3D-Drucker für Hochfrequenzkomponenten | Über neue additive Fertigungsverfahren
Ende 2020 zogen beim Fraunhofer FHR am Standort Villip neue Anlagen ein. Die ergänzende 5-Achs-Maschine, der Metalldrucker und das Kunststoff-Laser-System wurden im Rahmen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) beschafft. Alex Shoykhetbrod ist einer der Forschenden, der an den drei Maschinen arbeitet, und berichtet über die Vorteile der additiven Fertigungsverfahren in der Hochfrequenztechnik.
Herr Shoykhetbrod, wie würden Sie Ihrer Großmutter Ihre Arbeit erklären?
Ich arbeite am Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in der Abteilung Integrierte Schaltungen und Sensorsysteme und würde die Erklärung mit einem Zitat von Charles Darwin anfangen: »Es ist nicht die stärkste Spezies, die überlebt, auch nicht die intelligenteste, sondern eher diejenige, die am ehesten bereit ist, sich zu verändern«. Genau diesen Aspekt versuchen wir in unserer Forschungsgruppe zu adressieren. Jedes Projekt im Millimeterwellen-Bereich ist einzigartig und bringt verschiedene Herausforderungen mit sich: komplexe Geometrien, geringe Gewichtsanforderungen, Einsatz von Materialverbünden …
Wofür sind die neuen 3D-Drucker nützlich?
Die neuen Fertigungsmöglichkeiten in Kombination mit den traditionellen Verfahren ermöglichen es uns, schnell und agil auf die Anforderungen unserer Auftraggeber zu reagieren. Mithilfe der neuen Maschinen sind wir in der Lage, erweiterte Antennen-Konzepte, Wellenleiter-Komponenten, Filterstrukturen und Meta-Materialien zu fertigen. Diese existierten aufgrund der hohen mechanischen Komplexität lange nur konzeptionell in Simulationsumgebungen.
In welche anderen Bereiche fließen die Ergebnisse Ihrer Arbeit mit ein?
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsbereichen, für die unsere Arbeitsergebnisse relevant sind. Ein Beispiel ist das Wärmemanagement, denn insbesondere Radarsysteme mit hoher Ausgangsleistung müssen effizient gekühlt werden. Mit additiven Fertigungsverfahren lässt sich die Oberfläche eines Kühlkörpers signifikant erweitern, was zur Steigerung des Wirkungsgrades führt. Gleichzeitig kann dieser Kühlkörper auch andere Zwecke erfüllen und beispielsweise als Teil eines Wellenleitersystems fungieren. Im Vergleich zu den traditionellen Fertigungsverfahren ermöglichen die Ergebnisse der neuen 3D-Drucker außerdem einen höheren Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Hochfrequenzkomponenten. Die flexible Kontrolle über die Geometrie der Bauteile erlaubt eine Herstellung von viel leichteren Komponenten bei gleichbleibender Funktionalität. Hierdurch können hochintegrierte Radarsysteme mithilfe luftgetragener Systeme geflogen werden.
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