Bedrucken einer Freiform-Oberfläche (Sportschuh) mit einem Stäubli-Roboterarm mit UV-aushärtenden Inkjet-Tinten. (Bild: UpperAustrianResearch / Hartwig Zoergl)
Der Digitaldruck erobert mehr und mehr Anwendungsbereiche – auch in 3D! Dank der Profactor GmbH (Steyr/Wien, Österreich) ist der Druck auf Freiform-Oberflächen keine Utopie mehr. Anfang 2022 könnten marktreife Roboter-basierte Inkjet-Drucksysteme vorliegen.
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Inkjet-Druck mit Roboter-Arm
Die Profactor GmbH ist ein außeruniversitäres Forschungsunternehmen mit ca. 75 Mitarbeitern an der Schnittstelle von Wissenschaft und Industrie, das angewandte Produktionsforschung betreibt – Motto: »From Research to Production«. Für die ressourceneffiziente Dekorierung und Funktionalisierung von Oberflächen könnte ein Roboter-basierter Inkjetdruck künftig eine maßgebliche Rolle spielen. Im Fokus stehen dabei vor allem die beiden Technologien Nanoimprint-Lithografie (NIL) und Inkjetdruck zur Realisierung industriegetriebener Anwendungen, unter anderem in den folgenden Bereichen:
• Mikro-/Nanostrukturierung von Oberflächen
Hier bietet Profactor Prozesslösungen und Equipment an, um Mikro-/
Nanostrukturen auf größere Flächen zu applizieren – etwa für Anwendungen in den Bereichen Optik, Mikrooptik, Mikrofluidik und Biosensorik.
• Bedrucken von Freiform-Oberflächen, gedruckte Elektronik
Anwendungen umfassen hier den Digitaldruck auf Textilien, Gläsern und Polymer-Oberflächen von Spritzgussbauteilen mit UV-aushärtenden Tinten. Die Drucke dienen entweder der Dekoration (durch digitale, personalisierbare Motive) oder der Funktionalisierung (zum Beispiel Aufbringen von Schutzlack). Das Anwendungsumfeld für das Schaffen von Mehrwert durch Aufbringen von individuellen Motiven oder Funktionalität auf gekrümmte Oberflächen in der Industrie ist vielfältig und reicht vom Sporttextilartikel über den Automotive-Exteriorbereich, Interiorbereich bis hin zu Sensoren, NFC-/RFID-Anwendungen, Displays und Antennen samt struktur-integrierter Elektronikbauteile wie etwa LEDs (vgl. hierzu die Infografik und das Video unten).
• Inkjet-basierter Multimaterial-3D-Druck von Biomaterialien
Gegenwärtig wird in kooperativen Projekten (wie beispielsweise www.inkplant.eu) erforscht, wie die notwendigen Biomaterialien wie Knochenzement oder Hydrogele via Inkjet gedruckt werden können. Ein Ziel dabei ist der Aufbau eines prototypischen Multimaterial-Inkjet-Druckers, der es ermöglichen soll, personalisierte medizinische Implantate (etwa Knorpel oder Knochen) mit abwechselnd harten und weichen Gewebephasen herzustellen. [14570]
(Bild: Profactor GmbH)
Wie muss man sich einen Roboter-basierten Prozess für Inkjet-gedruckte Elektronik vorstellen? Zum einen braucht man einen Inkjet-Druckkopf, zum anderen eine Einheit, mit der man einen Pick&Place-Prozess von diskreten optischen, photonischen oder elektronischen Bauelementen realisieren kann (entweder auf demselben Roboter oder auf einem separaten). Schematisch stark vereinfacht sieht das dann in etwa so aus, dass man das elektronische Bauteil aufnimmt und mittels eines Kamerasystems zunächst einjustiert, einen Kleber auf die gekrümmte Oberfläche aufbringt, das Bauteil dann entsprechend platziert und die Fläche aushärtet. Im Nachtrag wird das Bauteil dann mit Roboter-basiertem Inkjet-Druck der Kontakte, der Leiterbahnen oder einer Antenne/einem Sensor (sprich den funktionellen Bauelementen) komplettiert – und ist somit voll funktionsfähig. (Bild: Profactor GmbH)
Mehr zu den Forschungsprojekten und Zukunftsplänen in Sachen »Roboter-basierter Inkjet-Druck auf Freiformen samt Inkjet-gedruckter Elektronik« bei Profactor lesen Sie in Deutscher Drucker Nr. 7/2021. Diese Ausgabe kann hier bestellt werden:
