Fraunhofer ILT: 3D-Druck ermöglicht integrierte Sensortechnologie

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT stellt auf der formnext neueste Entwicklungen im Bereich der additiven Fertigung vor. Im Fokus stehen hierbei mittels 3D-Druck hergestellte, integrierte Sensoren, die Echtzeitdaten für vorausschauende Wartung liefern können. Diese innovative Technologie verspricht präzise Zustandsanalysen und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Industriebereichen.

Bisher wurden Sensoren manuell auf die Oberflächen von Bauteilen angebracht, was oft ungenau und nicht reproduzierbar war. Mit dem neuen Verfahren des Fraunhofer ILT können Sensoren nun direkt in die Bauteile integriert werden. Dies ermöglicht die Erfassung wichtiger Daten über Belastungen innerhalb der Bauteile selbst.

Samuel Moritz Fink, Gruppenleiter Dünnschichtverfahren am Fraunhofer ILT: “Das manuelle Aufbringen von Sensoren ist in vielen Fällen zu ungenau und nicht reproduzierbar. Zudem fordern die Anwender zunehmend automatisierbare Prozesse.”

Ein beeindruckendes Beispiel für diese Technologie ist ein PKW Querlenker mit einem additiv gefertigten Sensor, der auf der formnext präsentiert wird.

“Der Kraftsensor, den wir auf den Querlenker gedruckt haben, ist inklusive Isolations- und Schutzschicht sowie Anschlüsse nicht einmal 200 µm dick”, erklärt Fink. “Damit lassen sich die wirkenden Kräfte im Einsatz zu jedem beliebigen Zeitpunkt bestimmen.”

Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie sind vielfältig. Sie reichen von der individuellen Überwachung von Batteriezellen bis zur Optimierung von Wartungsintervallen bei Offshore-Windkraftanlagen und zur Verbesserung von Prozessen in der Maschinen- und Anlagenbauindustrie.

“Der Kraftsensor registriert kleinste Risse, die auftreten, bevor sie zum Versagen des Bauteils führen”, so der Gruppenleiter. “Damit lassen sich beispielsweise Batteriezellen einzeln überwachen, Wartungsintervalle bei Offshore Windkraftanlagen optimieren oder Prozesse im Maschinen- und Anlagenbau verbessern”, so Fink weiter.

Eine weitere Innovation des Fraunhofer ILT ist die nahtlose Integration von Sensoren während des additiven Herstellungsprozesses. Mittels 3D-Strukturdruckverfahren wie dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren können Sensoren direkt in die Bauteile integriert werden, während sie hergestellt werden. Dies ermöglicht die präzise Platzierung von Sensoren für anspruchsvolle Zustandsanalysen und schützt sie gleichzeitig vor mechanischen Umwelteinflüssen.

“Die Geometrie der Sensoren kann je nach Bauteil individuell angepasst werden, und zukünftig sind sogar weitere Funktionselemente wie integrierte Heizer denkbar”, sagt Samuel Fink. “Diese Technologie eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, von der Fertigung in den Bereichen Werkzeug- und Maschinenbau bis hin zur Automobilindustrie und darüber hinaus in den Sektoren Energie, Luft- und Raumfahrttechnik.”

Die Präsentation auf der formnext 2023 verspricht einen aufregenden Einblick in die Zukunft der Additiven Fertigung und der intelligenten Sensorik. Das Fraunhofer ILT treibt die Entwicklung von präzisen und innovativen Lösungen weiter voran, die die Industrie in vielerlei Hinsicht verbessern könnten.