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1-2015

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Mechatronische Systeme

Mechatronische Systeme Der MIDster veranschaulicht als Demonstrator der Forschungsvereinigung die Potenziale der MID-Technologie. Jörg Franke ist Professor an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und leitet den Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) seit März 2009. Herr Franke ist Vorsitzender des Vorstandes der Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen (3-D MID) e.V..und Leiter des Bayerischen Technologiezentrums für elektrische Antriebstechnik (E|Drive-Center). In seiner vierzehnjährigen Industriezeit war Prof. Franke u. a..bei McKinsey & Company Inc., Robert Bosch GmbH, ZF Über die Autoren: pen 3-D MID e.V.“..Bereits 1992 wurde die Forschungsvereiniwie der Sensortechnik oder der Antennentechnik, in denen sich die MID-Technologie seit Jahren etabliert hat, werden zunehmend auch die Vorzüge der Technologie für Anwendungen im Bereich der Beleuchtungstechnik erkannt. Die Möglichkeiten und Freiheiten hinsichtlich der exakten Positionierung und räumlichen Ausrichtung von LEDs bieten großen Gestaltungsspielraum zur Realisierung gewünschter Abstrahlcharakteristika..Darüber hinaus eröffnen wärmeleitende Kunststoffe sowie ein neuer, für die Laserdirektstrukturierung (LDS) geeigneter Pulverlack, der auf metallischen Oberflächen aufgebracht werden kann, weitere Potenziale in Bezug auf das Thermomanagement und ermöglichen den Einsatz von leistungsstarken LEDs in Beleuchtungsapplikationen. Die MID-Herstellung erfolgt derzeit im Wesentlichen durch die Verfahren Laserdirektstrukturierung und Zweikomponentenspritzguss (2K)..Bei dem gängigen LPKF-LDS-Verfahren werden typischerweise Kunststoffsubstrate, die mit einem speziellen Additiv versehen sind, selektiv mit dem Laser strukturiert. Bei der 2K-Technik wird der Leiterbahnverlauf durch das Spritzgusswerkzeug und die Verwendung einer metallisierbaren und einer nicht metallisierbaren Kunststoffkomponente bestimmt..Die Leiterbahn wird bei beiden Prozessen anschließend in einem außenstromlosen, nasschemischen Prozess appliziert. In Ergänzung zu den etablierten Prozessen werden neue Verfahren zur Herstellung von 3D-MID entwickelt.. Großes Potenzial besitzen insbesondere Drucktechnologien. Mit dem Aerosol-Jet-Verfahren können feinste Strukturen deutlich unter 100 µm kontakt- und maskenlos auf unterschiedlichen Substraten abgeschieden werden. Um dem anhaltenden Trend zur Miniaturisierung mechatronischer Systeme gerecht zu werden, sind weitere produktionstechnische Entwicklungen gefordert, die die Voraussetzungen zur Verarbeitung kleinster Bauelemente schaffen. In diesem Zusammenhang arbeitet beispielsweise die Firma LPKF Laser & Electronics AG an Konzepten, die die Herstellung von Leiterbahnen mit einer Breite von 25 µm im LPKF-LDS-Verfahren ermöglichen..Neben der Anlagentechnik gilt es hierzu auch materialseitig Entwicklungen voranzutreiben sowie einen optimierten Reinigungsprozess sicherzustellen. Innovative Produkte und Fertigungsverfahren sind gerade in der interdisziplinären Technologie MID oftmals das Ergebnis unternehmensübergreifender Kooperationen..Eine besondere Initiative in diesem Zusammenhang ist das Netzwerk der Forschungsvereinigung „Räumliche Elektronische Baugrupgung mit dem Ziel der Förderung und Weiterentwicklung der MID-Technologie gegründet..Mit derzeit fast 100 Mitgliedern bildet sie ein aktives Netzwerk aus Herstellern, Zulieferern, Anwendern und Forschungseinrichtungen aus allen relevanten Bereichen dieser Technologie. Schwerpunkte der Netzwerkarbeit sind die Gemeinschaftsforschung, der Erfahrungsaustausch und eine geeignete Öffentlichkeitsarbeit. Um die Vorzüge der MID-Technologie zu veranschaulichen, wurde hierzu beispielsweise der Demonstrator “MIDster“ entwickelt. Forschungsvereinigung 3-D MID e.V. info@3dmid.de www.3dmid.de Lenksysteme (ZFLS) GmbH, INA Schaeffler KG und zuletzt als Vorsitzender der Geschäftsführung bei ABM Greiffenberger Antriebstechnik GmbH tätig. Thomas Kuhn geboren 1985, studierte Wirtschaftsingenieurwesen an den Hochschulen Ulm und Neu-Ulm..Seit 2012 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik der Universität Erlangen-Nürnberg und als Geschäftsführer der Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen (3-D MID) e.V..tätig. 22 1/2015

