Na dogodku Formnext 2025 bo Fraunhofer IWU predstavil najnovejšo generacijo orodja WEAM (Wire Encapsulating Additive Manufacturing). Ta tehnologija odpira povsem nove možnosti: sestavni deli lahko vsebujejo različne integrirane električne funkcije – in to z bistveno boljšo zmogljivostjo za senzorične in obremenitvene naloge kot postopki tiskanja na osnovi paste, tinte in prahu. Ključ leži v uporabi standardnih žic in pletenic, ki s svojo homogeno zlitino in konstantnim presekom vodnika zagotavljajo popolne električne lastnosti.
Odločilna prednost leži v natančnem nadzoru električnih lastnosti z izbiro zlitine in premera vodnika ter postavitvijo vodil v kombinaciji s kontinuirano rotacijo orodja. Tako je mogoče funkcije, kot so napajalne in podatkovne povezave, integrirane senzorje za bližino, obremenitev, nivoje, temperaturo ali tudi zaščite v smislu elektromagnetne združljivosti (EMV), neposredno nanesti na obstoječe komponente ali jih nevidno integrirati z nadaljnjimi procesi. Na dogodku Formnext je Fraunhofer IWU predstavil serijsko pripravljen WEAM-tiskalni glavo, integrirano v napravo proizvajalca CR3D. Ekipa pod vodstvom Lukasa Boxbergerja na štirih primerih prikazuje industrijsko korist WEAM-a.
Primer radne ogrevanja za zaščito RADAR-senzorjev v avtomobilih: Maksimalna svoboda oblikovanja, popolna funkcionalnost, majhna poraba materiala.
Pod izrazom Radom, kombinacija besed RADAR in Dome (kupola), razumemo vremensko odporen, strukturni zaščitni ovoj, ki obdaja anteno in jo ščiti pred zunanjimi vplivi, hkrati pa ostaja prepusten za radiovalove. Za zanesljivo delovanje radarnih in senzornih sistemov pri ekstremnih vremenskih razmerah mora ostati brez ledu. Doslej so rešitve temeljile na grelnih folijah ali z ultrazvokom vgrajenih žicah, ki prenašajo le zmerne preoblikovanja in tako ne omogočajo vsakega oblikovanja. Kot demonstracijska komponenta je Fraunhofer IWU za dobavitelja avtomobilov Nissha v postopku WEAM neposredno nanesel grelne vodnike na folijo, ki je bila nato preoblikovana in integrirana v komponento.
Za postopek WEAM govori, da žica tudi po zadnjem brizganju natančno ostane na svojem mestu - ne pride do izgube funkcionalnosti ali pojavov odlepljanja (delaminacija). Poraba materiala je zelo varčna, kljub temu pa je mogoče zagotoviti zelo visoko toplotno moč.
Integrirani grelni žici v radomih bi lahko poskrbeli za energetsko učinkovito odmrzovanje in tako na primer v baterijsko električnih vozilih prispevali k večjim dosegom. V vozilih je mogoče take grelne žice integrirati kot telesne vire toplote v naslonih za roke, stranskih elementih ali na hrbtnih straneh sprednjih sedežev – to znatno znižuje energetske potrebe v primerjavi s sistemom ogrevanja notranjosti. Poleg avtomobilske industrije bi lahko tudi vojaška vozila in droni imeli koristi od zanesljive senzorike pri snegu, ledu in ekstremnih temperaturah. V letalih bi lahko zaščita pred zmrzaljo pomagala zmanjšati vzdrževalne stroške in hkrati povečala varnost. V mnogih industrijskih aplikacijah bi bile zaščite senzorjev za avtonomne sisteme zagotovilo za zanesljivo delovanje v težkih pogojih.
Primer visoko fleksibilnih, raztegljivih in 3D oblikovalnih plošč.
Z WEAM je mogoče na 0,1 mm debeli termoplastični poliuretanski foliji (TPU) aplicirati kompleksne razporede vodnikov. Vodniki so lahko popolnoma ali delno plastično obloženi – odvisno od električnih zahtev (npr. odpornost na preboje). Pri kontaktiranju lahko obloga odpade. Vodniki se lahko križajo in ostanejo električno izolirani. TPU združuje lastnosti plastike, kot so oblikljivost in kemična odpornost, z lastnostmi gume (elastičnost, fleksibilnost); tako izdelane plošče prenašajo zelo visoke stopnje tridimenzionalne deformacije, pri čemer običajne fleksibilne ali raztegljive plošče z vodniki na osnovi črnila, paste ali prahu že odpovejo.
