Schreibtischstuhl 4.0

Roboter druckt Sitzheizung und Antennen

6. Dezember 2021, 15:51 Uhr | Karin Zühlke

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Die Grundlagen des robotergeführten Inkjet-Drucks

Die Drucktechnologie selbst untersuchten das Fraunhofer ENAS und das Zentrum für Mikrotechnologien der TU Chemnitz an einer bereits etablierten Fraunhofer-eigenen Anlage. Um die limitierenden Faktoren des Druckprozesses zu ermitteln, bestimmten die Forschenden die Positionierungsgenauigkeit einzelner Tropfen auf Zylinderoberflächen. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurden Abstandslimits bei der Bahnplanung abgeleitet und unter Berücksichtigung der Druckkopfgeometrie und Winkelung eine mathematische Beschreibung der Bedruckung konkaver Geometrien erstellt.

Die Positionierungsgenauigkeit beim Inkjet-Druck ist abhängig von der Distanz des Druckkopfes zur Oberfläche, die bedruckt werden soll. In den durchgeführten Experimenten wurde nachgewiesen, dass bei geringen Abständen von weniger als 6 mm die Positionierungsgenauigkeit marginal reduziert wird. Zudem hat die Druckkopforientierung gegenüber der Erdanziehungskraft, z.B. beim Überkopfdrucken, keinen nennenswerten Einfluss innerhalb dieser geringen Entfernung. Auf schiefen Ebenen ist die Schichtbildung stark vom Fließverhalten der Tinten abhängig. Um hier eine gute Qualität der Funktionsschichten zu erhalten, setzten die Forschenden auf einen schnellen Trocknungsprozess, der mit dem integrierten Modul zur Inline-Infrarot-Nachbehandlung realisiert wird.
Die gewonnenen Erkenntnisse zur Drucktechnologie auf 3D-Bauteilen des Fraunhofer ENAS wurden anschließend am Versuchsstand der TU Chemnitz integriert.

Die Anwendungen

Im Rahmen des Projektes erprobten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zwei Anwendungsszenarien erfolgreich – eine Heizung und eine RFID-Anwendung. Die Heizung wurde auf einer Kunststoffsitzschale durch den Roboter drucktechnisch aufgebacht. Die Heizleiterstruktur aus einer flächig aufgebrachten Leiterbahn mit einer Gesamtlänge von 16 Metern erstreckte sich über knapp 450 cm² der Sitzfläche und Rückenlehne. Im Betrieb erreichte die Heizung eine homogene Temperaturverteilung von 50 °C.
Für RFID-Anwendungen wurde darüber hinaus eine Dipol-Antenne auf der gekrümmten Oberfläche der Sitzschale drucktechnisch aufgebracht. Die Antennenstruktur befindet sich auf der Rückseite der Sitzlehne und ist mit einem RFID-Chip versehen. Die auf dem Silizium-Chip gespeicherten Informationen können aus einer Entfernung von über zwei Meter mit einem RFID-Lesegerät ausgelesen werden.

Das Fraunhofer ENAS hat im Rahmen dieses Projektes seine Expertise im Bereich der gedruckten Funktionalitäten weiter ausgebaut. Die gewonnenen Erkenntnisse stärken einerseits die Kompetenz in den Fertigungstechnologien vor allem im robotergestützten Inkjet-Druck auf 3D-Objekten als auch die Produkttechnologien der gedruckten Elektronik und Antennen.

Beteiligte Forschungseinrichtungen:

Technische Universität Chemnitz, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Zentrum für Mikrotechnologien ZfM, Professur Smart Systems Integration,
Prof. Dr. Harald Kuhn
Technische Universität Chemnitz, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Institut für Automatisierung, Professur für Robotik und Mensch-Technik-Interaktion, Prof. Dr. Ulrike Thomas
Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS

 


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