Na Formnext 2025. godine, Fraunhofer IWU predstavit će najnoviju generaciju WEAM alata (Wire Encapsulating Additive Manufacturing). Ova tehnologija otvara potpuno nove mogućnosti: dijelovi se mogu proizvoditi s raznolikim integriranim električnim funkcijama – i to s znatno boljim performansama za senzorske i nosive zadatke u usporedbi s postupcima tiska na bazi paste, tinte i praha. Ključ leži u korištenju standardnih žica i kabela, koji zahvaljujući svojoj homogeno leguri i konstantnom presjeku vodiča jamče savršene električne karakteristike.
Ključna prednost leži u preciznoj kontroli električnih svojstava putem odabira legure i promjera vodiča, kao i rasporeda vodova u kombinaciji s neprekidnom rotacijom alata. Time se mogu izravno na postojeće komponente primijeniti funkcije poput naponskih i podatkovnih vodova, integrirane senzorike za blizinu, opterećenje, razine punjenja, temperaturu ili čak zaštite u smislu elektromagnetske kompatibilnosti (EMV), ili ih nevidljivo integrirati kroz naknadne procese. Na Formnextu, Fraunhofer IWU predstavlja serijski spremni WEAM pisač ugrađen u sustav proizvođača CR3D. Tim oko Lukasa Boxbergera demonstrira industrijsku korist WEAM-a kroz četiri primjera.
Primjer radijacijske grijanja za zaštitu RADAR senzora u automobilima: Maksimalna sloboda dizajna, savršena funkcija, mali utrošak materijala.
Pod pojmom Radom, kombinacija riječi RADAR i kupola, podrazumijeva se vremenski otporna, strukturna zaštitna ovojnica koja okružuje antenu i štiti je od vanjskih utjecaja, dok istovremeno ostaje propusna za radio valove. Mora ostati bez leda za pouzdan rad radarnih i senzorskih sustava u ekstremnim vremenskim uvjetima. Dosadašnja rješenja oslanjala su se na grijaće folije ili žice ugrađene ultrazvukom, koje podnose samo umjerene deformacije i time ne omogućuju svaki dizajn. Kao demonstracijska komponenta, Fraunhofer IWU je za dobavljača automobila Nissha u WEAM postupku izravno nanio grijače na foliju, koja je zatim preoblikovana i integrirana u komponentu.
Za WEAM postupak govori to što žica ostaje točno na svom mjestu čak i nakon potiskivanja – ne dolazi do gubitka funkcionalnosti niti do pojava odvajanja (delaminacija). Potrošnja materijala je vrlo štedljiva, a ipak se može osigurati vrlo visoka toplinska snaga.
Integrirani grijani žice u radomima mogli bi osigurati energetski učinkovito odleđivanje i tako, na primjer, u baterijskim električnim vozilima doprinijeti većem dometu. U vozilima se takve grijane žice mogu integrirati kao blizu tijela smješteni izvori topline u naslonima za ruke, bočnim elementima ili stražnjim stranama prednjih sjedala – to značajno smanjuje potražnju za energijom u odnosu na grijanje unutrašnjosti. Osim automobilske industrije, vojna vozila i dronovi također bi mogli imati koristi od pouzdane senzorike u snijegu, ledu i ekstremnim temperaturama. U zrakoplovima, zaštita od smrzavanja mogla bi pomoći u smanjenju troškova održavanja i istovremeno povećati sigurnost. U mnogim industrijskim primjenama, pokrivači senzora za autonomne sustave bili bi jamstvo pouzdane funkcije pod nepovoljnim uvjetima.
Primjer visoko fleksibilnih, rastezljivih i 3D oblikovljivih ploča
S WEAM-om moguće je primijeniti složene rasporede vodova na 0,1 mm tankoj termoplastičnoj poliuretanskoj foliji (TPU). Vodovi mogu biti potpuno ili djelomično obloženi plastikom – ovisno o električnim zahtjevima (npr. otpornost na probijanje). Za kontaktiranje obloga može izostati. Vodovi se mogu križati i ostaju električno izolirani. TPU kombinira svojstva plastike poput oblikovljivosti i kemijske otpornosti s onima gume (elastičnost, fleksibilnost); tako proizvedene ploče podnose vrlo visoke razine trodimenzionalne deformacije, dok konvencionalne fleksibilne ili rastezljive ploče s vodovima na bazi tinte, paste ili praha već ne uspijevaju.
