Additive Fertigung Effizientere Herstellung elektrischer Strukturen aus dem 3D-Drucker

Redakteur: Beate Christmann

Forscher der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm wollen die additive Fertigung von elektrischen Baugruppen effizienter gestalten. Bisher mussten die aus Tinten mit metallischen Nanopartikeln gedruckten Strukturen thermisch nachbehandelt werden. Durch alternative Trocknungs- und Verdichtungsverfahren soll dieser Prozess beschleunigt und wirtschaftlicher gestalten werden.

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Leiterbahnen für elektrische Baugruppen additiv zu fertigen ist schon seit geraumer Zeit möglich. Im Forschungsprojekt A-Verdi arbeiten Wissenschaftler der TH Nürnberg nun daran, den Herstellungsprozess wirtschaftlicher zu gestalten.
Leiterbahnen für elektrische Baugruppen additiv zu fertigen ist schon seit geraumer Zeit möglich. Im Forschungsprojekt A-Verdi arbeiten Wissenschaftler der TH Nürnberg nun daran, den Herstellungsprozess wirtschaftlicher zu gestalten.
(Bild: TH Nürnberg)

In der Industrie werden immer mehr Bauteile additiv gefertigt. Auch der Druck elektronischer Baugruppen für technische Geräte ist seit geraumer Zeit möglich – jedoch ist das Verfahren immer noch sehr zeit- und kostenintensiv. Wissenschaftler der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm wollen die additive Fertigung im Speziellen von gedruckten Leiterbahnen effizienter gestalten. Im Rahmen des Forschungsprojekts A-Verdi suchen sie nach alternativen Trocknungs- und Verdichtungsverfahren für die genutzten Tinten.

Trocknen und Verdichten sorgen für elektrische Leitfähigkeit

„Das Trocknen und das Verdichten sind zwei essentielle Prozessschritte, um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit sowie eine gute Haftfestigkeit gedruckter Leiterbahnen auf polymeren Substraten zu ermöglichen“, erklärt Prof. Dr. Marcus Reichenberger vom Institut für Chemie, Material- und Produktentwicklung der TH Nürnberg.

Die Tinten für den digitalen Druck sind demnach mit metallischen Nanopartikeln gefüllt. Sie werden in Form von Leiterbahnen auf die entsprechenden Trägerwerkstoffe aufgetragen. Die aufgebrachten Strukturen haben zunächst jedoch noch nicht die gewünschten elektrischen Eigenschaften. Erst durch die thermische Nachbehandlung werden die gedruckten Strukturen elektrisch leitfähig.

Derzeit erfolge das Trocknen und Sintern durch einen thermischen Prozess über Konvektion, erklärt Prof. Reichenberg die Ausgangssituation. Durch den hohen Energieeinsatz, die hohe thermische Belastung und eine lange Prozessdauer sei dieses Verfahren allerdings nicht wirtschaftlich und für viele polymere Substrate ungeeignet.

Zeit- und Kostenersparnis als Ziel

Das Ziel des Forschungsprojekts A-Verdi ist die Reduzierung der Prozesszeit und damit die kostengünstige Fertigung von gedruckter Elektronik. Zusätzlich soll das Materialspektrum erweitert werden, um damit neue Fertigungstechnologien für spritzgegossene Schaltungsträger und Chipkarten zu generieren. „Basierend auf den neu gewonnenen Erkenntnissen entwickeln wir alternative photonische Verdichtungstechnologien weiter“, erklärt Prof. Reichenberger. Beispielsweise setzen sie zur Verdichtung der Tinte eine selektive Laserbestrahlung ein.

Zusammenschluss aus Wirtschaft und Forschung

An dem Projekt arbeitet Prof. Reichenberger gemeinsam mit Alexander Hensel vom Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und mehreren Partnern aus der Industrie: Adphos Digital Printing, Clariant Produkte (Deutschland), Dr. Hönle, GSB-Wahl, Zollner Elektronik sowie Netzwerk Nano-Ink. Das Projekt der Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

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