Lasertechnik Neues LDS-System für höhere Flexibilität und effizientere Herstellung Das neue Lasersystem zum Strukturieren von 3D-Schaltungsträgern kommt mit einem hochdynamischen Rundschalttisch und einem Vision-System. Mit dem jüngsten Modell der Fusion3D-Baureihe erweitert LPKF sein Programm der Hochleistungs-Lasersysteme für die Laser-Direktstrukturierung (LDS). Dabei legt ein Lasersystem Leiterstrukturen auf allen drei Dimensionen eines Kunststoffkörpers an..Auf diesen Strukturen bilden sich anschließend metallische Leiterbahnen. Dies erlaubt eine wirtschaftliche, raum- und gewichtssparende Produktion von spritzgegossenen 3D-Schaltungsträgern. Der LPKF Fusion3D 1200 ist als flexible Variante für unterschiedliche Produktionsvolumina konzipiert. Dank seines modularen Aufbaus lässt sich das Lasersystem mit bis zu drei Bearbeitungsköpfen ausstatten, um kurze Zykluszeiten zu erreichen. Durch den integrierten hochdynamischen Rundschalttisch lässt sich ein Bauteil bearbeiten, während ein anderes gleichzeitig eingelegt oder entnommen wird – dies reduziert die Nebenzeiten deutlich.. Die höhenüberwachte Arbeitsfläche gewährleistet, dass das Bauteil im Fokus bleibt und keine Produktionsfehler unterlaufen. Jede Tischhälfte bietet separate I/O-Ports sowie Vakuum und Druckluft.. Größtmöglichen Eingriffschutz gibt eine aktiv überwachende Lichtschranke: Wenn der überwachte Bereich frei ist, kann die Zustellung ohne weitere Verzögerung starten. Mit seinen Laser-Bearbeitungseinheiten und dem hochwertigen Rundschalttisch – optional erweiterbar um ein Vision- System und individuelle Drehvorrichtungen – lässt sich das System exakt an kundenspezifische Layout-und Performanceanforderungen anpassen. Jede Tischhälfte kann für ein separates Projekt eingerichtet werden. Darüber hinaus profitieren Anwender durch die im Lieferumfang enthaltene leistungsfähige Software CircuitPro 3D. Deren Vorteile liegen in der intuitiven Bedienung, schnellen Berechnungsroutinen sowie in den ausgeklügelten..Funktionen zum Optimieren der Strukturierungsprozesse. Durch qualitativ hochwertige Komponenten und wartungsfreundlich ausgelegte Konstruktion sorgt das Lasersystem Fusion3D insgesamt für maximale Maschinenverfügbarkeit und damit für besonders wirtschaftliche Herstellungsbedingungen bei Klein-, Mittel- und Großserien. Extended Stencils Neue Produktanforderungen verlangen neue Wege in der Herstellung: Nach einem System- Upgrade lassen sich auf dem LPKF StencilLaser G 6080 neuerdings auch Stencils mit einer Länge bis zu 160 cm schneiden. Bislang waren nur 80 cm möglich. Insbesondere bei Retrofit- Anwendungen, wie zum Beispiel dem LED-Ersatz herkömmlicher Leuchtstoffröhren, ergeben sich neue Produktoptionen. Die Erweiterung gelingt ohne großen Aufwand und natürlich unter Beibehaltung der Laserklasse..1 im Normalbetrieb und ohne Einschränkungen bei der Filterung von Fein- und Feinststaub. Auch alle weiteren Leistungskennzahlen bleiben unberührt..Die Datenaufbereitung für die Extended Frames wird..über die mitgelieferte CAM-Software gesteuert. Umbau und Benutzereinweisung erfordern nur eine Stunde..Danach kann der Stencil- Laser einen effektiven Schneidbereich von 60x160 cm bearbeiten. Die Ausbuchtung der rückseitigen Wartungsklappe vergrößert die Tiefe von 157 auf 207 cm. Die Produktion eines Extended Frames verläuft in zwei Schritten: Zunächst wird die vordere Hälfte der Schablone geschnitten, dann der Rahmen gedreht. Danach beginnt das Schneiden der zweiten Hälfte. Dabei nutzt das Lasersystem die automatische Ausrichtung und legt beide Schneidfelder mit 20 µm Toleranz aneinander..Die maximale Rahmengröße (X/Y/Z) beträgt 74x180x4 cm. LPKF Laser & Electronics AG www.lpkf.de 1/2015 23

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