Eine fortschrittliche Fertigungsplattform für 3D-Mehrschichtmaterialien
Die Fertigung multifunktioneller Mikrosysteme ist derzeit kostenintensiv, die Systeme weisen lange Durchlaufzeiten auf und diese sind auf komplizierte Maschinen angewiesen. Insbesondere bei kleinen Chargen sind die Produktionskosten für viele kleine und mittlere Unternehmen (KMU) untragbar. Im Zuge des EU-finanzierten Projekts SMARTLAM (Smart production of microsystems based on laminated polymer films) wurden neue Materialeigenschaften mit hochmodernen, skalierbaren 3D-Fertigungstechniken wie bspw. der Aerosol-Tintendrucktechnik kombiniert. Als Ergebnis wird zum ersten Mal überhaupt Mikrofräsen, Mikroschweißen, Mikroschneiden, Mikrostrukturierung und Oberflächenfunktionalisierung sowie Mikropositionierung in einer Maschine vereint. Das integrierte Konzept für die 3D-Konstruktion und -Fertigung (3D-I) wird eine wissensbasierte Plattform bieten, um Konstrukteure von Anfang bis Ende zu unterstützen. Die Plattform kombiniert Beschichtungstechnologien, die durch Rapid-Prototyping gewonnen wurden, mit der Handhabung einzelner Teile, die nicht durch gedruckte oder nanostrukturierte Folien ersetzt werden können. Sie enthält außerdem fortschrittliche Oberflächen- und Strukturierungstechnologien, die im Mikro- und Nanomaßstab implementiert wurden. Durch SMARTLAM werden die funktionsbasierten Herstellungsschritte mit den erforderlichen Möglichkeiten der Prozesskette verbunden. Im Rahmenprogramm des Projekts sind ebenfalls eine umfassende Datenbank zu Materialeigenschaften, zur Kosteneinschätzung und zu den Fertigungsparametern beinhaltet. Hierdurch wird eine sehr spezifische Fertigungsplanung ermöglicht, bei der von Beginn des Konstruktionsverfahrens an eine optimale Prozesskette ausgewählt werden kann. KMU, potentielle Kunden aus den Bereichen Beleuchtungsanwendungen und Bioanalyse, bewerteten zwei Demonstrationssysteme. Bei dem ersten System handelt es sich um ein flexibles LED-Modul mit strukturierten Leiterbahnen und bei dem zweiten System handelt es sich um einen Mikrofluidik-Chip, der Mikrokanäle und Elektroden für die Flüssigkeitsanalyse beinhaltet. Im Zuge von SMARTLAM wurden neue Maßstäbe in Bezug auf die Verfahrensintegrierung im Bereich des schnellen Prototypenbaus für 3D-Mikroprodukte geschaffen. Das Projekt zeigte, wie angepasste Produkte von morgen wie bspw. funktionelle Mikrogeräte, die auf Polymerfolienstapeln basieren, zu geringen Kosten gefertigt werden können. Der vorgeschlagene Ansatz adressiert die Fertigung kleiner und mittelgroßer Mikrokomponentenreihen. Dies steht in einem Gegensatz zur Roll-to-Roll-Fertigung, die auf eine Herstellung mit hohem Durchsatz flexibler ausgedruckter Geräte für die Verwendung im Bereich der Verbraucherelektronik, in Flachbildschirmen oder im Bereich der organischen Photovoltaiktechnik ausgerichtet ist. Die Implementierung der 3D-I-SMARTLAM-Plattform und -Technologien könnte wichtige Vorteile mit sich bringen. Hierzu zählen unter anderem eine schnellere Produktentwicklung und Maßstabsvergrößerungen für in Kleinserien wie auch für in Massen produzierte Teile, eine hochgenaue Inspektion und Toleranzeinhaltung für mittelgroße Chargen sowie bedeutende Energieeinsparungen. Insgesamt könnte die Plattform Innovationen vereinfachen, neue Märkte erschließen und zur Entwicklung neuer Geschäftsmodelle beitragen.
Schlüsselbegriffe
Intelligente Herstellung, Mikrosysteme, Fertigungsplattform, SMARTLAM, 3D-Fertigung
