La Formnext 2025, Fraunhofer IWU va prezenta cea mai recentă generație a uneltei WEAM (Wire Encapsulating Additive Manufacturing). Această tehnologie deschide posibilități complet noi: componentele pot fi fabricate cu diverse funcții electrice integrate – și asta cu o performanță semnificativ mai bună pentru sarcini senzoriale și de suport decât procesele de imprimare pe bază de pastă, cerneală și pulbere. Cheia constă în utilizarea firelor și cablurilor standard, care, datorită aliajelor lor omogene și secțiunii transversale constante, garantează proprietăți electrice perfecte.
Avantajul decisiv constă în controlul precis al proprietăților electrice prin alegerea aliajului și a diametrului conductorului, precum și a layout-ului traseului conductorului, în combinație cu o rotație continuă a uneltei. Astfel, se pot aplica funcții precum linii de putere și date, senzori integrați pentru proximitate, sarcină, niveluri, temperatură sau chiar ecrane în sensul compatibilității electromagnetice (EMV) direct pe componentele existente sau le pot integra invizibil prin procese ulterioare. La Formnext, Fraunhofer IWU prezintă o duză WEAM, pregătită pentru producție în serie, integrată în instalația producătorului CR3D. Echipa condusă de Lukas Boxberger demonstrează utilitatea industrială a WEAM prin patru exemple.
Exemplu de încălzire aleatorie pentru protecția senzorilor RADAR în automobile: libertate maximă de design, funcționare perfectă, consum redus de material.
Sub denumirea Radom, o combinație de cuvinte din RADAR și Dome (cupolă), se înțelege o carcasă structurală rezistentă la intemperii, care înconjoară o antenă și o protejează de influențele externe, în timp ce rămâne permeabilă pentru undele radio. Aceasta trebuie să rămână liberă de gheață pentru o funcționare fiabilă a sistemelor radar și de senzori în condiții meteorologice extreme. Soluțiile existente se bazează pe folii de încălzire sau pe fire încorporate prin ultrasunete, care suportă doar deformări moderate și, prin urmare, nu permit orice design. Ca componentă demonstrativă, Fraunhofer IWU a aplicat conductori de încălzire direct pe o folie pentru furnizorul de automobile Nissha, folosind metoda WEAM, care a fost ulterior deformata și integrată în componentă.
Pentru metoda WEAM vorbește faptul că firul rămâne exact în poziția sa chiar și după injectarea din spate - nu apar pierderi de funcționalitate sau fenomene de desprindere (delaminare). Consumul de material este foarte economic, totuși se poate asigura o putere de încălzire foarte mare.
Firele de încălzire integrate în radome ar putea asigura o dezghețare eficientă din punct de vedere energetic și, de exemplu, ar putea contribui la creșterea autonomiei în vehiculele electrice cu baterii. În vehicule, aceste fire de încălzire pot fi integrate ca surse de căldură aproape de corp în suporturile pentru brațe, elementele laterale sau spatele scaunelor din față – acest lucru reduce semnificativ necesarul de energie în comparație cu sistemele de încălzire a interiorului. Pe lângă industria auto, vehiculele militare și dronele ar putea beneficia de senzori fiabili în condiții de zăpadă, gheață și temperaturi extreme. În avioane, un sistem de protecție împotriva înghețului ar putea ajuta la reducerea costurilor de întreținere și, în același timp, ar putea crește siguranța. În multe aplicații industriale, capacele pentru senzori pentru sisteme autonome ar fi o garanție pentru funcționarea fiabilă în condiții dificile.
Exemplu de plăci foarte flexibile, extensibile și formabile 3D
Cu WEAM este posibil să se aplice layouturi complexe de conductori pe o folie de poliuretan termoplastic (TPU) cu o grosime de 0,1 mm. Cărțile de circuit pot fi complet sau parțial acoperite cu plastic - în funcție de cerințele electrice (de exemplu, rezistența la trecerea curentului). Pentru contactare, acoperirea poate fi omisă. Conductoarele pot să se intersecteze și rămân electric izolate. TPU combină proprietățile plasticului, cum ar fi formabilitatea și rezistența chimică, cu cele ale cauciucului (elasticitate, flexibilitate); plăcile fabricate în acest mod suportă un grad foarte ridicat de deformare tridimensională, în timp ce plăcile flexibile sau stretch convenționale cu trasee de conductori pe bază de cerneală, pastă sau pulbere deja eșuează.
