Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Robotergeführter Inkjetdruck von funktionalen Schichten auf dreidimensionale (3D) Objekte

Das Bedrucken von dreidimensionalen (3D) Objekten mit graphischen Elementen ist eine aktuelles und neuartiges Anwendungsfeld der Printtechnologie. Dabei werden die Inkjetdrucktechnologie und die Robotik miteinander kombiniert, um den Inkjetdruckkopf über die 3D Objekte zu führen. Bisherige Bestrebungen der Forschung und Industrie in Bezug auf die Kombination von Robotik und Inkjetdruck beschränken sich auf den grafischen Druck. Das heißt, es werden lediglich Bilder oder Texte appliziert.

Ziel des Vorhabens 3D Robo-Jet ist es, funktionale, d. h. bspw. elektrisch leitfähige Schichten auf 3D Objekte aufzubringen und somit smarte Bauteile „massenhaft einzigartig“ herzustellen. Die elektrisch leitfähigen Schichten können unter anderem als Leiterbahnen für die elektrische Signalleitung oder für Antennen eingesetzt werden. Somit können in 3D Objekte neue Funktionen direkt integriert werden. Die Robotik und der Inkjetdruck ermöglichen eine hohe Flexibilität, sodass individuelle Leiterzüge und Antennen und individuelle 3D Objekte bis zur Losgröße 1 mit der gleichen Anlage wirtschaftlich bearbeitet werden können. Dies ist insbesondere für KMU von Interesse, welche oftmals individualisierte Produkte herstellen. Die hohe Flexibilität von Inkjetdruck und Robotik erlaubt es KMUs auf unterschiedliche Markanforderungen (höhere Variantenvielfalt, Marktschwankungen) flexibel zu reagieren und verschiedene Produkte zu fertigen, indem unterschiedliche Druckdesigns und 3D Objekte ohne Investmehrkosten gefertigt werden können. Die Drucktechnologie ist eine additive Fertigungstechnologie. Die innerhalb von 3D Robo-Jet zu entwickelnde Fertigungsstrategie kann prinzipiell auch in bestehende Fertigungslinien integriert werden und ist somit als Modul zu verstehen. Dies ist insbesondere für KMU interessant, da bestehende Anlagen weitergenutzt werden können.

Ergebniszusammenfassung:

1. Realisierung eines Versuchsstand (Roboter + Inkjetmodul + Laserscanner + 3D-Kamera + Nach- (UV- und IR-Strahler) und Vorbehandlungsmodulen (Plasmadüse)) zur drucktechnischen Herstellung elektrisch funktionaler Strukturen (isolierend und leitfähig) und zur Vor- und Nachbehandlung auf dreidimensionalen Objekten auf Basis von 3D-Scans

Anwendungsmöglichkeiten: Bedruckung beliebig geformter dreidimensionaler Objekte; individualisierte Massenfertigung funktionalisierter dreidimensionaler Schaltungsträger/Objekte

2. Entwicklung und Implementierung eines Algorithmus zur Bahnplanung auf Basis von Drucktexturen, die in Voxelkarten umgerechnet werden. Die Druckpfade als Folge einzelner Positionen werden unter Berücksichtigung der drucktechnischen Anforderungen (max. Arbeitsabstand, Frequenz, Auflösung, Genauigkeit) automatisch aus der Voxelkarte berechnet. Aus den Pfaden wird das zugehörige Drucklayout automatisch generiert.

Anwendungsmöglichkeiten:

Vermeidung von Kollisionen beim Druckvorgang sowie bei der An- und Abfahrt; Bedruckung sich wiederholender gleicher Objekte unabhängig von Objekttoleranzen; Bedruckung von Objekten auch wenn zuvor kein CAD-Modell vorhanden ist; Fehlerfreies Zusammensetzen mehrerer nebeneinander liegender Druckbahnen .

3. Erweiterung Grundlagenwissen zum Thema robotergestützter Inkjetdruck:

- Kompensation neigungsabhängiges Fließverhalten niederviskoser Inkjettinten

- Unabhängigkeit Tropfenausstoßweite von Druckkopforientierung

- Positionierungsgenauigkeit Tropfen in Abhängigkeit Arbeitsabstand

Anwendungsmöglichkeiten: Definition von Prozesslimits; Veröffentlichung der Ergebnisse in Fachzeitschriften.

4. Applikationsbeispiele: gedruckte Sitzheizung (Fläche ca. A4), RFID-Antenne auf Sitzlehne