Mikro-3D-Druck und Metallbeschichtung sind komplementäre Technologien, mit denen kostengünstig Teile für Anwendungen hergestellt werden können, die Metalloberflächen und/oder elektrische Leitfähigkeit erfordern. Da Kunststoffe in der Regel weniger kosten als Metalle, senken metallbeschichtete Kunststoffe die Materialkosten; allerdings sind 3D-druckbare Polymere aufgrund ihrer Oberflächen-beschaffenheit oft eine schlechte Wahl für die Beschichtung. Außerdem können die meisten 3D-Drucker keine komplizierten Teile mit hoher Präzision herstellen. Bei den 3D-Druckern, die dies können, ist der Grad der Präzision möglicherweise höher als für die Anwendung erforderlich.
Zur Herstellung von Kunststoffteilen mit feinen Merkmalen wie Löchern, Schlitzen und Hohlräumen können vor der Beschichtung Mikro-Spritzguss oder CNC-Bearbeitung eingesetzt werden. Mikro-Spritzguss ist jedoch bei geringen Stückzahlen nicht kosteneffizient, und selbst die Präzisionsbearbeitung bei geringen Stückzahlen kann kostspielig sein, da spezialisierte Arbeitskräfte und teure Produktionsprozesse erforderlich sind. Die Stückkosten sinken bei höheren Stückzahlen, aber die Präzisions-CNC-Bearbeitung weist einige andere Nachteile auf. Im Vergleich dazu sind der Mikro-3D-Druck und die Metallbeschichtung eine vielversprechende Option für Teile, die weniger kosten und die erforderliche Präzision aufweisen.
PµSL 3D-Druck und Metallisierung
Mit einer Auflösung von 2 µm bis 50 µm und Toleranzen von +/- 5 µm bis 25 µm ist die microArch-Serie von Mikropräzisions-3D-Druckern von Boston Micro Fabrication die perfekte 3D-Drucktechnologie für die Metallbeschichtung, die glatte, glasähnliche Oberflächen erzeugt, die mit den meisten anderen 3D-Drucksystemen nicht möglich sind. Mit der Projektions-Mikro-Stereolithographie (PµSL)-Technologie von BMF hergestellte 3D-gedruckte Teile können mit Kupfer oder Nickel in unterschiedlichen Anteilen beschichtet werden, um spezifische mechanische, funktionale oder ästhetische Eigenschaften zu erzielen. Dazu gehören EMI-/RFI-Abschirmungen und Verkleidungen, die darauf ausgelegt sind, die Abrieb-, Lösungsmittel-, Flammen- oder Temperaturbeständigkeit zu erhöhen. Dies stellt eine kostengünstige, leicht reproduzierbare Alternative für die Herstellung kleiner und komplexer Metallkomponenten dar, deren Fertigung mit traditionellen Methoden teuer ist.
BMF arbeitet mit einem Spezialisten für Metallbeschichtung im Vereinigten Königreich zusammen, der die Beschichtung von PµSL-Teilen optimiert hat. 3DDC, das britische Unternehmen für Galvanotechnik und 3D-Druck, hat Machbarkeitsstudien durchgeführt und kann die gewonnenen Erkenntnisse über Lösungsmittelwäschen, zusätzliche Trocknungszeiten zum Entgasen sowie ultraviolette (UV) und/oder thermische Nachhärtung anwenden. Die Expertise des Dienstleisters ist von großer Bedeutung, da die Beschichtung Substratunregelmäßigkeiten hervorhebt. Ein kürzlich durchgeführter BMF-Test mit 3DDC zeigt den Wert, den der PµSL-3D-Druck und die Metallbeschichtung bieten. Er deutet auch auf zukünftige Anwendungen hin.
Erreichen des Machbarkeitsnachweises
Das Experiment umfasste die Beschichtung einer (80 µm) Mikroturbine, die mit einem PµSL-3D-Drucker hergestellt wurde. Die Geometrie der Mikroturbine war anspruchsvoll, und die Lüfterblätter waren kleiner als die meisten zu beschichtenden Kunststoffteile. Dieser erfolgreiche Test umfasste eine UV-Nachhärtung und eine thermische Härtung bei 50 °C (122 °F) für eine Stunde. Die Mikroturbine wurde zuerst mit 1 µm chemisch Nickel und dann mit 5 µm galvanisch Kupfer beschichtet. Da die verwendete Metallmenge gering war, waren die Materialeinsparungen durch PµSL im Vergleich zu einer Vollmetall-Mikroturbine erheblich. Auch die teure CNC-Bearbeitung konnte entfallen.
Wichtig ist, dass die Mikroturbine in diesem Experiment die erforderlichen dielektrischen Eigenschaften aufweist. Potenzielle Anwendungen für den PµSL-3D-Druck und die Metallisierung umfassen Hochfrequenz-Wellenleiter mit kleinen, präzisen Merkmalen. Traditionell wurden Wellenleiter aus Metall gefertigt, und um kleine Merkmale zu erzielen, waren Präzisionsbearbeitungen erforderlich. Folglich stellte BMFs Experiment mit 3DDC einen wichtigen Machbarkeitsnachweis für die Universität Birmingham und Flann Microwave dar, zwei Organisationen, die kostengünstige Wellenleiter für Mikrowellen- und Millimeterwellenanwendungen herstellen möchten. Zusätzliche Anwendungen könnten 4G- und 5G-Antennen sowie Geräte mit kleinen Kanalgrößen umfassen.
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