3D-gedruckte Elektronik und Energy Harvesting

Profil und Zielsetzung

3D-gedruckte Elektronik

3D-Druck findet immer weitere Verbreitung, zumeist in Form von kostengünstigen Druckern für Kunststofffilamente. Die Nutzung von Funktionsmaterialien, die bspw. über elektrische Leitfähigkeit verfügen, stellt eine der nächsten Stufen des 3D-Drucks dar. Damit wird es möglich elektronische Funktionalitäten in 3D-gedruckte Werkstücke direkt zu integrieren. Mittels Druck leitfähiger Materialien können zudem auch mehrschichtige Leiterkarten auf schnellem Wege hergestellt, sowie gedruckte Sensorik realisiert werden. Hierfür stehen im Labor verschiedene Drucker und Druckverfahren für die Forschung zur Verfügung.

 

Energy Harvesting

Die mit Industrie 4.0 fortschreitende Vernetzung und Überwachung von Maschinen und Prozessen geht mit einer steigenden Anzahl an Sensoren einher. Bis 2020 soll es weltweit ca. 26 Milliarden funkende Kleinstgeräte geben. Die drahtgebundene Energieversorgung ist je nach Einsatzort der Sensorknoten nicht möglich. Batterien stellen hierbei personell (Austausch) und umwelttechnisch (Entsorgung) eine Herausforderung dar. Energy Harvesting bietet die Möglichkeit, die energieautarke Versorgung (mittels ambienter Energie) drahtloser Sensorknoten zu gewährleisten. Dies kann bspw. durch die Nutzung von Prozessabwärme, Vibrationen von Maschinen, mechanischen Schaltvorgängen oder Indoor-Solarzellen geschehen, worauf sich das Labor in einem der beiden Schwerpunkte konzentriert.

Arbeitsfelder

  • Additive Verfahren zur Herstellung von Sensorik in Greifsystemen
  • Additive Verfahren zu Herstellung von Energy-Harvestern
  • Predictive Maintenance
  • Additive gefertigte Elektronik
  • Additiv gefertigte Kunststoffkomponenten

Laborausstattung

Drucker

Prusa i3 MK3 - 3D Druck Kunststoff

Prusa i3 MK3S - 3D Druck Kunststoff

Prusa i3 MK3S MMU - 3D-Druck Kunststoff

Voltera V-One - PCB Platinendruck

Botfactory SV2 - Multilayer (4Schicht) PCB Platinendruck

Messgeräte

Keithley 2450 SourceMeter - Netzgerät und Multimeter

PeakTech 2005 - Multimeter sowie Induktivitätsmessung

Sourcetronic Precision LCR Meter ST2829C - Messbrücke

Teledyne Lecroy waveStation 2012 - waveform Generator

Teledyne Lecroy waveAce 1001 - Oscilloscope

Weitere Anlagen

Emag EMMI 20 HC - Ultraschallreiniger 150W 2l

Ersa i-Con Vario 4 - Lötstation

Ersa EASY ARM 1 - Saugarm

Liebherr LKUexv 1610 MediLine - Laborkühlgerät

Memmert UF55plus - Wärme – und Trocknungsgerät

RIGOL DP832 - Programmable DC Power Supply

Toolcraft DigiMicro Lab5.0 - Mikroskop

Laufende Promotionen

Additiv hergestellte Energy Harvester

Doktorand: Philipp Gawron

 

 

3D-gedruckte Sensorik in Mensch Roboter-Kollaborations-Greifsystemen

Doktorand: Nikolai Hangst

Einsatz des Labors bei Forschungsprojekten

DFG Forschungsgroßgerät (laufend):  Deutsche Forschungsgemeinschaft DGF;  Fünf-Achs-Maschine zum 3D-Druck von Bauteilen aus Kunststoff in Kombination mit elektrisch leitfähigen Materialien und erforderlicher mechanischer Bearbeitung

ZIM-Kooperationsprojekt (laufend): Entwicklung eines sensitiven Greifbackensystems für Robotergreifsysteme mittels additiver Fertigung (Laufzeit von 12/2020 bis 05/2023)

ZIM-Kooperationsprojekt (laufend): Entwicklung einer 3D-Druckanlage zur automatisierten Herstellung eines aktiven Front-Panelsystems (Laufzeit von 01/2020 bis 04/2022)

ZIM-Kooperationsprojekt (laufend): Entwicklung eines autonomen, fahrerlosen, low-cost-Transportsystems (Laufzeit von 10/2020 bis 03/2023)

ZIM-Kooperationsprojekt (laufend): Entwicklung eines einfach zu programmierenden "low-cost" Entgratungsroboters mit automatischem Fehlerausgleich für große Trägerbauteile (Laufzeit von 03/2021 bis 09/2023)

ZIM-Kooperationsprojekt (laufend): Sensorikbasierte Zustandserfassung, Überwachung und Regelung technisch anspruchsvoller Spritzgussverfahren und hochfachiger Werkzeuge auf der Ebene der Kavität  (Laufzeit von 11/2019 bis 06/2022) 

ZIM-Kooperationsprojekt (abgeschlossen): Entwicklung eines kollaborativen Robotiksystems für die Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung an Industrierobotern; Entwicklung des kollaborativen Gesamtsystems, inkl. der Kamera- und Sensortechnik und des Unterscheidungssystems (Laufzeit von 05/2018 bis 11/2020)

ZIM-Kooperationsprojekt (abgeschlossen): Entwicklung einer Wireless-Technologie für sicherheitskritische Anwendungen – flexible Optimierbarkeit von Leistungsprofil und Energieeffizienz durch variable Sterntopologie und Echoknoten (Laufzeit von 12/2017 bis 05/2020) 

ZIM-Kooperationsprojekt (abgeschlossen): Entwicklung eines multifunktionalen, intelligenten und kundenspezifisch aufgebauten Mensch-Roboter-Kollaborations-3-Fingergreifsystems mit Hilfe von Additive Manufacturing (Laufzeit von 12/2017 bis 05/2020) 

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) (abgeschlossen): Intelligentes Elektroniksystem zur Prozesskontrolle in peripheren Maschinenkomponenten – Energieautarke Stromversorgung / Energy Harvesting (IntelliKOMP Energy) (Laufzeit 03/2018 bis 08/2020) 

ZIM-Kooperationsprojekt (abgeschlossen): Intelligenter Spritzguss – Entwicklung eines miniaturisierten Systems für Identifikation, Prozessdatenspeicherung und Überwachung von Spritzguss­werkzeugen (Laufzeit von 10/2016 bis 07/2019)