În plus, WEAM oferă opțiunea de a combina diferite aliaje și layout-uri pe o suprafață, pentru a integra senzori, actuatori și linii de date/putere la nivelul foliei. Mantaua din polimer poate fi ajustată în funcție de cerințele electrice. Pentru o contactare perfectă, învelirea poate fi omisă datorită izolării sale ridicate. De asemenea, se aplică: libertatea de design este aproape nelimitată. Atunci când se utilizează o „folie de lipire termoplastică TPU”, placa imprimată sau un cablu poate fi „aplicată” direct pe diverse materiale (textil, fleece, covor, lemn, metal…). Numeroase domenii de aplicare sunt posibile:
- Wearables: Electronică care se integrează perfect ca o a doua piele – pentru mai mult confort, mai puține puncte de rupere și noi opțiuni de design.
- Interieur/Construcții: Sisteme de încălzire prin pardoseală flexibile, cabluri electrice, aplicații Shy-Tech (cu o integrare cât mai discretă) în cazul senzorilor/actuatorilor integrați în componente.
- Automotive: Componente pentru interior cu electronică integrată sau conductori intramodulari; cererea pentru cabluri ar putea scădea, iar libertatea de design ar putea crește, concomitent cu o reducere a greutății. De asemenea, sunt posibile soluții modulare suplimentare.
- Apărare: Sunt luate în considerare folii senzoriale pentru detectarea sarcinilor și deformărilor, integrarea actuatoarelor pentru mecanismele de deblocare, conexiuni intramodulare, plăci mai bine protejate, precum și antene radar cu forme complexe.
Exemplu: Conductor flexibil de înaltă temperatură fără PFAS
WEAM permite fabricarea de conductori flexibili sau plăci din termoplastice, care sunt rezistente la temperaturi de până la 260 °C (pe termen scurt 300 °C). Până acum, acest lucru era posibil doar cu materialul poliimid (PI), care este acoperit cu materiale ce conțin fluor pentru a fixa conductori metalici. Cu WEAM, această acoperire nu mai este necesară, deoarece conductorul este fixat cu același material ca și substratul de folie.
Din „conexiunea de tip similar” rezultă avantaje precum o stabilitate mecanică excelentă (conductorul rămâne intact chiar și în condiții de solicitare la îndoire ridicată), un consum redus de material pentru izolația electrică și, nu în ultimul rând, o reciclabilitate ridicată datorită purității sortimentale. WEAM poate fi considerată, așadar, o soluție durabilă pentru aplicații la temperaturi ridicate.
În domeniile automotive și aeronautic, utilizarea unor astfel de soluții este potrivită în compartimentul motorului sau în apropierea motoarelor, unde se cere o rezistență ridicată la temperaturi mari, cu o greutate redusă. În sectorul apărării, electronica ar putea fi proiectată să fie robustă și durabilă în medii extreme. Ingineria mecanică și robotică ar putea beneficia de cabluri durabile și ecologice pentru zone cu sarcini mari, la fel cum ar putea profita de sisteme de încălzire pe suprafețe delicate.
Exemplu dronă: carcasă de componentă cu funcții electrice integrate
Prin exemplul unui carcasă de drone cu funcții electrice integrate, Fraunhofer IWU arată că, prin WEAM, carcasa devine placă de circuit – sau placa de circuit devine carcasă. Funcții precum senzori, actuatori, ecrane electromagnetice sau bobine de încărcare inductivă pot fi integrate direct în scopul unei transferuri de energie optimizate: Ecranele electromagnetice nu mai sunt legate de dimensiuni fixe ale plaselor în această soluție și, prin urmare, își mențin o protecție constantă chiar și în forme complexe.
Carcasele funcționale ale componentelor oferă un avantaj clar în cele mai diverse aplicații. În uneltele electrice și electronica de exterior, carcasele trebuie să reziste la sarcini extreme, să protejeze împotriva apei intruzive sau să suporte șocuri. Senzorii integrați ar putea fi utilizați pentru recunoașterea utilizatorului sau pentru determinarea sarcinii. În domeniul apărării, soluțiile de automatizare robuste și ieftine, precum și o producție locală adaptată cerințelor, sunt posibile. Produsele de consum ar putea fi concepute să fie deosebit de compacte și să ofere funcții suplimentare pe un spațiu redus, fiind în același timp produse la costuri reduse și având o durată de viață mai lungă.
Contact:
