Forum 3D gedruckte Elektronik & Funktionalität

MITTWOCH, 6. JUNI 2018

Ort: CongressCenter, 1. OG, Raum H. Erhardt

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08:30 - 09:30
Check-In
09:30 - 09:35
Begrüßung Carl-Zeiss Saal
09:35 - 10:30

Die Leistungsdichte in der Formel 1 ist sehr hoch. Über Sieg oder Niederlage entscheiden nur Bruchteile einer Sekunde.

Während 7 Tagen werden rund um die Uhr mit modernsten Materialien geforscht und Prozesse entwickelt. Nur so können wir mit dem notwendigen Pensum mit der Technikentwicklung mitgehen und sogar eigene Trends setzen.

Das Sauber F1 Team setzt daher in der aerodynamischen Entwicklung sowie auf der Rennstrecke auf die additive Fertigung.

Auf diesem Weg werden so täglich bis zu 300 Teile für den Einsatz im Windkanal und am F1-Fahrzeug sowie für Drittkunden gefertigt. Hierbei handelt es sich nicht nur Prototypenteile sondern auch um Vorrichtungen, Lehren oder sonstige Werkzeuge und industrielle Kleinserienteile.

Zum Einsatz kommen hier grossvolumige SLA und SLS Maschinen mit eigens für unsere Anwendungsbedürfnisse entwickelten Hochleistungsmaterialien.

Um den maximalen Output und minimale Lieferzeiten gewährleisten zu können, wird der gesamte additive Fertigungsbereich inklusive Vor - und Nachbereitung im 24/7 Modus betrieben.

Unserer eigner Anspruch an Qualität ist vor allem durch reproduzierbare Ergebnisse im Windkanal angetrieben. Durch die Optimierung jeglicher Prozesse und Begleitprozesse wird nicht nur eine gleichbleibend hohe Qualität gewährleistet sondern auch eine sehr hohe Flexibilität geboten. Hiervon profitieren das interne und externe Geschäft gleichermassen.

Keynote 2
Scott Crump | Stratasys

Scott Crump is the Chief Innovation Officer of Stratasys, focused on leading and managing Innovation by originating and encouraging new ideas, which result in new solutions and products to market.

Mr. Crump is the inventor of Fused Deposition Technology (FDM) and a co-founder of Stratasys in his home garage along with his wife Lisa Crump. They shipped one system in the first commercial year and now Stratasys has over 200,000 3D Printers at customer sites.

In addition to creating the first 3D printer using FDM, which is 90% of the 3D printers used globally today, his focus is easy to use Additive Manufacturing products, not labor intense products; Including AM automation from front end quote engines, order taking, and slicing, queuing and automatic support removal. Also, including offering all the production grade thermal plastics and many of the thermal set plastics.

Mr. Crump served as the CEO, Chairman, and Treasurer of Stratasys from the 1988 start up through 2012.

He is on the Board of Directors and is currently serving as Chairman of the Executive Committee since February 2015.  Prior to that, he served as the Chairman of the Board since inception in 1988.

From 1982 to 1988, Mr. Crump was co-founder and Vice President of Sales of IDEA, Inc., a premier brand manufacturer of load and pressure transducers. Mr. Crump continued as a director and shareholder until its sale to Vishay Technologies, Inc. (NYSE: VSH) in April 2005.

Mr. Crump holds a B.S. in Mechanical Engineering from Washington State University and attended UCLA’s Business Management Development for Entrepreneurs.                 

10:30 - 10:45
Pause
Session 1
Moderation: Wolfgang Mildner, MSWtech
10:45 - 11:15

This Paper will review current developments that combine 3D printed electronics into 3D printed substrates to create full additively manufactured mechatronic systems.

A reconfigurable array of printing, pre- and post processing techniques are combined to enable 100% CAD driven printed electronics manufacturing. The resultant flexible process chain can be easily reconfigured to cope with rapid changes in product type whilst retaining the ability to be scaled through to high volume manufacture. In addition a review of current 3D printed systems, including antenna, heaters and sensors will be conducted.

Vortrag 1/1
Dr. Martin Hedges | Neotech AMT
11:15 - 11:45

Additive Fertigungstechnologien bieten das Potential, die Herausforderungen nach schnellen Reaktionszeiten und hoher Flexibilität bei kleinen Stückzahlen wirkungsvoll zu begegnen und somit die industrielle Produktion tiefgreifend zu verändern. In Kombination mit der Technolo-gie MID (Molded Interconnect Devices), die es ermöglicht durch partielle Metallisierung drei-dimensionale Schaltungsträger zu erstellen, können erstmals individuell gefertigte Bauteile mit elektronischen Komponenten direkt bestückt und somit elektrisch funktionalisiert werden. Durch diese Fusion kann der Funktionsumfang eines Bauteils deutlich vergrößert, die Integ-rationsdichte erhöht sowie die Zuverlässigkeit durch Einsparung von zusätzlichen Montage-schritten verbessert werden. Im Hinblick auf kleine Losgrößen ist die Kombination aus additi-ver Fertigung eines Grundkörpers und anschließender Beschichtung mittels eines laser-direkt-strukturierbaren Lacks (LDS-Lack) vorteilhaft, da die kostenintensive Spritzgussform eingespart wird. Durch die Berücksichtigung materialspezifischer Kennwerte, wie der Ober-flächenenergie und der damit einhergehenden Adhäsion des Lacks, kann die Technologie den Sprung von einer reinen Prototypen- hin zur Serientechnologie vollziehen.
Am Beispiel eines additiv gefertigten Füllrohres, wird exemplarisch skizziert, wie durch An-wendung der MID-Technologie, die elektrische Funktion einer kapazitiven Füllstandssensorik in das Bauteil integriert werden kann. Im Rahmen der Vorstellung werden die Potentiale der Technologie sowie konkrete Methoden der Prozessführung vorgestellt.

Vortrag 1/2
Thomas Mager | Fraunhofer IEM
11:45 - 13:30
Mittagspause und Besuch der Fachmesse
Session 2
Moderation: Wolfgang Mildner, MSWtech
13:30 - 14:00

Das Konzept des Internet der Dinge gewinnt zunehmend an Bedeutung im alltäglichen Leben. Immer mehr Produkte sind drahtlos mit dem Internet und anderen Smart Devices verbunden und können durch integrierte Sensoren und Aktoren ihre physische Umgebung erfassen und mit dieser interagieren. Der Entwurf solch hochintegrierter Baugruppen fördert die Weiterentwicklung von Technologien wie Mechatronisch Integrierte Baugruppen (3-D MID).

In diesem Vortrag wird eine Übersicht über klassische additive Fertigungsverfahren gegeben und beschrieben, wie diese mit gedruckter Elektronik kombiniert werden können, um 3-D MID herzustellen. Auf dem Markt existieren bereits erste Systeme für den additiven Aufbau verschiedener Materialien. So ermöglicht eine Anlage mit mehreren Inkjet-Druckköpfen die Erzeugung mehrlagiger Leiterplatten durch Auftragen elektrisch leitender und isolierender Tinten. Anhand eines 5-achsigen Produktionssystems wird gezeigt, wie verschiedene Fertigungsverfahren wie 3D-Druck, gedruckte Elektronik und Bestückung von SMT-Bauteilen in einer Maschine kombiniert eingesetzt werden können. 

Anhand aktueller Forschungsprojekte des Lehrstuhls im Bereich gedruckter Elektronik werden die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie verdeutlicht. Beispielsweise wird die Erzeugung von 3D-Funktionsstrukturen für Hochfrequenzanwendungen untersucht. Mit Hilfe digitaler Druckverfahren können völlig neuartige hochfrequenztechnische Funktionen realisiert werden, die durch herkömmliche ätztechnische Leiterplattenfertigung nicht realisierbar sind. Außerdem werden erste additiv hergestellte Antennen charakterisiert und mit Referenzantennen verglichen.

Vortrag 2/1
Markus Ankenbrand | FAU Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)

Markus Ankenbrand studierte Mechatronik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und ist dort seit 2016 am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik als wissenschaftlicher Mitarbeiter angestellt. In der Forschungsgruppe Elektronikproduktion beschäftigt er sich mit den Themenfeldern additive Fertigung und gedruckte Elektronik.

