typabhängig. Dazu erfasst ein Bildverarbeitungssystem die gedruckten elektrischen Strukturen im 3D-Raum, wobei die Bilder zusammengesetzt werden und Verzerrungen sowie Tiefenschärfeelemente kompensiert werden. Die gedruckten Leiterbahnen werden dann mithilfe von neuronalen Netzen erkannt, um auf potenzielle Fehler wie Leitungsunterbrechungen, Kurzschlüsse und geometrische Fehler in Breite und Dicke zu prüfen.

Drei Optionen für ein geschlossenes System

Wird ein Fehler erkannt, wählt das System eine von drei Optionen, die ausgeführt werden können: automatische Korrektur, Korrektur mit Bedienereingabe oder Ablehnung des Teils (Druckabbruch). Mit dieser Rückmeldung wird der Druckprozess der Leiterbahnen zu einem geschlossenen System. Zudem können die vom System erzeugten Daten zur Dokumentation archiviert werden. So kann ein Beitrag zur Unterstützung von Zertifizierungsprozessen in kritischen Anwendungen geleistet werden.

Dr. Martin Hedges, Geschäftsführer von Neotech AMT, sagt: „Diese spannende Entwicklung ebnet den Weg für eine garantierte Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit bei ‚Fully Additive‘ 3D-gedruckter Elektronik und erhöht gleichzeitig die Produktausbeute. Das Risiko, dass Defekte erst nach langwierigen Herstellungsprozessen entdeckt werden. Gleichzeitig senkt die Autokorrektur Ausbeuteverluste auf ein absolutes Minimum.“

Daniel Ahlers von der Universität Hamburg sagt: „Dieses Projekt ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem geschlossenen Regelkreis für hybride Fertigungsprozesse. Das entwickelte System arbeitet mit einer Vielzahl von Substrattypen und besitzt eine Erkennungsgenauigkeit von über 99 Prozent, selbst bei begrenzten Trainingsdaten. Eine erfolgreiche aktive Prozessüberwachung ist ein zentraler Aspekt, um eine zuverlässige und skalierbare Herstellung von hochintegrierten, intelligenten Produkten zu ermöglichen.“

Das Projekt, gefördert durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), startete im September 2020. (me)

Weitere Informationen zum Projekt KamEl

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