Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen für die Stereolithographie

Research Paper (undergraduate) , 2008 , 67 Pages , Grade: 1,3

Engineering - Mechanical Engineering

Der in den letzten Jahren deutlich gestiegene Anteil elektronischer Komponenten in modernen Kraftfahrzeugen hat dazu geführt, dass diese Bauteile bereits über 30% des Gesamtgewichtes eines Automobils der Oberklasse ausmachen. Aufgrund dieser stetig wachsenden Anzahl an elektronischen Komponenten kommt der Kombination dieser Bauteile mit mechanischen Elementen auf möglichst geringem Raum eine immer größere Bedeutung zu. Mechatronische Systeme mit hoher Integrationsdichte leisten hierfür einen interessanten Beitrag. Minimierter Verdrahtungsaufwand, Reduktion elektromagnetischer Empfindlichkeit, sowie eine wirtschaftlichere Fertigung stellen weitere Vorteile mechatronischer Systeme dar.

Im Rahmen des durch die Deutsche Forschungsgesellschaft geförderten Sonderforschungsbereichs „Integration elektronischer Komponenten in mobile Systeme“, werden daher Verfahren für die wirtschaftliche Produktion intelligenter, mechatronischer Komponenten und deren fertigungstechnische Integration in Kraftfahrzeuge untersucht.

Ziel vorliegender Arbeit ist die Erforschung eines generativen, hybriden Fertigungsverfahrens zum Aufbau komplexer, hochintegrierter 3D Baugruppen, die den hohen Anforderungen an mechatronische Baugruppen in modernen Kraftfahrzeugen genügen. Hierbei soll das flexible Verfahren der Stereolithographie (SLA) mit dem direkten Einbetten von Funktionskomponenten zur sogenannten einbettenden Stereolithographie (eSLA) kombiniert werden. Gleichzeitig sollen elektrisch leitfähige Strukturen während des Bauprozesses generiert werden.
Im Folgenden werden verschiedene Materialien und Verfahren, die bereits zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen im Einsatz sind, hinsichtlich elektrischer Eigenschaften und Integrierbarkeit in den eSLA-Prozess experimentell untersucht und bewertet. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Materialkompatibilität, der Leitfähigkeit, der Stromtragfähigkeit sowie der Automatisierbarkeit.

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Grundlagen und Stand der Technik
  • Das Verfahrensprinzip der Stereolithographie
  • Methoden zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen und zum Multi-Material Auftrag
• Zielsetzung und Vorgehensweise
• Experimentelles Vorgehen
  • Methoden zur Ermittlung der spezifischen Leitfähigkeit und der Stromtragfähigkeit
    • Berechnung der spezifischen Leitfähigkeit
    • Widerstandsmessung mit Hilfe eines Multimeters
    • Widerstandsmessung mit der Vierspitzenmethode
    • Messverfahren zur Bestimmung der Stromtragfähigkeit
  • Einbringen leitfähiger Füllstoffe in das SLA-Harz AccuGen100
    • AccuGen100/Silberflocken Leitkleber
    • Leitfähigkeitsruss als Füllstoff in AccuGen100
    • Herstellen von AccuGen 100/Flocken-Graphit Dispersionen
    • Schlussfolgerung
  • Modifizieren nichtleitender Materialien durch Laserstrahlung zur Erzeugung leitfähiger Strukturen
    • Thermische Modifikation von Lotpaste durch Laserstrahlung
    • Lasersintern von Indium-Zinn-Oxid zur Erzeugung leitfähiger Strukturen
  • Untersuchungen zu intrinsisch leitfähigen Materialsystemen
  • Bewertung verschiedener Materialsysteme hinsichtlich ihrer Integrierbarkeit in den eSLA-Prozess
    • Materialkompatibilität mit dem AccuGen100
    • Flexibilität und 3D-Fähigkeit
    • Minimal realisierbare Auflösung
• Zusammenfassung und Ausblick
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Studienarbeit befasst sich mit der Erforschung von Materialien und Verfahren, die zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen für die Einbettende Stereolithographie (eSLA) geeignet sind. Ziel ist es, ein hybrides Fertigungsverfahren zu entwickeln, das die Vorteile des flexiblen SLA-Prozesses mit dem direkten Einbetten von Funktionskomponenten kombiniert. Dabei sollen elektrisch leitfähige Strukturen während des Bauprozesses generiert werden.

• Bewertung der Materialkompatibilität, Leitfähigkeit, Stromtragfähigkeit und Automatisierbarkeit von verschiedenen Materialsystemen für die eSLA.
• Untersuchung der Integrierbarkeit der Materialsysteme in den Gesamtprozess der eSLA.
• Entwicklung eines Verfahrens zur Erzeugung leitfähiger Strukturen durch Modifikation nichtleitender Materialien mittels Laserstrahlung.
• Bewertung der Eigenschaften intrinsisch leitfähiger Polymere für die eSLA.

Zusammenfassung der Kapitel

Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Thematik der Einbettenden Stereolithographie und erläutert die Bedeutung von elektrisch leitfähigen Strukturen in mechatronischen Systemen. Anschließend werden die Grundlagen der Stereolithographie und verschiedene Verfahren zur Erzeugung leitfähiger Strukturen vorgestellt, die hinsichtlich ihrer Eignung für die eSLA bewertet werden.

Das Kapitel "Experimentelles Vorgehen" beschreibt die Messmethoden zur Ermittlung der spezifischen Leitfähigkeit und Stromtragfähigkeit von Materialien. Es werden verschiedene Verfahren wie die Widerstandsmessung mit einem Multimeter, die Vierspitzenmethode und die Bestimmung der Stromtragfähigkeit durch Erwärmung der Leiterbahnen erläutert.

In den folgenden Kapiteln werden verschiedene Materialsysteme hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften und Integrierbarkeit in den eSLA-Prozess untersucht. Es werden leitfähige Füllstoffe in das SLA-Harz AccuGen100 dispergiert, nichtleitende Materialien durch Laserstrahlung modifiziert und intrinsisch leitfähige Polymere betrachtet.

Abschließend werden die Ergebnisse der Untersuchungen zusammengefasst und ein Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten gegeben.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Einbettende Stereolithographie (eSLA), die Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen, Materialkompatibilität, Leitfähigkeit, Stromtragfähigkeit, Laserstrahlung, Lotpaste, Indium-Zinn-Oxid (ITO) und intrinsisch leitfähige Polymere. Die Arbeit beleuchtet verschiedene Verfahren und Materialsysteme für die Integration elektrischer Funktionskomponenten in den SLA-Prozess und analysiert deren Eignung für die Herstellung mechatronischer Baugruppen.

• College: Friedrich-Alexander University Erlangen-Nuremberg (Bayerisches Laserzentrum)
• Grade: 1,3
• Author: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christian Biewald (Author)
• Publication Year: 2008
• Pages: 67
• Catalog Number: V178771
• ISBN (eBook): 9783656009986
• ISBN (Book): 9783656011361
• Language: German
• Tags: Rapid Prototyping, Stereolithographie, Multi-Jet-Modeling, 3D-Printing, Leitfähigkeit, Leitende Füllstoffe, Lasersintern, Lasertechnik, Mechatronische Systeme, Stromtragfähigkeit, Dispensen, Jetten, ITO, Strombelastbarkeit, Russ, Silber, Blend, Lotpaste