14:00 - 14:30

Am Beispiel eines für die Verwendung an einem Industrieroboter zu entwickelnden Greifers soll das Potential der additiven Fertigung ausgeschöpft und Mehrwert durch Funktions- und Sensorintegration sowie Leichtbau geschaffen werden. Neben dem kraftschlüssigen Greifen und Halten von Objekten bei gleichzeitiger Ermöglichung eines Formausgleiches zählen unter anderem die leichte Austauschbarkeit der Sensorik, der sensorisch erfasste Formausgleich durch die Kontaktflächen sowie die sensorisch zu erfassende Greifkontrolle zu den harten Anforderungskriterien im Lastenheft. Die geforderten 50.000 Greifzyklen sind dabei entweder über die Verwendung geeigneter Materialien unter Kombination verschiedener additiver Fertigungsmethoden anzustreben oder über eine entsprechende Austauschbarkeit der Kontaktflächen zu ermöglichen.
Für den Formausgleich beim Greifen soll durch Einsatz von abrollenden bzw. federnden Elementen (Gelenke) eine Beweglichkeit der Greifflächen um die Neutralstellung ermöglicht und über die zu integrierende Sensorik mit einer Auflösung von 0,05 Grad detektiert werden. Somit können Formungenauigkeiten der zu greifenden Elemente kompensiert und mit dem Ziel, die Elemente präzise abzulegen, über die Robotersteuerung ausgeglichen werden. Ein weiterer Schwerpunkt ist ein möglichst hoher Anteil an Integralbauweise, um Montageschritte einzusparen und eine möglichst kompakte Bauform zu realisieren. Neben der additiven Umsetzung der Formausgleichsfunktion sowie der Sensorintegration soll auch die Integration von elektrischen Leitungen in den metallischen Greifer-Grundkörper einen großen Beitrag dazu leisten. Weiterhin werden Grundlagen zur direkten Erzeugung sensorischer Elemente mittels Pastenextrusion bzw. Aerosoljetverfahren gelegt.

Vortrag 2/2
Richard Kordaß | Fraunhofer IWU

Ausbildung
Richard Kordaß studierte 2009 – 2014 Maschinenbau mit der Fachrichtung Angewandte Mechanik und Thermodynamik an der Technischen Universität in Chemnitz (B.Sc., M.Sc.).


Beruflicher Werdegang/ Tätigkeiten
Im Studium absolvierte Herr Kordaß ein Praktikum im Bereich Simulation Türsysteme bei der Brose GmbH & Co. KG in Hallstadt (bei Bamberg). Im Rahmen seiner Masterarbeit, welche er am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) am Institutsteil in Dresden in der Gruppe »Generative Fertigungsverfahren«  bearbeitete, erforschte er das Thema „Untersuchungen zum Eigenspannungs- und Verzugsverhalten beim Laserstrahlschmelzen“. Seit Mai 2015 arbeitet Herr Kordaß als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-IWU in Dresden. Nachdem er anfangs für Simulationen im Bereich Prozess und Anwendung tätig war, ist er inzwischen für die Akquisition, Planung und Durchführung von Forschungsprojekten im Zusammenhang mit der Strahlschmelztechnologie, insbesondere im Bereich Prozess- und Anwendungsentwicklung tätig.

Stationen
? angewandte Forschung: Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (seit 3 Jahren)

Veröffentlichungen
? Application of hybrid design for additive manufacturing of metals on the example of Project T.O.S.T. - combining topology optimization and lattice structures for structural lightweight designs, Presentation held at International Exhibition and Conference on the Next Generation of Manufacturing Technologies, 14.11. - 17.11.2017, Frankfurt am Main
? CAD-integrated modelling of lattice structures for additive manufacturing and property evaluation of generated specimens, Materials Science and Technology Conference and Exhibition (MS&T) 2017, Pittsburgh/Pa.
? CAD-integrierte Modellierung von Gitterstrukturen für Additive Fertigung, Gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik (KT) 15, 2017, Duisburg
? Konzeptentwicklung für generativ gefertigte Hochleistungs-Miniaturwärmeübertrager, Werkstoffwoche 2017, Dresden
? Entwicklung eines Systems zur kontaminationsfreien Multimaterialfertigung im Laser-Strahlschmelzen, Rapid.Tech Conference 14, 2017, Erfurt
? Patentanmeldung DE102016208196.9 „Verfahren und Vorrichtung zur generativen Herstellung von dreidimensionalen Verbundbauteilen“ 2016
? Approaches for structural simulation of additively manufactured metal parts, Fraunhofer Direct Digital Manufacturing Conference (DDMC) 2016, Berlin
? Skalierte strukturmechanische Simulation additiver Fertigungsverfahren, Simulationsforum "Schweißen und Wärmebehandlung" 2016, Weimar
? Numerical Simulation of Residual Stresses and Deformations in Laser Beam Melting, International Seminar Numerical Analysis of Weldability 2015, Graz

14:30 - 15:00

To meet a growing demand for rapid electronics development, Nano Dimension has developed an innovative additive manufacturing solution, the DragonFly 2020 Pro 3D Printer for electronics. This breakthrough, multi-material inkjet system, incorporates inherently incompatible nano silver with a polymer. This presentation will explain development work completed and challenges that were overcome in getting a nano silver inkjet ink and a polymer ink to work together. Issues of adhesion, conductivity, mechanical stability and repeatability of the process were all addressed and overcame in creating the world’s first 3D printed electronics solution, to create 3D circuitry that incorporates conductive and non-conductive materials, and rigid and flexible polymers. 3D printed objects produced on the DragonFly 2020 Pro include sensors, antennas, molded interconnect devices (MIDs), PCB and components with conductive geometries. This presentation will show real life applications demonstrating the many advantages of 3D printed electronics, including in-house rapid prototyping which takes designs from concept to prototype in hours, rather than weeks, as in the past. Business implications include faster time to market, improved efficiency, more innovative and agile hardware development cycles and completely new design geometries, that cannot be produced in any other way – which is game changing.

Vortrag 2/3
Udi Zamwel | Nano Dimension
15:00 - 15:30
Pause
Session 3
Moderation: Wolfgang Mildner, MSWtech
15:30 - 16:00

Additive Herstellungstechnologien (AM) haben die Entwicklung und die Herstellung von Produkten revolutioniert. Durch die Verwendung dieser Technologien ist es möglich kosteneffizient, problem- und anforderungsangepasst geringe Stückzahlen herzustellen. Unterschiedliche additive Herstellungstechnologien, wie beispielsweise „Fused Layer Modeling“ (FLM), ermöglichen die Herstellung von Multimaterialkomponenten innerhalb eines Herstellungsschritts. Dies wird erreicht durch die simultane Verwendung von verschiedenen Materialien.
Die beim FLM verwendeten Materialien können unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen. Zudem existieren Materialien die im Wellenlängenbereich typischer Sensor- und Kommunikationsanwendungen optisch transparent sind. Werden optische transparente und nicht transparente Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices kombiniert, so ist es möglich lichtführende Strukturen herzustellen, diese beinhalten alle Vorteile der additiven Herstellungsverfahren.
Die lichtführenden Strukturen können in komplexe Komponenten und Systeme wie beispielsweise einem Greifer eines Industrieroboters eingebettet werden. Hier kann beispielsweise der Greifer simultan mit zusätzlicher Sensor- und Kommunikationstechnik gedruckt werden.
In diesem Abstrakt werden erste Sensorkomponenten präsentiert. Diese sind mit dem FLM-Verfahren hergestellt worden und es werden Materialien mit unterschiedlichen Transmissionsverhalten verwendet. Zusätzlich werden erste Layout und Herstellungsrichtlinien zur Erstellung von lichtführenden Strukturen mit FLM vorgestellt.

Vortrag 3/1
Dr. Oliver Stübbe | Hochschule Ostwestfalen-Lippe

  • Ausbildung zum Kommunikationselektronik bei der Deutschen Telekom
  • Studium der Elektrotechnik mit Schwerpunkt Informationstechnik an der Universität Paderborn
  • Promotion zum Dr.-Ing. am Lehrstuhl Theoretische Elektrotechnik der Universität Paderborn

    • Thema: Modellierungsverfahren für die zeiteffiziente Simulation von optischen Verbindungen auf Leiterplattenebene

  • Angestellter bei der Fa. Siemens
  • Wissenschaftlicher Mitarbeiter im C-LAB, einer Forschungseinrichtung der Universität Paderborn und der Firma Siemens
  • Leitung des Optiklabors des C-LAB
  • Gruppenleiter der Gruppe Optical Engineering im C-LAB
  • 11.2012 Annahme des Rufs auf eine Professur an der Hochschule Ostwestfalen Lippe
  • Themenschwerpunkte:

    • Lehre: Photonik, Sensorik und Theorie elektromagnetischer Felder
    • Forschung: Sensorik und Optical Engineering für Sensorik und Kommunikationstechnik

