Ein Forscherteam des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) arbeitet an der Entwicklung von 3D-Drucktechnologien, um Radartechnik bis in den Hochfrequenzbereich additiv herstellen zu können. Diese sollen handlich, preiswert und individuell sein. Wir haben einen genaueren Blick auf die Pläne und Ideen der deutschen Forscher geworfen.

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Logo Karlsruher Institut für TechnologieLaut einer Pressemitteilung des KIT  nutzen Platinen für Hochfrequenzsysteme bzw. Radarsysteme oft lithografische Verfahren, die allerdings auf Massenfertigung eingestellt sind. Dafür notwendige Belichtungsmasken für bis zu 10.000 Exemplare, wie sie von Unternehmen aus dem Kleingewerbe und Mittelstand hergestellt werden, sind einfach zu teuer. Die Lücke zwischen Einzel- und Massenfertigung soll mit aktuellsten additiven Verfahren und Präzisions-Drucktechnik geschlossen werden.

Forschungslabor mit mikrometerpräziser Druckplattform

Wie Prof. Thomas Zwick, der am KIT das Labor für Hochfrequenztechnik und Technik leitet, in der Pressemitteilung erklärt, werde eine konfigurierbare mikrometerpräzise Druckplattform das Herzstück des geplanten Forschungslabors. Die Druckplattform soll in Zukunft das Packaging hochflexibel und kostengünstig realisieren.

Das Packaging ist enorm abhängig von der eingesetzten Anwendung, zum Beispiel auf die Größe und Ausrichtung der Antennen bezogen. Standardlösungen, die auf Massenproduktion ausgelegt sind, seien daher nicht geeignet. Im Forschungslabor des KIT werden Anlagen für additive und maskenlose Abscheide- und Strukturierungsverfahren zu einer flexibel verwendbaren Druckplattform eingesetzt. Spezielle Messsysteme bestimmen das Frequenzverhalten von Komponenten und Systemen, die mit über 500 MHz arbeiten.

Forscher am KIT bei der Fertigung
Platinen für Hochfrequenzsysteme bzw. Radarsysteme nutzen oft lithografische Verfahren, die allerdings auf Massenfertigung eingestellt sind (Bild © Joachim Hebeler, KIT).

2D- und 3D-Techniken zur Fertigung elektrischer Schaltungen

Zum 3D-Druck elektrischer Schaltungen sind bereits verschiedene Verfahren verfügbar, die mit Materialien arbeiten, die verschiedene elektrische Eigenschaften besitzen und praktisch als Tinte zum Einsatz kommen. Hierbei handelt es sich um 2D-Techniken wie Ink-Jet und Aerosol-Jet oder 3D-Drucktechniken wie die Laserlithografie.

Für die Fertigung von Schaltungen, die über 100 MHz liegen, müssen die Auflösung gesteigert und die komplementären Eigenschaften miteinander verknüpft werden. Die genaue Ausrichtung der Bauteile bedeutet hier die größte Herausforderung für die Forscher.

» Mehr erfahren: Diese 3D-Druckverfahren gibt es

Robotik und Industrie 4.0

Digitale Fertigungsverfahren könnten vor allem von KMUs eingesetzt werden, um Aufbau- und Verbindungstechnik bei Frequenzen von mehr als 100 MHz nutzen zu können. Auf diese Weise ließen sich eine Reihe von Sensoranwendungen im Bereich der Industrie 4.0 und Robotik entwickeln.

Hier existieren zahlreiche Messaufgaben, die von einfachen Abständen bis zu komplexer Bildgebung reichen. Hochfrequenzsensoren sind durch ihre gute Auflösung, hoher Exaktheit, kleiner Bauform und robusten Bauweise ideal geeignet. Neben der Radartechnik können solche Sensoren auch in der Telekommunikation als Sender und Empfänger zum Einsatz kommen. Der 3D-Druck könnte zu einer maßgeschneiderten, integrierten und günstigen Produktion führen.

Das Forschungslabor erhält vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) durch das Programm „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland“ eine über drei Jahre laufende Förderung von 3,37 Millionen Euro.

Das KIT entwickelte mit Glassomer im Jahr 2018 ein Verfahren, mit dem Glas per 3D-Drucker hergestellt werden kann. Vor drei Jahren feierte der NexD1 von der Berliner Firma Next Dynamics auf Kickstarter in Rekordzeit einen Erfolg. Mit dem NexD1, der auf Polyjet Technologie basiert, können integrierte Leiterplatten gedruckt werden.

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