Poleg tega WEAM ponuja možnost kombiniranja različnih zlitin in postavitev na eni površini, da integrira senzoriko, aktuatoriko ter podatkovne in napajalne vodnike na ravni folije. Polimerni plašč se lahko prilagodi glede na električne zahteve. Za popolno kontaktiranje lahko obloga zaradi svoje visoke izolacije odpade. Tudi tukaj velja: svoboda oblikovanja je skoraj neomejena. Pri uporabi »TPU toploskrčljive lepilne folije« se lahko natisnjena vezja oziroma kabelski snopi neposredno »pripnejo« na različne materiale (tekstil, netkanina, preproga, les, kovina…). Številna področja uporabe so možna:
- Nosljive naprave: Elektronika, ki se brezšivno integrira kot druga koža – za več udobja, manj šibkih točk in nove možnosti oblikovanja.
- Interier/Gradnja: Oblikovno fleksibilni sistemi talnega ogrevanja, električni kabli, Shy-Tech aplikacije (z čim manj opazno vgradnjo) pri komponentno integrirani senzoriki/aktuatoriki.
- Avtomobilska industrija: Komponente notranjosti z integrirano elektroniko ali intramodulnimi vodniki; potreba po kablovjih bi se lahko zmanjšala, svoboda oblikovanja pa bi se lahko povečala ob hkrati zmanjšani teži. Poleg tega so možne dodatne modularne rešitve.
- Obramba: Vprašanje so senzorni filmi za zaznavanje obremenitev in deformacij, integracija aktuatorjev za mehanizme za odklepanje, intramodulske povezave, bolje zaščitene plošče ter kompleksno oblikovane radar antene.
Primer: PFAS-prosti visokotemperaturni fleksibilni vodniki
WEAM omogoča proizvodnjo termoplastičnih fleksibilnih vodnikov ali plošč, ki so odporni na temperature do 260 °C (kratkoročno do 300 °C). Do sedaj je bilo to mogoče le z materialom polimida (PI), ki je prekrit z fluoriranimi materiali za pritrditev kovinskih vodnikov. S tehnologijo WEAM ta premaz ni več potreben, saj je vodnik pritrjen z istim materialom kot folijski substrat.
Iz "vrstno enotne povezave" izhajajo prednosti, kot so odlična mehanska stabilnost (vodnik ostane nedotaknjen tudi pri visokih upogibnih obremenitvah), majhna poraba materiala za električno izolacijo in nenazadnje visoka reciklabilnost zahvaljujoč sortni čistosti. WEAM se torej lahko šteje za trajnostno rešitev za visokotemperaturne aplikacije.
Na področjih avtomobilske industrije in letalstva se uporaba takšnih rešitev priporoča v motornih prostorih ali v bližini motorjev, kjer je potrebna visoka temperaturna odpornost pri nizki teži. V obrambnem sektorju bi lahko elektronika v ekstremnih okoljih bila zasnovana kot robustna in dolgotrajna. Strojništvo in robotika bi lahko imela koristi od trajnih, okolju prijaznih kablov za visoke obremenitve, prav tako kot od filigranskih sistemov za ogrevanje površin.
Primer drona: Ohišje komponenta z integriranimi električnimi funkcijami
Na primeru ohišja drona z integriranimi električnimi funkcijami Fraunhofer IWU prikazuje, da z WEAM ohišje postane tiskana vezja – ali tiskana vezja postanejo ohišje. Funkcije, kot so senzorika, aktuatorika, elektromagnetna zaščita ali induktivne polnilne tuljave, se lahko v smislu optimizirane prenosa energije neposredno integrirajo: Elektromagnetne zaščite v tej rešitvi niso več vezane na fiksne velikosti mreže in tako zagotavljajo konstantno zaščitno delovanje tudi pri kompleksnih oblikah.
Funkcionalna ohišja komponent ustvarjajo jasno dodano vrednost v najrazličnejših aplikacijah. V električnih orodjih in zunanji elektroniki morajo ohišja zdržati ekstremne obremenitve, ščititi pred vdorom vode ali prenašati udarce. Vgrajena senzorika bi se lahko uporabila za prepoznavanje uporabnika ali za merjenje obremenitve. Na področju obrambe so zamisli o cenovno ugodnih, robustnih avtomatizacijskih rešitvah in lokalni, potrebam prilagojeni proizvodnji. Potrošniški izdelki bi lahko bili zasnovani še posebej kompaktno in ponujali dodatne funkcije na zmanjšanem prostoru, pri tem pa bi bili cenovno ugodni in imeli daljšo življenjsko dobo.
Kontakt:
