ARBURG en Balluff produceren na doorbraak sensoren met 3D-printer
3D-printen wordt steeds belangrijker in de industriële productie. De productietechnologie maakt het mogelijk om zeer complexe vormen te produceren. De integratie van elektronische componenten en dus ook de productie van geïndividualiseerde sensoren was tot nu toe een uitdaging. Op dit vlak heeft ARBURG en Balluff recent een doorbraak bereikt.
Demonstrator van de geïndividualiseerde sensor in de verschillende productiefasen: CAD-concept (linksboven), na de integratie van de elektronische componenten (rechtsboven) en als afgewerkte demonstrator (onder).
Voor taken in de automatiseringstechniek zijn sensoren in geïndividualiseerde vorm interessant omdat ze op verschillende manieren kunnen worden gebruikt. Inductieve naderingssensoren bijvoorbeeld, zijn nu verkrijgbaar in cilindrische metalen behuizingen waarin een spoel, een printplaat en een stekker in een starre constellatie zijn geïnstalleerd – een standaardcomponent met een vaste geometrie. In de automatiseringstechniek worden inductieve naderingssensoren in grote aantallen gebruikt om metalen voorwerpen contactloos te detecteren. In industriële toepassingen kun je echter niet alleen registreren dat een onderdeel is genaderd, maar ook hoe ver het is. Er zijn echter nog geen inductieve naderingssensoren waarvan de behuizingsvorm past in een bepaalde omgeving, zoals in een grijpvinger van een robotarm.
Een behuizing in elke vorm
Dus waarom niet de behuizing van de sensor uit kunststof printen, zodat deze in elke gewenste vorm kan worden vervaardigd? Dit is precies wat ARBURG en de sensor- en automatiseringsspecialist Balluff in samenwerking met het Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA heeft gedaan. Voor de sensorbehuizing was een kunststof nodig met een hoge diëlektrische sterkte en vlamvertragende eigenschappen. De experts kozen voor de kunststof polybutyleentereftalaat (PBT), dat standaard wordt gebruikt als spuitgietmateriaal voor de productie van elektronicabehuizingen. Dit soort materiaal is echter nog niet gebruikt voor 3D-printen, dus pionierswerk was noodzakelijk.
Geleiderbanen in 3D-printen
Het kunststof werd als granulaat in de zogenaamde ‘freeformer’, het industriële additive manufacturing-systeem van ARBURG, gevoerd. Nadat het standaardgranulaat was gesmolten, volgde een gereedschapsloze vrije vorming: een nozzle positioneert uiterst nauwkeurig de kleine kunststof druppeltjes op de bouwplaat. Zo ontstonden in de freeformer laag voor laag driedimensionale componenten met holtes waarin componenten tijdens het printproces konden worden geplaatst. Om dit mogelijk te maken, onderbrak de freeformer automatisch het bouwproces in de respectieve lagen, zodat het mogelijk was om de spoel, printplaat en connector precies te integreren. Een dispenser werd vervolgens in een apart systeem gebruikt om de zilveren geleiderbanen in de behuizing te creëren.
Uiteindelijk was het nodig om de holtes dicht te printen met de freeformer en ze te gieten met polyurethaan. Op deze manier produceerde het team meer dan 30 demonstratiemodellen van de geïndividualiseerde sensoren om ze vervolgens te testen: de componenten moesten bestand zijn tegen temperatuurschommelingen en trillingen, ze moesten waterdicht zijn en een elektrische isolatietest doorstaan. Door het ontwerp- en fabricageproces te optimaliseren, werden de tests uiteindelijk met succes doorstaan.
Het onderzoeksproject “Electronic Function Integration in Additively Manufactured Components” heeft anderhalf jaar geduurd. Stefan Pfeffer, projectverantwoordelijke bij Fraunhofer IPA, onderzoekt momenteel in samenwerking met ARBURG hoe geleidende kunststoffen ook in de toekomst kunnen worden gebruikt om meer toepassingsgebieden te ontsluiten.
