На виставці Formnext 2025 Fraunhofer IWU представить нове покоління інструменту WEAM (Wire Encapsulating Additive Manufacturing). Ця технологія відкриває абсолютно нові можливості: деталі можуть бути виготовлені з різноманітними інтегрованими електричними функціями – і це з помітно кращою продуктивністю для сенсорних та навантажувальних завдань, ніж пастові, чорнильні та порошкові друкарські процеси. Ключем є використання стандартних дротів та жил, які завдяки своїй однорідній сплаву та постійному перерізу провідника гарантують ідеальні електричні властивості.
Важлива перевага полягає в точному контролі електричних властивостей завдяки вибору сплаву, діаметра провідника та розташування проводок у поєднанні з безперервним обертанням інструмента. Це дозволяє безпосередньо наносити функції, такі як силові та дані лінії, інтегровану сенсорику для наближення, навантаження, рівнів, температури або навіть екрани в сенсі електромагнітної сумісності (ЕМС) на існуючі компоненти або невидимо інтегрувати їх через подальші процеси. На виставці Formnext Інститут Фраунгофера IWU представить готову до серійного виробництва друковану головку WEAM, інтегровану в установку виробника CR3D. Команда на чолі з Лукасом Боксбергером демонструє промислову користь WEAM на чотирьох прикладах.
Приклад радіаційного обігріву для захисту радарних сенсорів в автомобілях: максимальна свобода дизайну, ідеальна функція, мінімальне використання матеріалів.
Під терміном Radom, що є комбінацією слів RADAR і Dome (купол), розуміється погодостійка структурна захисна оболонка, яка оточує антену і захищає її від зовнішніх впливів, водночас залишаючи її прозорою для радіохвиль. Вона повинна залишатися без льоду для надійної роботи радарних і сенсорних систем за екстремальних погодних умов. Існуючі рішення спираються на обігрівальні плівки або дроти, вбудовані за допомогою ультразвуку, які витримують лише помірні деформації і, таким чином, не дозволяють реалізувати кожен дизайн. Як демонстраційний компонент, Fraunhofer IWU для постачальника автомобільних комплектуючих Nissha застосував у процесі WEAM обігрівальні провідники безпосередньо на плівці, яка потім була деформована і інтегрована в компонент.
Перевагою процесу WEAM є те, що дріт залишається точно на своєму місці навіть після підливання – не виникають ні втрати функціональності, ні ознаки відшарування (деламінації). Споживання матеріалу є дуже економним, проте можна забезпечити дуже високу теплову потужність.
Інтегровані обігрівальні дроти в радоменах можуть забезпечити енергоефективне розморожування і, наприклад, сприяти збільшенню дальності в батарейних електромобілях. У транспортних засобах такі обігрівальні дроти можна інтегрувати як близькі до тіла джерела тепла в підлокітниках, бокових елементах або на зворотних сторонах передніх сидінь – це значно знижує енергоспоживання в порівнянні з обігрівом салону. Окрім автомобільної промисловості, військові транспортні засоби та дрони також можуть виграти від надійної сенсорики за снігу, льоду та в екстремальних температурах. У літаках захист від обмерзання може допомогти зменшити витрати на обслуговування та підвищити безпеку. У багатьох промислових застосуваннях захисні кришки для автономних систем стануть гарантією надійної роботи в складних умовах.
Приклад високогнучких, еластичних та 3D-формованих плат.
З WEAM можливо наносити складні схеми проводів на тонку термопластичну поліуретанову плівку (TPU) завтовшки 0,1 мм. Провідники можуть бути повністю або частково покриті пластиком – залежно від електричних вимог (наприклад, стійкість до пробою). Для контактів покриття може бути відсутнім. Проводи можуть перетинатися і залишаються електрично ізольованими. TPU поєднує властивості пластика, такі як формуваність і хімічна стійкість, з властивостями гуми (еластичність, гнучкість); такі плати витримують дуже високий рівень тривимірної деформації, в той час як традиційні гнучкі або стрейч-плати з провідниками на основі чорнил, паст або порошків вже зазнають невдачі.
Крім того, WEAM пропонує можливість комбінувати різні сплави та макети на одній площині, щоб інтегрувати сенсори, актуатори та дані/потужні проводи на рівні плівки. Полімерне покриття може бути адаптоване в залежності від електричних вимог. Для ідеального контакту покриття може бути відсутнім через його високу ізоляцію. І тут діє правило: свобода дизайну практично безмежна. При використанні «TPU-термоплавкої клейкої плівки» надрукована плата або кабельний вузол можуть бути безпосередньо «припрасовані» до різних матеріалів (текстиль, нетканий матеріал, килим, дерево, метал…). Можливі численні сфери застосування:
- Носимі пристрої: електроніка, яка безшовно інтегрується як друга шкіра – для більшого комфорту, менше точок зламу та нових дизайнерських можливостей.
- Інтер'єр/Будівництво: Формо-гнучкі системи підлогового опалення, електричні проводи, застосування Shy-Tech (з максимально непомітним вбудовуванням) при інтегрованій в компонент сенсорики/актуаторики.
- Автомобільна промисловість: компоненти інтер'єру з інтегрованою електронікою або внутрішніми модульними проводами; потреба в кабельних збірках може зменшитися, а свобода дизайну при одночасному зменшенні ваги може зрости. Крім того, можливі додаткові модульні рішення.
- Оборона: Можливі сенсорні плівки для виявлення навантаження та деформації, інтеграція актуаторів для механізмів розблокування, внутрішньомодульні з'єднання, краще захищені плати, а також складно сформовані радарні антени.
Приклад: Гнучкі проводники високої температури без PFAS
WEAM дозволяє виготовляти термопластичні гнучкі проводники або плати, які витримують температуру до 260 °C (короткочасно до 300 °C). Досі це було можливим лише з матеріалом поліімід (PI), який покритий фторвмісними матеріалами для фіксації металевих проводників. Завдяки WEAM це покриття більше не потрібне, оскільки провідник фіксується тим же матеріалом, що й фольгове підкладка.
З "артикульного з'єднання" випливають переваги, такі як відмінна механічна стабільність (провідник залишається цілим навіть при високих вигинах), низьке споживання матеріалу для електричної ізоляції і, зрештою, висока перероблюваність завдяки сортовій чистоті. WEAM можна вважати стійким рішенням для високотемпературних застосувань.
У сферах автомобільної промисловості та авіації доцільно використовувати такі рішення в моторному відсіку або поблизу двигунів, де потрібна висока термостійкість при невеликій вазі. У оборонній сфері електроніка може бути спроектована як стійка та довговічна в екстремальних умовах. Машинобудування та робототехніка можуть отримати вигоду від довговічних, екологічних проводів для високонавантажених областей, так само як і від тонких систем обігріву поверхні.
Приклад дрону: корпус деталі з інтегрованими електричними функціями
На прикладі корпусу дрону з інтегрованими електричними функціями Fraunhofer IWU демонструє, що з WEAM корпус стає платою – або плата стає корпусом. Такі функції, як сенсори, актуатори, електромагнітне екранування або індуктивні зарядні котушки, можуть бути безпосередньо інтегровані для оптимізації передачі енергії: електромагнітні екрани в цьому рішенні більше не прив'язані до фіксованих розмірів сітки і, таким чином, забезпечують постійний захист навіть при складних формах.
Функціональні корпуси компонентів створюють чітку додану вартість у найрізноманітніших застосуваннях. У електроінструментах та зовнішній електроніці корпуси повинні витримувати екстремальні навантаження, захищати від проникнення води або витримувати удари. Інтегровані сенсори можуть бути використані для розпізнавання користувачів або для визначення навантаження. У сфері оборони можливі економічні, міцні автоматизаційні рішення та місцеве, відповідне до потреб виробництво. Споживчі продукти можуть бути особливо компактними і пропонувати додаткові функції на обмеженому просторі, при цьому виготовлятися економічно і мати тривалий термін служби.
Контакт:
