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TQ-Group: 3D-Druck erobert die EMS-Branche

Neue Anwendungsfelder in der Elektronik-Fertigung
TQ-Group: 3D-Druck erobert die EMS-Branche

Im Entstehungsprozess eines Produktes ist Geschwindigkeit entscheidend. Der 3D-Druck bietet hier eine Vielzahl an Vorteilen: Ganz konkret bietet er sich beispielsweise an, um schnell individuelle Werkzeuge und Aufsätze zu fertigen, zur Überprüfung der Passform in Gehäusen, zur Visualisierung und zum Testen von Gehäuse-Prototypen, aber auch für die Fertigung von Kleinserien. Autor: Martin Silberkuhl, Bereichsverantwortlicher 3D-Druck, TQ-Group

Mittels 3D-Druck lassen sich hohe Startkosten bei der Produktentwicklung und im Werkzeugbau vermeiden. Er beschleunigt einen sicheren Entwicklungsprozess für die Serienfertigung sowie bei Einzelanfertigungen – ohne den teuren, klassischen Spezialwerkzeugbau. Für die vielen unterschiedlichen Anwendungen stehen verschiedenen 3D-Druck-Technologien zur Verfügung. Die gängigsten sind das SLS- (Selective Laser Sintering), das FDM- (Fused Deposition Modeling) und das Stereolithographie-Verfahren:

Das Selective Laser Sintering ist eine Methode, bei der eine Energiequelle selektiv Pulverpartikel innerhalb des Baubereichs thermisch zum Schmelzen bringt und somit die Herstellung des Festkörpers ermöglicht. Dieses Verfahren wird häufig für das Drucken funktioneller Teile sowie für komplexe Kabelführung (hohle Designs) und für die Fertigung von Teilen in kleiner Stückzahl verwendet.

Beim Fused Deposition Modelling wird ein Filament aus festem, thermoplastischem Material durch eine beheizte Extruder-Düse gedrückt und schmilzt dabei. Der Drucker legt das Material dann über einen vorgegebenen Pfad auf der Bauplattform ab. Dort kühlt das Filament ab und härtet zu einem Festkörper aus. Übliche Anwendungsbereiche für das FDM-Verfahren sind der Werkzeugbau, Elektronikgehäuse, Form- und Passformüberprüfung sowie Heft- und Spannvorrichtungen.

Die Stereolithographie wiederum wird vor allem für die Erstellung von spritzgussähnlichen Polymer-Prototypen, für Feinguss-Objekte sowie in der Zahntechnik und bei der Hörgeräte-Produktion verwendet. Es handelt sich dabei um ein 3D-Druck-Fertigungsverfahren, bei dem eine Lichtquelle einen Photopolymer-Resin selektiv in einem Behälter aushärtet.

Rapid Prototyping für eine schnellere Produktentwicklung

Der schnellste Weg von der Idee zu den ersten Modellen führt über den 3D-Druck. Denn in der Elektronikbranche findet die Entwicklung neuer Produkte mittlerweile meist agil statt. Das heißt, nach einem Sprint – also einem Abschnitt von circa sechs Wochen – wird anhand des ersten Prototyps besprochen, was die nächsten Schritte sind. Bei der additiven Herstellung von Mustern geht es darum, Ideen zu visualisieren und auszuprobieren und das zu verhältnismäßig geringen Kosten. 3D-Druck – speziell im FDM-Verfahren – ermöglicht das schnelle Bauen von Prototypen. Das macht alle Aspekte einer Lösung praxisnah erlebbar und die Ergebnisse testbar. In der Produktentwicklung ist Rapid Prototyping mittlerweile unverzichtbar, da es nicht nur den Entwicklungsprozess beschleunigt, sondern auch Erkenntnisse und Sicherheit für die Serienfertigung liefert.

Rapid Tooling – additiver Werkzeugbau

Beim Rapid Tooling kommen gleich mehrere Vorteile des 3D-Drucks zum Tragen. Hier geht es darum, schnell und unkompliziert individuelle Werkzeuge und Aufsätze zu realisieren. So lassen sich etwa Einzelanfertigungen ohne teuren klassischen Spezialwerkzeugbau realisieren sowie auch sehr komplexe, individuelle Formen umsetzen. Den Anwendungsbereichen sind also kaum Grenzen gesetzt. Möglichkeiten ergeben sich zum Beispiel in der Endmontage von Produkten: egal ob Halterungen, Spannvorrichtungen, Schablonen, Materialrutschen oder Einpressvorrichtungen. Denn für diese genannten Fertigungshilfsmittel ist der konventionelle Werkzeugbau nicht zwingend notwendig. Ebenso wenig müssen diese stets aus Metall gefertigt sein. Oft lohnt es, sie aus einem Guss zu drucken statt mehrere Einzelteile, die dann noch montiert werden müssen“

Mehr Flexibilität dank Rapid Manufacturing

Wird 3D-Druck bei der Serienproduktion angewendet, spricht man eher von additiver Fertigung. Dank ihr ergeben sich völlig neue technische und wirtschaftliche Möglichkeiten – etwa bei der kundenspezifischen Individualisierung. Gerade was Kleinserien anbelangt, sorgt die additive Fertigung nicht nur für viel Flexibilität, sondern auch für Kosteneinsparungen gegenüber konventionellen Verfahren, wie der Spritzgussfertigung. In der Elektronikbranche wird sie meist für die Herstellung von Gehäusen genutzt.

Neue Anwendungsfelder in der Elektronik-Fertigung

Aktuell entwickeln sich die Anwendungsfelder der additiven Fertigung rasant weiter. Ein interessantes, neues Beispiel dafür ist die Fertigung von 3D-gedruckten Leiterplatten. Das Verfahren basiert auf dem Inkjet-Druckverfahren, bei dem Metalle und dielektrische Polymere gleichzeitig auf eine Druckplatte aufgebracht werden. Somit lassen sich mehrlagige Leiterplatten (Multilayer-PCBs) einschließlich Durchgangslöchern (Vias) herstellen.

Ein Elektrotechniker, der eine neue Leiterplatte für das nächste Produkt entwirft, muss zunächst herausfinden, wie das Produkt funktionieren soll und welche Komponenten dafür erforderlich sind. Dies geschieht mithilfe einer EDA-Software (Electronic Design Automation). Diese ausgeklügelte Design-Software ermöglicht es, das Design anhand verschiedener Simulationen zu testen, bevor es an den Dritthersteller verschickt wird.

Elektroingenieure können mit dieser neuen Technologie eine physische Platine entwerfen, additiv herstellen und somit sicherstellen, dass diese korrekt ist oder anderenfalls Fehler beziehungsweise Verbesserungsmöglichkeiten identifizieren. Diese Technologie eröffnet die Möglichkeit, eine Idee innerhalb eines Tages zu drucken, da keine Leiterplatten-Fertigung durch Dritte nötig ist, was – je nach Komplexität des Designs und der Verfügbarkeiten – mehrere Wochen dauern kann.

TQ-Group
www.tq-group.com/3d-druck


Additive Fertigung: die Vorteile im Überblick

  • Schnelle und kostengünstige Realisierung von der Idee zum Modell
  • Schnellerer Entwicklungsprozess und mehr Sicherheit für die Serienproduktion
  • Umfassende Anwendungsmöglichkeiten (Rapid Prototyping, Rapid Tooling und additive Kleinserienfertigung) mit allen gängigen 3D-Druck-Verfahren
  • Individuelle Werkzeuge, auch bei komplexen Geometrien
  • Kostenersparnis gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren für Spezialwerkzeuge oder bei Kleinserien
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