Impulse für die dritte Dimension – ELEKTRONIKPRAXIS-Forum zur gedruckten Elektronik

Der 3D-Druck von Elektronik eröffnen völlig neue Möglichkeiten, mehrdimensionale Konzepte für das Prototyping und die Herstellung von Kleinserien effizient umzusetzen. Viele Informationen und Impulse dazu bot das „1. Praxisforum 3D-gedruckte Elektronik“ am 28. September 2017 mit neun Referenten und 70 Teilnehmerinnen und Teilnehmern. Veranstalter war die ELEKTRONIKPRAXIS-Akademie in Würzburg.

Durchbruch für neue Lösungen

GED-Geschäftsführer Hanno Platz auf dem ELEKTRONIKPRAXIS-Forum zur gedruckten Elektronik 2017

GED-Geschäftsführer Hanno Platz erläutert die Vorteile und Potenziale des Multimaterialdrucks (Bild: ELEKTRONIKPRAXIS)

Hanno Platz, GED-Geschäftsführer und Initiator des FED-Arbeitskreises 3D-Elektronik, betonte in seinem Vortrag die revolutionäre Bedeutung der neuen Printing-Technologien. Sie seien eine wesentliche Antwort auf die Anforderungen etwa des Internets der Dinge und der Industrie 4.0. Dazu zählen Miniaturisierung, Individualisierung, integrierte Sensorik und schnelle Fertigung ohne spezielle Werkzeuge. Direkt vor Ort demonstrierte Hanno Platz live den Druckprozess mit einem 3D-Multimaterialdrucker des amerikanischen Start-ups Voxel8. Platz zeigte die Integration von Komponenten wie Anschlüssen und Leiterbahnen in einem Bauteil. Das Voxel8-Gerät kombiniert das Fused Deposition Moulding-Verfahren (FDM) mit einem Dispenser für eine hochleitende Silberpaste für den Druck der leitenden Strukturen. Die eigens entwickelte Silbertinte hat eine 5.000-fach höhere Leitfähigkeit als die bisherigen leitenden Filamente.

Keramik, Nanomaterialien und mehr: Innovationsschübe für 3D

Multimaterialdrucker von GED auf dem ELEKTRONIKPRAXIS-Forum zur gedruckten Elektronik 2017

Ein Highlight des Forums: GED demonstriert den 3D-Multimaterialdrucker von Voxel8 (Bild: ELEKTRONIKPRAXIS)

Auf der Veranstaltung wurde eine ganze Reihe 3D-Drucktechnologien vorgestellt, die beispielsweise auch in Richtung Keramik und andere Materialien gehen. Dabei sind in den  Bereichen „3D-Druck“ und „3D-Elektronik“ in letzter Zeit nicht nur eine Vielzahl neuer Verfahren, Materialien und Lösungen entstanden. Hinzu kommen  wegweisende Ergebnisse der Materialforschung, zum Beispiel mit Nanomaterialien, die neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnen. So gibt es aus dem riesigen Wachstumsbereich der „organischen Elektronik“ High-Tech-Materialien, die sich per Siebdruck oder Dispenserverfahren applizieren lassen. So können leitende und halbleitende Nanomaterialien kombiniert werden, um neuartige Sensoren sehr preisgünstig herzustellen.

Diese Materialien werden in neuen Fertigungssystemen intgriert und finden jetzt auch Einsatz im Bereich der additiven Leiterplattenfertigung. So präsentierte die israelische Firma Nano Dimension Ltd. einen neuen Leiterplattendrucker, der innerhalb von fünf Stunden eine HDI Multilayerplatte mit zehn Lagen und Strukturen von 100µm herstellen kann. Die gedruckten Muster sind natürlich auch reflow lötbar.

Verschiedene deutsche Leiterplattenhersteller planen bereits, den 3D-Druck für die Serienfertigung einzusetzen. Sie haben 3D-Drucker im Testbetrieb, um damit Lötstopplack für µBGA hochpräzise aufbringen zu können – mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern. Der Druckvorgang für ein Panel benötigt dank einer Vielzahl von parallel arbeitenden Düsen nur gut 50 Sekunden. Die Geräte können aber auch leitende Silbermaterialien applizieren und das sogar auf Glasoberflächen. Was damit alles möglich ist, kann man sich heute noch kaum vorstellen.

Zukunftstrend Bio-Elektronik

Ein weiterer Treiber der 3D-Elektronik ist die „Wearable Technology“. Darunter versteht man alles, was am Körper an Elektronik getragen werden kann. Dazu zählen nicht nur Freizeitartikel  wie intelligente Sportschuhe, sondern auch deutlich komplexere Medizinanwendungen. Hier gibt es aktuell eine Vielzahl an interessanten Forschungs- und Entwicklungsprojekten. GED beteiligt sich ab Anfang 2018 an einem Forschungsprojekt für Medizinprodukte auf Basis von Wearable Elektronik und ist im Konsortium für die Entwicklung der Elektronik und der Embedded Software maßgeblich zuständig.

Die Forums-Referenten waren sich einig: Der Druck dreidimensionaler Elektronik steht noch am Anfang, noch sind Probleme wie Serienfertigung und die Steigerung der Zuverlässigkeit etwa in Automotiveanwendungen zu lösen. Aber die neuen Verfahren werden schon in Kürze rapide an Bedeutung gewinnen und die Fertigung stark beschleunigen und verändern.

 

Grundlagen und spannende Zukunftsperspektiven des 3D-Multimaterialdrucks hat Hanno Platz in einem Beitrag für die Juni-Ausgabe 2017 der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS beschrieben. Lesen Sie hier den Artikel!

Einen Gesamtbericht zum Praxisforum finden Sie hier. Das 2. Praxisforum 3D-Gedruckte Elektronik findet am 26. September 2018 statt.

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