Die automatisierte Integration von Leiterbahnen ist von großer Bedeutung für die Fertigung von verschiedensten Produkten. Der Anschluss von Kabelsätzen bedingt in den meisten Fällen viel manuelle Arbeit und damit verbunden hohe Kosten. Automatisierungsprozesse sind hier bisher unzuverlässig, da vorkonfektionierte Leitungssätze, als biegeschlaffe Elemente nur schwer handhabbar sind. Industriell genutzte Prozesse zur automatisierbaren Integration der Leiterbahnen nutzen aus diesem Grund oft additive Verfahren. Beispiele dafür sind das Jet-Dispensing von Leiterpasten oder Laser Direct Structuring, welche allerdings hoher Materialkosten aufweisen und nur geringe Leiterquerschnitte erzielen können.
Mit dem Wire Encapsulation Additive Manufacturing (WEAM) wurde am Fraunhofer IWU eine Technologie entwickelt, welche verschiedener Leitungselemente vollautomatisiert auf verschiedene Substrate anbinden kann. Innerhalb dieses Prozesses werden Standard-Einzeldrähte oder Litzen verwendet, welche durch ein Mantelpolymer umschlossen werden. Polymere und Leiterelemente können dabei unabhängig und entsprechend der Anwendung gewählt werden. Das Mantelpolymer bietet eine elektrische Isolation und stellt zudem die Anbindung zum Substrat her.
Diese Technologie ermöglicht die Automatisierung der Integration verschiedener Leitungssätze in einer Vielzahl von Anwendungsszenarien. Es können Leiterbahnen in additiv gefertigten Strukturen eingebettet werden, auf Spritzgusswerkstücke aufgebracht oder auf Folienbasis in Fertigungsprozesse integriert werden. Layout der Strukturen ist frei wählbar und lässt sich auch auf 3D-Kontouren applizieren.
Neben Leitungsanwendungen können auch verschiedene Sensoren, Aktoren oder Funktionselemente wie Antennen durch das WEAM-Verfahren umgesetzt werden. Bisher können Leiterquerschnitte von 0,05 – 0,8 mm mit Ablagegeschwindigkeiten bis zu 180 mm/s verarbeitet werden. Im Prozess können verschiedene Möglichkeiten der automatisierten Kontaktierung, wie Löten, Punktschweißen oder IDC genutzt werden.
Durch die Nutzung des WEAM-Verfahrens können Bauteile hochintegrativ und intelligent umgesetzt werden. Der verfügbare Designspace ermöglicht ein hohes Leichtbaupotential, sowie kostengünstige dezentrale Produktionsabläufe.
Dr.-Ing. Fabian Ziervogel vom Fraunhofer IWU präsentierte diese Lösung im Rahmen des Trendausblicks am 11. Juni 2024.