Osim toga, WEAM nudi opciju kombiniranja različitih legura i rasporeda na jednoj površini kako bi integrirao senzore, aktuatorske elemente i podatkovne/energetske vodove na razini folije. Polimerni omotač može se prilagoditi ovisno o električnim zahtjevima. Za savršeno kontaktiranje omotač može izostati zbog svoje visoke izolacije. I ovdje vrijedi: sloboda dizajna je gotovo neograničena. Pri korištenju "TPU topljivog ljepila" tiskana pločica ili kabelska snop može se izravno "peglati" na razne materijale (tekstili, netkani materijali, tepisi, drvo, metal…). Brojna područja primjene su moguća:
- Nosivi uređaji: Elektronika koja se može neprimjetno integrirati kao druga koža – za više udobnosti, manje prekidnih točaka i nove opcije dizajna.
- Interijer/Gradnja: Oblikovno fleksibilni sustavi podnog grijanja, električne instalacije, Shy-Tech primjene (s što manje uočljivim integracijama) kod komponentno integrirane senzorike/aktorike.
- Automobilizam: Komponente unutrašnjosti s integriranom elektronikom ili intramodulskim vodovima; potražnja za kabelskim sustavima mogla bi opasti, dok bi sloboda dizajna mogla rasti uz istovremeno smanjenje težine. Također su zamisliva dodatna modularna rješenja.
- Obrana: U obzir dolaze senzorni filmovi za prepoznavanje opterećenja i deformacija, integracija aktuatora za mehanizme otključavanja, intramodulske veze, bolje zaštićene ploče te kompleksno oblikovane radar antene.
Primjer: PFAS-besplatni visokotemperaturni fleksibilni vodiči
WEAM omogućuje proizvodnju termoplastičnih fleksibilnih vodova ili ploča koje su otporne na temperature do 260 °C (kratkoročno do 300 °C). Do sada je to bilo moguće samo s materijalom poliimid (PI) koji je prekriven fluoriranim materijalima kako bi se fiksirali metalni vodovi. S WEAM-om ova prevlaka više nije potrebna, jer se vod fiksira istim materijalom kao i folijski supstrat.
Iz "jednakih veza" proizlaze prednosti poput izvrsne mehaničke stabilnosti (voditelj ostaje netaknut čak i pri visokim savijajućim opterećenjima), male potrošnje materijala za električnu izolaciju i, konačno, visoke reciklabilnosti zahvaljujući čistoći materijala. WEAM se stoga može smatrati održivim rješenjem za visoke temperature.
U područjima automobilske industrije i zrakoplovstva, primjena takvih rješenja preporučuje se u motornim prostorima ili u blizini motora, gdje je potrebna visoka otpornost na temperature uz malu težinu. U obrambenom sektoru, elektronika bi mogla biti dizajnirana kao robusna i dugotrajna u ekstremnim okruženjima. Strojogradnja i robotika mogli bi imati koristi od dugotrajnih, ekološki prihvatljivih vodova za visoke opterećenja, kao i od filigranskih sustava grijanja površina.
Primjer drona: Kućište dijela s integriranim električnim funkcijama
Na primjeru kućišta drona s integriranim električnim funkcijama, Fraunhofer IWU pokazuje da s WEAM kućište postaje ploča – ili ploča kućište. Funkcije poput senzora, aktora, elektromagnetske zaštite ili induktivnih punjača mogu se izravno integrirati u svrhu optimizirane prijenosa energije: Elektromagnetske zaštite u ovom rješenju više nisu vezane uz fiksne veličine mreže i stoga ostvaruju konstantnu zaštitu čak i kod složenih oblika.
Funkcionalna kućišta dijelova stvaraju jasnu dodanu vrijednost u raznim primjenama. U električnim alatima i vanjskoj elektronici, kućišta moraju izdržati ekstremna opterećenja, štititi od prodora vode ili podnijeti udarce. Integrirani senzori mogli bi se koristiti za prepoznavanje korisnika ili za mjerenje opterećenja. U obrambenom sektoru mogu se zamisliti jeftina, robusna rješenja automatizacije i lokalna, prilagodljiva proizvodnja. Potrošački proizvodi mogli bi biti posebno kompaktno dizajnirani i nuditi dodatne funkcije na smanjenom prostoru, pritom biti jeftino proizvedeni i imati duži životni vijek.
Kontakt:
