Sensorik 3D-gedrucktes Sensorgehäuse passt sich in Umgebung ein

Redakteur: Stefan Guggenberger

Das Fraunhofer IPA arbeitet daran induktive Nährungssensoren, die für die Automatisierungstechnik wichtig sind, flexibel anpassbar zu machen. Dazu haben die Entwickler erstmals Polybutylenterephthalat (PBT) für den 3D-Druck des Sensorgehäuses verwendet.

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3D-gedruckte Sensoren können flexibel eingesetzt und bei Bedarf an neue Anforderungen angepasst werden.
3D-gedruckte Sensoren können flexibel eingesetzt und bei Bedarf an neue Anforderungen angepasst werden.
(Bild: Fraunhofer IPA)

Die vom Fraunhofer IPA in Zusammenarbeit mit Arburg und Balluff entwickelten Gehäuse ermöglichen es, die induktiven Nährungssensoren individuell an ihre jeweilige Umgebung anzupassen. So können die Sensoren etwa für einen speziellen Roboterarmgreifer optimiert werden. Möglich ist diese Individualisierung durch den Einsatz des 3D-Drucks, der durch seine hohen Freiheitsgrade kaum Designgrenzen kennt. Um den Anforderungen der Industrie gerecht zu werden, haben sich die Verantwortlichen für den teilkristallinen Kunststoff Polybutylenterephthalat (PBT) als Ausgangsmaterial für die Gehäuse entschieden. PBT wird standardmäßig im Spritzguss eingesetzt und hat eine hohe Durchschlagfestigkeit sowie flammhemmende Eigenschaften. Da PBT bisher nicht für den 3D-Druck genutzt wurde, war hier Pionierarbeit nötig.

Automatisierung profitiert von individuellen Sensoren

Vor allem für die Automatisierungstechnik könnten die anpassbaren Sensorengehäuse interessant sein. Hier werden induktive Nährungssensoren eingesetzt, um metallische Objekte berührungslos zu erkennen. Zudem können sie erkennen, in welcher Entfernung sich das Bauteil befindet. Bisher sind die hier verarbeiteten Nährungssensoren in zylindrischen Metallgehäusen verfügbar, in die eine Spule, eine Platine und ein Stecker in einer starren Konstellation eingebaut werden. Es handelt sich also um eine Standardkomponente mit festgelegter Geometrie. Durch die additive Formgebung der Gehäuse wird aus dem Standardteil nun eine flexible Komponente, die schnell angepasst werden kann.

Auch Leiterbahnen werden mit dem 3D-Drucker erzeugt

Demonstrator des Sensors in den unterschiedlichen Fertigungsstufen: CAD-Konzept (oben links), nach der Integration der elektronischen Komponenten (oben rechts) und als fertiger Demonstrator (unten).
Demonstrator des Sensors in den unterschiedlichen Fertigungsstufen: CAD-Konzept (oben links), nach der Integration der elektronischen Komponenten (oben rechts) und als fertiger Demonstrator (unten).
(Bild: Fraunhofer IPA)

Bei der Fertigung der Sensoren wird zunächst das Gehäuse auf einer Anlage von Arburg gedruckt. Dabei wird der Druckvorgang automatisch angehalten, um Bauteile im Gehäuse anzubringen. So konnten während des Druckprozesses die Spule, die Platine und der Stecker passgenau integriert werden.

Im Anschluss werden auf einer separaten Anlage mit einem Dispenser die Leiterbahnen aus Silber im Inneren des Gehäuses gedruckt. Auf diese Weise hat das Team bisher mehr als 30 Demonstratoren additiv gefertigt und diese entsprechend getestet. So müssen die fertigen Sensoren Temperaturwechsel sowie Vibrationen verkraften, wasserdicht sein und einen elektrischen Isolationstest bestehen.

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