Mehr drin! Elektronische Funktionen per 3D-Druck ins Teil bringen

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

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Auf der Formnext 2025 stellt das Fraunhofer IWU die neueste Generation des WEAM-Werkzeugs (Wire Encapsulating Additive Manufacturing) vor. Lesen Sie hier, was das kann ...

Der entscheidende Vorteil bei WEAM, sagen die Fraunhofer-Forscher liegt in der präzisen Steuerung der elektrischen Eigenschaften durch die Wahl der Legierung und des Leiterdurchmessers sowie des Leiterbahnlayouts in Kombination mit einem endlos rotierenden Werkzeug. Damit lassen sich dann Leistungs- und Datenleitungen, Sensorsysteme für Annäherung, Belastung, Füllstände, Temperatur oder auch Abschirmungen im Sinne der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) direkt auf bestehende Bauteile applizieren, oder durch nachfolgende Prozesse unsichtbar integrieren. Auf der Formnext präsentiert das IWU dann auch gleich einen serienreifen, in die Anlage des Herstellers CR3D integrierten WEAM-Druckkopf. An vier Beispielen demonstriere das Team um Lukas Boxberger den industriellen Nutzen von WEAM.

Ein robustes Radom wird per WEAM möglich

Dabei geht es auch um die Wortschöpfung Radom, eine Kombination aus Radar und Dom (Kuppel). Darunter versteht man eine wetterfeste, strukturelle Schutzhülle, die eine Antenne umgibt und diese vor äußeren Einflüssen schützt. Sie ist so gleichzeitig für Radiowellen durchlässig. Das Ganze muss für einen zuverlässigen Betrieb von Radar- und Sensorsystemen bei extremen Witterungsbedingungen auch noch eisfrei bleiben. Bisherige Möglichkeiten nutzten Heizfolien oder per Ultraschall eingebettete Drähte, die aber nur moderate Umformungen aushalten und so die Designfreiheit beeinträchtigten. Als Demonstrator brachte das IWU nun für den Automobilzulieferer Nissha im WEAM-Verfahren die Heizleiter direkt auf einer Folie auf, die anschließend umgeformt und in das Bauteil integriert wurde. Für das WEAM-Verfahren spriche dabei, dass der Draht selbst nach dem Hinterspritzen exakt an seiner Position bleibe – es würde weder zu Funktionsverlusten kommen, noch bestehe die Gefahr der Delamination (Ablösung). Der Materialverbrauch sei gering und dennoch könne recht hoch geheizt werden. Die so integrierten Heizdrähte könnten in batterieelektrischen Fahrzeugen dann die Enteisung vornehmen und dabei die Reichweite nicht einschränken. Auch als Sitzheizung kann man sich das vorstellen. Denkbar ist auch die Enteisung von Drohnen oder Flugzeugen.

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Die flexible Alternative zu Leiterbahnen aus Tinten oder Pasten

Mit WEAM ist es außerdem möglich, auf eine nur 0,1 Millimeter dünnen thermoplastischen Polyurethanfolie (TPU) komplexe Leitungslayouts zu drucken. Die Leiterbahnen könnten vollständig oder auch nur partiell ,mit Kunststoff ummantelt sein – je nach elektrischer Anforderung (etwa Durchschlagfestigkeit). An den Kontaktstellen kann der Mantel weggelassen werden, heißt es weiter. Leitungen dürften sich sogar kreuzen, ohne einen Kurzschluss befürchten zu müssen. TPU kombiniert bekanntlich die Eigenschaften von termoplastischen Kunststoff (etwa gute Umformbarkeit) und die chemische Beständigkeit mit denen Elastomeren, also Gummiwerkstoffen. Derartig hergestellte Platinen vertragen, wie die Forscher betonen, ein sehr hohes Maß an dreidimensionaler Verformung, bei der herkömmliche Flex- respektive Strech-Platinen mit tinten-, pasten- oder pulverbasierten Leiterbahnen bereits versagen.

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