(Entwicklung von Methoden zur Prozessoptimierung) KOVAR-Pastenherstellung

Problemlage
Werkstoffverbünde aus Keramik und Metall sind für die Funktionsintegration vieler elektronischer Baugruppen von großer Bedeutung. Beispiele sind robuste elektronische Komponenten für Hochfrequenz- und Sensorikanwendungen, wie Abstandssensoren in der Automobilindustrie. Die Herstellung von Hybridbauteilen aus Keramik und Metall mit additiver Fertigung ist eine schwierige und noch nicht zufriedenstellend gelöste Aufgabe. Die Produktion komplexer und filigraner Bauteilstrukturen sowie notwendige Materialkombinationen und die Verarbeitbarkeit spröder bzw. harter Werkstoffe hemmen bislang den industriellen Einsatz.

Zielstellung
Ziel des Forschungsprojekts MultiMat3D ist die Entwicklung eines 3D-Multimaterial-Siebdruckverfahrens für die industrielle Herstellung von Hybridbauteilen aus Keramik und Metall. Das Verfahren wird bei breiter Materialauswahl die Herstellung komplexer innerer Strukturen und Hohlräume mit Genauigkeit im Mikrometerbereich zulassen. Zusätzlich soll durch den angestrebten flexiblen Design- und Materialwechsel eine wirtschaftliche industrielle Anwendung ermöglicht werden.

Vorgehensweise
Hierfür werden das bestehende 3D-Siebdruckverfahren und die Palette der verwendeten Pasten erweitert, um die notwendige Flexibilität, Stabilität und Automatisierung zu erhalten. Dazu wird ein Prüfstand für das Einsatzverhalten der Drucksiebe aufgebaut. Parallel dazu wird unter Verwendung numerischer Modelle sowohl für den 3D-Siebdruckprozess als auch für die Weiterverarbeitung durch Sintern eine neue Methode der Prozessanpassung und Optimierung entwickelt. Diese schließt das fertigungsgerechte Design ein. Alle Ergebnisse fließen in neue Konstruktionsrichtlinien sowie in ein Konzept für die industrielle Anwendung ein. Als Produktdemonstratoren dienen auf Keramik gedruckte und gesinterte Silberspulen sowie additiv gefertigte Wärmesenken und Rahmen für elektronische Baugruppen.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die additive Fertigung von Werkstoffverbünden aus Keramik und Metall und deren Strukturierung im Siebdruckverfahren ermöglicht neue Fertigungskonzepte und erlaubt schnelle Bauteildesignwechsel. Durch den Wegfall von Prozessschritten ergeben sich Kostenvorteile von bis zu 20 Prozent bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität. Die Integration neuer Funktionen und die Miniaturisierung der Bauteile ermöglichen die Herstellung neuer und leistungsfähiger Produkte, wie Kommunikations- und Messgeräte für die Raumfahrt und die Medizintechnik.

• Christian Koenen GmbH
• EKRA Automatisierungssysteme GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG
• Micro Systems Engineering GmbH
• VIA electronic GmbH