16:00 - 16:30

Die Miniaturisierung chemischer und biologischer Analysegeräte (Lab-On-A-Chip) wird in den meisten Fällen durch aufwendige Bohr- und Ätzvorgänge realisiert. Sowohl mit Hilfe des DLP- (Digital Light Processing) als auch des SLA-Verfahrens (Stereolithographie) lassen sich Herstellungskosten und -Zeit senken.
Hinzu kommt das durch die Verwendung miniaturisierter Diagnosegeräte sich der Verbrauch von kostenintensiven und umweltschädigenden Chemikalien wesentlich verkleinern lässt. Trotz dessen sollte die wechselwirkende Fläche weiterhin möglichst groß sein, um die Messgenauigkeiten zu erhalten. Die Vergrößerung der Oberfläche innerhalb der Kanäle, durch Einlagerung von Fasern,  stellt dabei eine Möglichkeit diesem Umstand Rechnung zu tragen dar.
Zunächst wurden zur Validierung des anlagenspezifischen Auflösungsvermögen geeignete Probekörper unterschiedlicher Geometrien aufgebaut und die minimalen Kanaldurchmesser und Schichtdicken handelsüblicher Desktop-Anlagen und Harze verifiziert.
Aufgrund der lichtabsorbierenden Wirkung von Carbon- und der streuenden Wirkung von Glasfasern, ergaben sich Diskrepanzen zur Verarbeitung reiner Photopolymer-Harze. Um Modelle zu Belichtungszeiten und Genauigkeit zu erstellen wurden anschließend verschiedene UV-Harze mit unterschiedlich langen Carbon- und Glasfasern versetzt und die Verarbeitung hinsichtlich XY-Auflösung und Schichtdicke untersucht. Hierbei ergab sich eine Abnahme der Genauigkeit bei Glasfasern und der Umstand einer erhöhten Belichtungsstärke für die Verarbeitung des Carbonfasergemisches.

Vortrag 3/2
Ireneus Henning | Universität Duisburg-Essen

Werdegang
11/2016 –   Wissenschaftlicher Mitarbeiter
• Entwicklung, Konstruktion, Simulation und Fertigung
• Untersuchungen additiv gefertigter flexibler Strukturen
• Analyse fluiddynamischer Zusammenhänge des menschlichen Herzen
• Forschungen zum Aufbau von Mikrokanälen
• Aufbau und Entwicklung von FLM- und DLP-Anlagen

08/2015 – 10/2016 Lehrer am Herwig-Blankertz Berufskolleg
• Mathematik, Naturwissenschaften,
Deutsch und Politik
• Solo- und Team- Teaching
• Unterricht in Abiturklassen
• Arbeit mit besonders förderungsbedürftigen Schülern

05/2013 – 08/2015 Gewerbegründung und Leitung 3D Print
• Konstruktion, Fertigung und Entwicklung von Prototypen
• Fertigungsplanung
• Budgetierung

10/2006 – 03/2016 Ruhr-Universität Bochum
• Abschluss zum Diplom-Physiker
• Thema „Charakterisierung von III-V Verbindungshalbleiterlasern“
• Laseranwendungstechnik aus dem Ingenieursbereich mit Note 1.0
• Simulation zuvor nicht erforschter Halbleitermaterialien?

07/2003 – 06/2006 Ruhrkolleg Essen, Weiterbildungskolleg der Stadt Essen
• Erwerb der Hochschulreife

01/2003 – 06/2003 Ausbildung zum Industriekaufmann bei GwW in Unna
• Komprimierte sechs monatige Ausbildung
• Kompetenzen in Bilanzierung und Rechnungswesen

09/2002 – 04/2003 Zertifikat EDV-Service Techniker bei A.I.T. in Essen
• Reparatur und Erstellung von PC-Systemen
• Netzwerkadministration

01/1999 – 12/2002 Fernmelder, Bundeswehr KRK
• Sechsmonatiger Auslandseinsatz
• Leitung eines sechsköpfigen Richtfunk-Teams
• Verschiedene Fortbildungen zur Teamführung

09/1995 – 03/1998 Ausbildung zum Chemikanten o.A. bei der Hüls AG in Marl
• Erlangung handwerklicher Kompetenzen
• Praktische Erfahrungen im Betriebsalltag
• Erwerb theoretischer und praktischer Chemiekenntnisse

08/1990 – 06/1995 Dietrich-Bonhoeffer-Realschule, Recklinghausen
• Abschluss mit mittlerer Reife

16:30
Ende
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