Projekte

MultiMat3D

(Entwicklung von Methoden zur Prozessoptimierung) KOVAR-Pastenherstellung

Programm: PDA Forschung für Produktion
Bekanntmachung: Additive Fertigung - Individualisierte Produkte, komplexe Massenprodukte, innovative Materialien (ProMat_3D)
Wettbewerb: Additive Fertigung - Individualisierte Produkte, komplexe Massenprodukte, innovative Materialien (ProMat_3D)

Kurzbeschreibung:
Werkstoffverbünde aus Keramik und Metall sind für die Funktionsintegration vieler elektronischer Baugruppen von großer Bedeutung. Ziel des Forschungsprojekts MultiMat3D ist die Entwicklung eines dreidimensionalen Siebdruckverfahrens für die industrielle Herstellung von Hybridbauteilen an den Beispielen Spule, Wärmesenke und HF-Rahmen. Der Wegfall von Prozessschritten lässt Kostenvorteile von bis zu 20 Prozent und eine höhere Qualität erwarten.

Projektdauer: 01.10.2016 − 30.09.2019

Projektkoordinator:
Franz Bechtold
VIA electronic GmbH
Telefon: +49 36601 81529
E-Mail: bechtold@via-electronic.de

Ansprechpartner bei PTKA:
Dipl.-Ing. Ulf Zanger
Telefon: +49 721 608-25296
E-Mail: ulf.zanger@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemlage
Werkstoffverbünde aus Keramik und Metall sind für die Funktionsintegration vieler elektronischer Baugruppen von großer Bedeutung. Beispiele sind robuste elektronische Komponenten für Hochfrequenz- und Sensorikanwendungen, wie Abstandssensoren in der Automobilindustrie. Die Herstellung von Hybridbauteilen aus Keramik und Metall mit additiver Fertigung ist eine schwierige und noch nicht zufriedenstellend gelöste Aufgabe. Die Produktion komplexer und filigraner Bauteilstrukturen sowie notwendige Materialkombinationen und die Verarbeitbarkeit spröder bzw. harter Werkstoffe hemmen bislang den industriellen Einsatz.

Zielstellung
Ziel des Forschungsprojekts MultiMat3D ist die Entwicklung eines 3D-Multimaterial-Siebdruckverfahrens für die industrielle Herstellung von Hybridbauteilen aus Keramik und Metall. Das Verfahren wird bei breiter Materialauswahl die Herstellung komplexer innerer Strukturen und Hohlräume mit Genauigkeit im Mikrometerbereich zulassen. Zusätzlich soll durch den angestrebten flexiblen Design- und Materialwechsel eine wirtschaftliche industrielle Anwendung ermöglicht werden.

Vorgehensweise
Hierfür werden das bestehende 3D-Siebdruckverfahren und die Palette der verwendeten Pasten erweitert, um die notwendige Flexibilität, Stabilität und Automatisierung zu erhalten. Dazu wird ein Prüfstand für das Einsatzverhalten der Drucksiebe aufgebaut. Parallel dazu wird unter Verwendung numerischer Modelle sowohl für den 3D-Siebdruckprozess als auch für die Weiterverarbeitung durch Sintern eine neue Methode der Prozessanpassung und Optimierung entwickelt. Diese schließt das fertigungsgerechte Design ein. Alle Ergebnisse fließen in neue Konstruktionsrichtlinien sowie in ein Konzept für die industrielle Anwendung ein. Als Produktdemonstratoren dienen auf Keramik gedruckte und gesinterte Silberspulen sowie additiv gefertigte Wärmesenken und Rahmen für elektronische Baugruppen.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die additive Fertigung von Werkstoffverbünden aus Keramik und Metall und deren Strukturierung im Siebdruckverfahren ermöglicht neue Fertigungskonzepte und erlaubt schnelle Bauteildesignwechsel. Durch den Wegfall von Prozessschritten ergeben sich Kostenvorteile von bis zu 20 Prozent bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität. Die Integration neuer Funktionen und die Miniaturisierung der Bauteile ermöglichen die Herstellung neuer und leistungsfähiger Produkte, wie Kommunikations- und Messgeräte für die Raumfahrt und die Medizintechnik.

Publikationen

Deutschland druckt dreidimensional
Erscheinungsjahr: 2019
Beschreibung: Von der Hüftprothese über Windflügel bis zu Flugzeugturbinen – die Vielfalt an möglichen Anwendungen des industriellen 3D-Drucks ist beinahe grenzenlos. Jedoch stecken die Technologien für die sogenannte additive Fertigung vielfach noch in den Kinderschuhen. Die in der Broschüre vorgestellten Forschungsaktivitäten basieren auf den beiden Rahmenprogrammen „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ und „Vom Material zur Innovation“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Als Projektergebnisse werden neue Methoden, Werkzeuge, Verfahren, Anlagen, Materialien, Richtlinien, Leitfäden und Konzepte für die industrielle Einführung der additiven Fertigung erarbeitet. Die Erprobung der Ergebnisse erfolgt an konkreten Demonstratoren in Pilotbereichen mit Referenzcharakter. Die Möglichkeiten der internationalen Kooperation werden ebenfalls dargestellt. Die Broschüre kann auch über den Publikationsversand des BMBF bestellt werden, Bestell-Nr.: 31357.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Susanne Zbornik

+49 (0)721 608-25281
susanne.zbornik@kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu