Entwicklung eines neuen additiven Herstellungsverfahrens für 3D gedruckte Elektronik auf keramischen Substraten (MANUNET-AMPECS)

Problemstellung
Keramik als Werkstoff ist wegen der hohen Temperaturbeständigkeit, Korrosions- und Verschleißfestigkeit gegenüber Metallen oder Kunststoffen oft entscheidend im Vorteil. Vor allem im Bereich der Mess- und Regeltechnik, Flug- und Raumfahrttechnik sowie in der Automobil- und Medizinelektronik werden deshalb Hochleistungs-Keramikbauteile eingesetzt. Unabdingbar für diese Anwendungen ist allerdings die Integration von Elektronik, die man heutzutage in Smartphones, PCs oder in Haushaltsgeräten oder Fahrzeugen findet. In heute gängigen Verfahren werden die elektrischen Leiterbahnen nachträglich aufgetragen. Die Möglichkeit, die Vorteile von Keramik mit elektronischer Funktionalität in einem einzigen Verfahrensschritt kosteneffizient zu kombinieren und idealweiser eine hohe Flexibilität an Designmöglichkeiten zu erreichen, bedeutet einen Meilenstein hin zu innovativen, hochfunktionellen Bauteilen.

Projektziel
Im Forschungsprojekt AMPECS wird ein leistungsfähiges, industrielles 3D-Druckverfahren entwickelt, um neuartige, miniaturisierte keramische Elektroniksysteme integriert herzustellen. In der serienflexiblen und auf die Anwendung maßgeschneiderten Fertigungsanlage für das neue 3D-Druckverfahren wird Elektronik auf und sogar innerhalb keramischer Bauteile aufgetragen. Die Vorteile des 3D-Drucks, wie das Design unterschiedlichster, komplexer Strukturen, hohe Materialeffizienz und wenig Abfall, führen zu einer breiten Palette von Bauteilen bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten. Zudem ermöglicht die Kombination der Eigenschaften von Keramiken und Elektronik neue Funktionalitäten der für die Zielmärkte unverzichtbaren Komponenten.

Vorgehensweise
Basierend auf Kenntnissen zum Aufdrucken von elektrisch leitfähigem Material auf Plastik-bauteilen wird im AMPECS-Projekt der Prozess als vollständiges 3D-Druckverfahren für Keramik entwickelt. Dies beinhaltet die Entwicklung keramischer Werkstoffkombinationen und entsprechender, geeigneter Verarbeitungsprozesse. Weiter wird die Einbettung elektronischer Strukturen auf und in der Keramik erarbeitet sowie die Realisierung komplexer Designs. Die Analyse und Optimierung der mechanischen, geometrischen und elektrischen Eigenschaften der neuen Bauteile begleitet alle Entwicklungsschritte.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Es wird erwartet, dass die Ergebnisse aus dem AMPECS-Projekt einen wichtigen Schritt zur Vielfalt und Performance der Elektronikbauteile in den Hauptzielmärkten Fahrzeugtechnik, Leistungs- und medizinische Elektronik sowie im Endnutzerbereich liefern werden. Neben neuen Produktmöglichkeiten wird die Herstellungszeit verkürzt und das Verfahren damit auch kostenmäßig wettbewerbsfähig. In dem transnationalen Projekt im Rahmen der MANUNET-Initiative arbeiten zwei Unternehmen aus Spanien und Deutschland zusammen.