Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAMNeben den Formgebungsverfahren beherrschen die Expertinnen und Experten am Fraunhofer IFAM unterschiedliche Technologien zur Integration von Funktionen in Bauteilen und ihren Oberflächen. Zum einen ist an Funktionsträger wie Leiterbahnen, Antennen oder Sensoren zu denken, die direkt in die Werkstoffe integriert werden können. Zum anderen sind Funktionalisierungen von Oberflächen wie u. a. Korrosionsschutz, elektrische oder thermische Leitfähigkeit sowie elektrische Isolierung zu nennen. Hier stellen wir Ihnen einige Technologien und mögliche Funktionalisierungen vor. Sprechen Sie uns gerne für eine individuelle Beratung zur Optimierung Ihres Produkts an.
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Funktionsintegration
Gedruckte Sensorik
In zahlreichen Anwendungen erfassen und bewerten Sensorsysteme verschiedene technische Zustände. Ergänzend dazu spielen Aktoren insbesondere zur Steuerung von Prozessen ebenfalls eine wichtige Rolle. Wir integrieren Sensoren und Aktoren in diverse Bauteile und Komponenten. Dabei kommen in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen verschiedene Materialien und Prozesse zum Einsatz. Gedruckte mechanische Aktoren aus elektroaktiven Polymeren oder piezokeramischen Materialien können bedarfsorientiert steuernd einwirken. Durch die Kombination von den Sensoren mit den Aktoren lassen sich komplexe Sensor-Aktor-Systeme realisieren, die die Zuverlässigkeit von Systemen erhöhen.
Funktionalisierter 3D-Druck
Der 3D-Druck (auch FDM, FFF) ermöglicht neue Designfreiheiten und eine additive Herstellung von individualisierten Bauteilen aus thermoplastischen Kunststoffen.
Zur Funktionsintegration können auf die Oberfläche eines solchen Bauteils mittels Dispens- oder Aerosol Jet-Verfahren Leiterbahnen, Antennen und Sensoren aufgedruckt werden. Weiterhin können durch das parallele Verdrucken eines technischen und eines beispielsweise elektrisch leitfähigen Kunststoffes während des Bauprozesses diese Funktionen auch in das Bauteil integriert werden.
Bauteilfunktionalisierung: 3D-Integration auf Bauteile
Maskenlose Druck-, Dispens- und Jetverfahren bieten die Möglichkeit einer Funktionsintegration auf 3D-Oberflächen. Kleinste Strukturen können auf unterschiedlichste Substratoberflächen und Geometrien aufgebracht werden. Linienbreiten bis herunter zu 10 μm bei Abständen von 20 μm sind realisierbar. Auch im Sieb- oder Tampondruck können 3D-Oberflächen, z. B. rotationssymmetrische Bauteile, mittels Pasten funktionalisiert werden.
Funktionalisierung mit nasschemischen Verfahren
Bei der Oberflächenbehandlung von Metallen nimmt die nasschemische Vorbehandlung nach wie vor eine Schlüsselrolle in der industriellen Anwendung – z. B. Luftfahrt und Automobilbau – ein: Reinigen, Beizen und Dekapieren sowie Schützen und Aktivieren. Außerdem lassen sich durch nasschemische Prozesse unterschiedliche Funktionsschichten erzeugen, beispielsweise Biokompatibilität, Korrosionsschutz, Verschleißschutz oder elektrische Isolierung. Weitere vorteilhafte Eigenschaften lassen sich auch durch die Kombination nasschemisch erzeugter Schichten mit Verfahren der Plasmatechnik und Lacktechnik erzielen.
Funktionelle Plasmaschichten
Auch mit trockenchemischen Verfahren wie Plasma- und VUV-Technik lassen sich vielfältige Oberflächenfunktionen wie bspw. Haftvermittlung, Abrasionsschutz und Reibungsreduzierung, , Korrosionsschutz, elektrische Isolation sowie Wasser- und Schmutzabweisung realisieren. Das Fraunhofer IFAM hat mit Plasmatechnologie außerdem Beschichtungssysteme entwickelt, welche eine einfache, zerstörungs- und trennmittelfreie Entformung von FVK-Bauteilen ermöglicht.
Laserstrukturierung
Die Laserbehandlung von Bauteilen erlaubt die vielfältige Strukturierung von Oberflächen. So lassen sich über gepulste Laserstrahlung Oberflächenstrukturen aus der Natur nachahmen, wie zum Beispiel die strömungsgünstige Haifischhaut oder die des Sandfischs. Auch in Metalloberflächen lassen sich über die Lasertechnik winzige Kanäle einarbeiten, die wie Adern Flüssigkeiten gezielt leiten können. Diese Kanäle ermöglichen die Speicherung und den Transport medizinisch wirksamer Substanzen, können als Mikroreaktoren fungieren oder Bauteiloberflächen durch Pilze, Bakterien und Zellen beleben.
Funktionelle Lacke und Beschichtungen
Oberflächenschutz, inklusive Korrosionsschutz, und Dekoration von Gegenständen sind seit Jahrhunderten die klassischen Aufgaben für Lacke und Beschichtungen. In den letzten Jahren haben sich – bedingt durch neue technische Möglichkeiten und Rohstoffe – vielfältige Möglichkeiten eröffnet, Gebrauchsgütern durch die Beschichtung innovative Funktionen zu verleihen. Die Entwicklungen zielen dabei auf unterschiedliche Industriebereiche wie Flugzeug, Automobil, Schienenfahrzeug, Schiffbau und Windenergie ab.
Digitalisierung von Gussteilen
Die am Fraunhofer IFAM entwickelte CASTTRONICS®-Technologie ermöglicht das Eingießen elektronischer Funktionselemente in metallische Gussteile. Es entstehen Bauteile mit höherer Funktionalität als bisher, sogenannte »smart castings«. Sie stellen die Basis zur Digitalisierung der Herstellung und Nutzung von Gussteilen dar und bieten darüber hinaus neuartige Fähigkeiten, beispielsweise zur Identifikation und Verfolgung von Gussteilen durch integrierte RFID-Transponder oder zur Zustandsüberwachung von Gussteilen durch integrierte Sensoren.