MEPOFERRI Hybride Metall-Polymer-Filamente für die generative Fertigung von Ferriten und Induktivitäten

Projektbeschreibung:

Die additive Fertigungstechnik gilt als eine der Schlüsseltechnologien um komplexe und individuelle Produkte herstellen zu können. Aufgrund der stetigen Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologien sowie der am Markt erhältlichen Materialvielfalt, steigt auch das Interesse im Elektronikbereich an der additiven Fertigung. Gerade hybride, additive Fertigungssysteme bieten hier die Möglichkeit die Grenzen des technisch Machbaren weiter zu verschieben, die Leistungsfähigkeit elektronischer Komponenten zu steigern und ganz neue, elektronische Systeme zu gestalten. Um diese Möglichkeiten vollends zur Entfaltung zu bringen, braucht es Lösungen die den Anforderungen elektronischer Systeme genügen.

Hierzu zählt beispielsweise die Vermeidung bzw. Verhinderung des Abstrahlens hochfrequenter Störsignale. Dies gelingt heutzutage durch die Verwendung von meist standardisierten Ferritbauteilen. Des Weiteren werden weichmagnetische Ferrite in der Elektrotechnik in Spulen, Drosseln und Transformatoren als Magnetkern eingesetzt.

Mit den, durch die additive Fertigung neu gewonnenen Designfreiheitsgraden, erscheint es daher möglich, eine Leistungssteigerung gegenüber den bisher auf dem Markt befindlichen Systemen zu erreichen. Hierzu müssen die Grundlagen zur Herstellung von einsatzfähigen Ferrit-Polymer-Komposit-Filamenten und deren additive Verarbeitung erforscht und industriell nutzbar gemacht werden.  

Ziel des Forschungsprojektes „MEPOFERRI“ ist es, hybride Metall- und Ferrit-Polymer-Filamente für die additive Fertigung von Ferritkernbauteilen weiter zu entwickeln. Dabei sollen die Kennwerte des bisher in vielen Produkten eingesetzten Systems „Kupferspule mit Ferritkern“ möglichst gut erreicht und eine gleichzeitige Steigerung der Designfreiheitsgrade erzielt werden. Des Weiteren dienen die gewonnenen Kenntnisse zur Erzeugung und Verarbeitung von Ferrit-Polymer-Filamenten zur Herstellung von ferritbasierten Abschirmkomponenten zum Schutz vor hochfrequenten Störungen. 

Zunächst werden die Anforderungen an den Herstellungsprozess und der Verarbeitbarkeit der Kupfer-Polymer- und Ferrit-Polymer-Kompositen sowie die geforderten physikalischen Eigenschaften des resultierenden hybriden Systems Kupfer-Ferrit festgelegt. Im Anschluss erfolgt die Weiterentwicklung der Materialien, die Erprobung der additiven Verarbeitbarkeit und Bestimmung der physikalischen Materialeigenschaften. Diese Kenntnisse fließen in eine umfängliche Simulation, mit dem Ziel die vorhandenen Gestaltungsfreiräume optimal zu nutzen und ein leistungsfähiges Kupfer-Ferrit-System zu generieren. Die in der Simulation definierten Daten werden anschließend additiv umgesetzt und auf ihre physikalischen Eigenschaften untersucht. Die dabei erlangten Erkenntnisse lassen wiederum Rückschlüsse zur Herstellung effizienter Abschirmmaterialien aus Ferrit zu, welche auch generativ erzeugt und im Anschluss charakterisiert werden.

Die hier angedachte Lösung greift den generellen Trend nach individualisierten Produktlösungen über generative, digitale Fertigungsstrategien auf und ermöglicht eine nachhaltige, delokalisierte Fertigung „on Demand“. Die neu entwickelten Materialien, Fertigungstechniken und Simulationen stellen dabei den nächsten Schritt, hin zu komplett gedruckten elektronischen Systemen dar. Hierdurch können am Ende der Technologieentwicklung nicht nur einzelne Komponenten additiv gefertigt, sondern mittels hybrider Fertigungstechniken elektronische Systeme mit erhöhter Leistungsfähigkeit, verringerten Bauraum und komplexen, individuell angepassten Formen realisiert werden.

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