Die Fachgruppensitzung Drucktechnologien hatte diesmal das Thema "Drucken in die dritte Dimension" im Fokus und fand im Neubau von Notion Systems statt.

 Am 27. November 2024 traf sich die Fachgruppe Drucktechnologien sowie Gäste bei Notion Systems im neuen Gebäude. Inhaltlicher Fokus der Sitzung war das Drucken in die dritte Dimension mit Beiträgen von Notion Systems, Würth Elektronik eiSos und Hahn-Schickard.

Mit herrlichem Blick Richtung Neckartal startete die Sitzung mit einer Vorstellung des Gastgebers durch den Geschäftsführer Dr. Michael Doran. Notion Systems baut industrielle Inkjet-Systeme und entwickelt Prozesslösungen für Hightech-Industrien. So werden von rund 70 Mitarbeitenden weltweit 15 Millionen Euro erwirtschaftet. Notion Systems gehört zur Lab14-Gruppe, zu der auch Heidelberg Instruments oder Nanoscribe gehören.

Beim Inkjet – bekannt von den Tintenstrahldruckern – werden keine Masken oder Siebe eingesetzt, sondern kontaktlos, digital gedruckt. So werden Strukturen von 30 Mikrometern und darunter erreicht. Das Verfahren ersetzt etablierte subtraktive Prozessabläufe und reduziert so Abfall und Energieverbrauch, was die Elektronikproduktion wirtschaftlicher und umweltfreundlicher macht.

David Hahn von Notion Systems ging anschließend auf den funktionalen Digitaldruck als Werkzeug in der Elektronikfertigung ein. Im Anwendungslabor beschäftigt sich die Firma mit neuen Anwendungen, Printed Circuit Boards (PCB), Training, elektrohydrodynamisches Drucken (EHD) und öffentlich geförderten Projekten. Die Kunden werden unterstützt bei der Auswahl der Druckköpfe, Materialauswahl und -kompatibilität, der Prozessentwicklung, der Schulung und dem Support vor Ort. Konkret schilderte Hahn das Drucken von Lötstoppmasken in der Elektronikfertigung, das vollautomatisch möglich ist. Dafür werden individuelle Druckstrategien entwickelt. Als nächste Schritte will Notion Systems flexible Substrate bedrucken, die Beschriftung integrieren sowie farbige Bereiche drucken. Darüber hinaus ermöglicht das Drucken das Ausgleichen von unterschiedlichen Höhen sowie Auffüllen von Sacklöchern („Blind Vias“) durch gezieltes Bedrucken der zu füllenden Bereiche. Auch das Drucken von „Abstandshaltern“ sowie „Schutzwällen“ ist möglich. Zur Reduktion der Strukturgrößen wird darüber hinaus das EHD-Verfahren näher untersucht.

Christian Robert von Würth Elektronik eiSos präsentierte einen hybriden Fertigungsansatz für gedruckte Elektronik, der im geförderten Projekt AMPERE entwickelt wurde. Am Beispiel eines Steckverbinders ging Robert auf die verwendeten Prozesse, Materialien und Designs ein. Für die Kontaktpins wurde ein Gussverfahren gewählt. Das Kontaktieren von Komponenten erfolgte über Silberpasten. Beim Design für das Additive Manufacturing respektive die hybride Fertigung mussten die geltenden Designregeln sowie Material- und Prozesseigenschaften berücksichtigt werden. Beim Design spielten darüber hinaus Aspekte für nachhaltige Elektronik eine Rolle. Mit Hilfe eines digitalen Zwillings wurden Design und Real-Druck abgeglichen. Abschließend wurden Labortests hinsichtlich Oberflächenqualität sowie Wärmetests durchgeführt.

Der hybride 3D-Druck von leitfähigem Bulkmetall und dielektrischem Polymer für intelligente 3D-Elektronik stand im Mittelpunkt des Vortrags von Dr. Zhe Shu von Hahn-Schickard. Mit der Starjet-Technologie können geschmolzene Metalle berührungslos z. B. für Leiterbahnen gedruckt werden. Der speziell entwickelte Druckkopf stößt das flüssige Metall dabei pneumatisch angetrieben aus. Trotz der hohen Schmelzpunkte der Metalle können auch Polymersubstrate bedruckt werden. Das Verfahren kann im Jet- oder Drop-on-Demand-Modus eingesetzt werden und so metallische Säulen generiert werden. Das Einbetten von Komponenten wie SMD-Bauteilen oder Sensoren ist im Prozess möglich. Nach diesem Einblick ging Shu auf ein vom Land Baden-Württemberg gefördertes Invest-BW-Projekt mit Arburg ein, in dem der Einsatz von StarJet und Freeformer für Hybriddruck von struktureller Elektronik untersucht wurde. Dabei wird der StarJet-Druckkopf in den Freeformer implementiert und erste Demonstratoren auf der Messe Formnext präsentiert.

Alle Vorträge wurden intensiv diskutiert und zeigten so das enorme Interesse am Thema.

Das inhaltliche Fachprogramm wurde abgerundet durch einen beeindruckenden Rundgang ins Applikationslabor sowie die Fertigung.

Am Nachmittag sammelten die Teilnehmenden Themen und Anregungen, sodass für die künftigen Sitzungen wieder viele spannende Aspekte des funktionalen Drucks zu erwarten sind:

• Technologien (Drucken optischer Komponenten oder erneut 3D-Elektronik),
• Materialentwicklung (biologisch abbaubar, wässrige Tinten, Kupfertinten, leitfähige, nanopartikuläre oder vernetzte Tinten),
• Nachhaltigkeit (umweltfreundliche Prozessierung, wässrige Tinten, nachhaltige Werkstoffe und nachhaltiges Design),
• weiterführende Prozessschritte (automatische optische Inspektion, Testen, luftdichte Versiegelung, elektrische Kontaktierbarkeit,) sowie
• Fachkräfte, Wirtschaftlichkeit und Standards/Normen.

Eine weitere Anregung der Gruppe, das Bier nach der Sitzung, konnte von Notion Systems direkt spontan umgesetzt werden!

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