4 Fragen an… Dr. Anna Endrikat und Lara Eggert

Frau Dr. Endrikat, Frau Eggert, Sie führen aktuell ein spannendes ZIM-Projekt an der TU Ilmenau durch, bitte beschreiben Sie Projekt und Projektziel doch kurz!

Wir bearbeiten derzeit das ZIM-Projekt „Additive Fertigung von Leiterplatten mit galvanischer Beschichtung“ mit zwei Industriepartnern, den Firmen 4D Concepts GmbH und Gigler Elektronik GmbH. Dabei werden durch den Einsatz von zwei verschiedenen Kunststoffen im FDM-Druck (Fused Depostion Modeling zu deutsch: Schmelzschichtung) die Voraussetzungen für eine selektive Metallisierung der Leiterbahnstrukturen geschaffen. Im Rahmen des Projektes beschäftigt sich die Firma 4D Concepts GmbH mit dem FDM-Druck von Schaltungsträgern mit zwei unterschiedlichen Kunststofffilamenten. Das Fachgebiet Elektrochemie und Galvanotechnik an der TU Ilmenau untersucht die selektive chemische Metallisierung dieser gedruckten Bauteile. Die Firma Gigler Elektronik GmbH erprobt die beschichteten 3D-Bauteile hinsichtlich geeigneter Bestückungsverfahren.

Was ist die besondere Herausforderung bei der Galvanisierung von 3D-gedruckten Substraten?

Bei der Metallisierung von 3D-gedruckten Bauteilen gibt es mehrere Herausforderungen. Als erstes müssen geeignete Kunststofffilamente ausgewählt werden. Bei dieser Auswahl sind seitens des FDM-Drucks vor allem deren Fließeigenschaften wichtig. Um eine optimale Anbindung, bzw. Haftung beider Kunststoffe im gedruckten Bauteil zu gewährleisten ist es wichtig, die Druckparameter beider Filamente aufeinander abzustimmen. Neben den Fließeigenschaften sind für die chemische Metallisierung u. a. eine geringe Wasseraufnahme und eine gute Chemikalienresistenz zu berücksichtigen. Eine weitere Herausforderung ist die Oberflächenrauheit von gedruckten Kunststoffen. Im Vergleich zum Spritzguss haben gedruckte Bauteile eine höhere Rauheit, daher müssen Vorbehandlung und Aktivierung für die chemische Metallisierung angepasst werden. Zusammengefasst sind die Herausforderungen für die Metallisierung von 3D-gedruckten Bauteilen ein Zusammenspiel zwischen Kunststoff, Druckverfahren, Vorbehandlung und Metallisierung.

Und wie metallisieren Sie nun selektiv?

Beim Metallisierungsprozess wird chemisch metallisiert. Dabei findet die Kunststoffgalvanisierung auf herkömmliche Weise mit einigen Anpassungen statt. Daher stehen theoretisch eine Reihe von Metallen wie zum Beispiel Nickel, Kupfer und Zinn zur Verfügung. Der gesamte Metallisierungsprozess muss an die Herausforderungen der 3D-gedruckten FDM-Bauteile angepasst werden. Damit eine selektive Metallisierung erfolgen kann, ist die Auswahl der Kunststofffilamente von Bedeutung. Hierbei liegt die Herausforderung ganz klar darin, dass in einem Metallisierungprozess der eine Kunststoff beschichtet wird, während der andere keine Metallisierung aufweisen darf.

Welche Vorteile bietet diese selektive Beschichtung von Leiterplatten für Anwender und welche Einsatzmöglichkeiten gibt es?

Unser Verfahren weist gegenüber der konventionellen Leiterplattenherstellung sowie der MID-Technologie (Molded Interconnect Devices) mittels Laserstrukturierung deutliche Vorteile auf. Der FDM-Druck ist ein günstiges Verfahren und in seiner Anwendung sehr flexibel. Durch die höhere Produktflexibilität gegenüber den Spritzgussverfahren und den geringeren Investitionskosten (u. a. für die Lasertechnik) können Bauteile für Kunden individuell, schnell und bereits in geringer Stückzahl kostengünstig produziert werden. Daraus resultiert, dass sich das Verfahren sehr gut für die Herstellung von Prototypen eignet. Unser Projekt bezieht sich zwar derzeit nur auf Schaltungsträger, aber unser Verfahren kann auch in anderen Industriezweigen eingesetzt werden. Durch die Flexibilität des 3D-Drucks und der selektiven Beschichtung sind die industriellen Einsatzmöglichkeiten vielseitig.