Additive Fertigung zur Herstellung elektronischer Baugruppen

Elektronische Baugruppen sind Bestandteile in vielen Anwendungsbereichen. Um den steigenden Bedarf zu decken, nutzt die Industrie die additive Fertigung zur Herstellung der mechatronischen Module.

Im Institut für Chemie, Material- und Produktentwicklung entwickelt das Forschungsteam um Prof. Dr.-Ing. Marcus Reichenberger alternative Ansätze zur Herstellung der gedruckten Baugruppen. Das Ziel ist eine wirtschaftliche und flexible Serienproduktion. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt mit 750.000 Euro.

Nürnberg, 28. November 2017. Die additive Fertigung ist schnell, unkompliziert und es können unterschiedliche Materialien auf verschiedenste Oberflächen gedruckt werden. Die Möglichkeit, auch elektronische Baugruppen für technische Geräte additiv unter Nutzung von Drucktechnologien zu fertigen, eröffnet neue Chancen.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Chemie, Material- und Produktentwicklung der TH Nürnberg entwickeln im Forschungsprojekt „MecDruForm“ (Mechatronische Module durch Drucken und Hochdruckumformen) alternative Ansätze zur Herstellung dreidimensionaler und multifunktionaler elektronischer Baugruppen.

Im digitalen Zeitalter und durch die zunehmende Vernetzung vieler Lebensbereiche sind elektronische Baugruppen aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Der Bedarf an miniaturisierten und hochintegrierten mechatronischen Modulen steigt immer weiter an. Seit einigen Jahren werden dazu immer häufiger räumliche, spritzgegossene Schaltungsträger (MIDs) verwendet.

Diese Schaltungsträger, spritzgegossene Kunststoffbauteile mit metallischen Leiterbahnen, können neben den elektrischen auch mechanische, thermische oder optische Funktionen erfüllen. Prof. Dr.-Ing. Marcus Reichenberger vom Institut für Chemie, Material- und Produktentwicklung forscht mit seinem Team an der Weiterentwicklung dieser Technik.

„Die industriell etablierten Verfahren haben einige technische Nachteile bei der Verarbeitung“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Marcus Reichenberger. „Sie sind meist kompliziert, teuer und wenig flexibel. Da Sondermaschinen die erforderlichen elektronischen Bauteile auf die Oberflächen auftragen, macht das den Prozess langsam und teuer.“

Das Forschungsprojekt „MecDruForm“ entwickelt neue technologische Ansätze. Durch den Einsatz von Drucktechnologien auf flexiblen Schaltungsträgern kann das Leiterbild prozesssicher, wirtschaftlich und variantenflexibel erzeugt werden. Ebenso können die Bauteile im ebenen Zustand schnell und kostengünstig appliziert werden. Das stellt eine wirtschaftlich attraktive Alternative zu den etablierten Montageverfahren von MIDs dar.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bringen die so elektrisch funktionalisierten Kunststofffolien mittels thermischer Verformung in die dreidimensionale Form. Die umgeformten Baugruppen verstärken sie durch das Hinterspritzen mit Kunststoff. Durch die Auswahl geeigneter Umspritzwerkstoffe können die mechatronischen Module, neben den mechanischen, auch thermische oder optische Funktionen erfüllen.

Durch umfassende Untersuchungen von Materialien, Einflussfaktoren, Verfahrensvarianten und Prozessparametern erarbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue Kenntnisse für die alternative Herstellung von MIDs. „Durch diese innovative Herstellungsmethode ermöglichen wir zukünftig eine wirtschaftlichere und flexiblere Serienproduktion von mechatronischen Baugruppen auf Kunststoffbasis“, so Prof. Dr.-Ing. Marcus Reichenberger.

„Die additive Fertigung hat ein großes technologisches und wirtschaftliches Zukunftspotenzial. Die Realisierung des Forschungsprojekts „MecDruForm“ ist für die TH Nürnberg ein weiterer Beitrag zur Entwicklung innovativer Technologien in der Metropolregion Nürnberg“, so Prof. Dr. Michael Braun, Präsident der TH Nürnberg.

Im Forschungsprojekt kooperiert die TH Nürnberg mit der Hochschule Hof, der Micro Systems Engineering GmbH und der RF Plast GmbH. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt im Rahmen des Programms „Forschung an Fachhochschulen“ mit 750.000 Euro.

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