3D-Druck | Ingmar's Retroblog

Einfach praktisch ist er schon, der 3D-Drucker. Ein Kunststoff-Filament bis zum flüssigen Zustand erwärmen und mit einem Drei – Achsen – Positionierer den Kunststoff schichtweise auftragen. Das ist ganz das grob beschriebene Prinzip eines 3D-Druckers. Und mit genauso einem Drucker habe ich schlussendlich das hier beschriebene Objekt ausgedruckt. Bei dem verwendeten Drucker handelt es sich um einen Ultimaker 2+, der mit ABS-Filament mit 2.85mm Durchmesser als Druckmedium befüllt ist.

Doch vor dem Ausdrucken muss erst einmal ein Druckmodell her. Hier gibt es im Netz eine Vielfalt an fertigen herunterladbaren Modellen, die direkt gedruckt werden können. Eine Website ist hier zum Beispiel thingiverse. Hier können die Community – Mitglieder ihre Designs und Objekte veröffentlichen und frei zugänglich machen. Doch ich wollte kein fertiges Modell nehmen, sondern den gesamten Designflow einmal von Beginn an durchmachen und testen, ob die, hier bei uns in der Arbeit verwendeten Tools auch zuverlässig funktionieren. Für dieses Testobjekt, einen Telefonaufsteller – oder „Handyhalter“ habe ich folgende Tools verwendet:

Die 3D – Konstruktion habe ich mit AutoCad 2013 von Autodesk gezeichnet. Hier kamen einfach nur 3D Körper wie Quader und Zylinder zum Einsatz, die durch Addition, Subtraktion und extrudieren von Objekten das gewünschte Ergebnis liefern. Das fertige Objekt wird dann als Stereo-Lithografie-Datei (.stl) exportiert.

Jetzt kommt die sogenannte Slicer – Software zum Einsatz. Slicer bedeutet sinngemäß so viel wie zerschneiden, aufschneiden. Und nichts anderes macht diese Software. Das dort geladene Druckmodell wird in Schichten zerlegt, so wie sie der Drucker später auch als Kunststoffebene schichtenweise aufträgt. Auch hier gibt es einiges an open-source und freeware Software. Ich habe Cura verwendet. Dieses Slicer-Tool wird auch von Ultimaker angeboten und kann auch direkt mit deren Hardware arbeiten. Im Slicer werden dann einige Parameter festgelegt, die für den Druck dann wichtig sind. Das sind die Temperatur auf die das Filament erwärmt wird, die Plate Temperatur, die Materialvorschubgeschwindigkeit (ist abhängig von der Druckdüse und dem Material selbst), die Druckgeschwindigkeit usw. Hier sind etliche Dinge zu beachten und definieren, die schlussendlich erhebliche Auswirkung auf die Qualität, den Materialverbrauch und die Druckzeit haben…

IMAG1500 — Microchip unter Mikroskop ca. 1x1mm mit Anschlussleitungen

Eigentlich gehört es nicht in einen Retroblog. Es hat nämlich nichts mit „Retro“ zu tun. Es ist brandaktuell. Und worum es geht, ist den nächsten paar Zeilen zu entnehmen.

„ES“ ist ein Einblick in das SI-Labor (SI=Systems Integration) und was wir hier so machen.

Im Rahmen eines aktuellen Projektes des Interact Josef Ressel Centers (siehe Projektwebsite) wurden in unseren Labors Platinen zur Messung und Spezifikation von Microchips entworfen. Ebenso werden die vom Team der Interact-Gruppe, unter Leitung von Hrn. Dr. Sturm hergestellten Microchips mit einem sogenannten Wedge- bzw- Ballbondgerät mit Golddrähten zur Leiterplatte verbunden. Die Drähte haben dabei einen Durchmesser von 17um (=0,017mm) bzw. 25um(=0,025mm).

IMAG1523 — Needleprober mit zwei Prüfspitzen

Nachdem die alle benötigten Kontakte des Chips mit der Platine verbunden sind, können erste Messungen durchgeführt werden. Um möglichst genaue Messwerte vom Chip zu erhalten, werden ganz kritische Signale mit kalibrierten Prüfspitzen direkt vom Chip abgenommen bzw. eingespeist. Würden die Messsignale über die Leitungen der Printplatte geführt, so können verschiedene elektrische und physikalische Effekte (parasitics) die Messwerte erheblich verfälschen. Das Messen direkt am Chip passiert natürlich unter dem Mikroskop mit einem sog. Needleprober. Da hier alles manuell von Hand eingestellt wird, ist höchste Präzision und Konzentration angesagt. Eine kleine Unachtsamkeit oder Vibration kann die mehrere tausend Euro teuren Prüfspitzen sofort zerstören.

IMAG1526 — Prüfspitzen auf Chip aufgesetzt. Oben sieht man die Bonddrähte

Nachdem nun die Messungen am Chip direkt durchgeführt worden sind, kann die Printplatte selbst gemessen werden. Ihre Charakteristik wird dann in die gesamte Messung einbezogen (deembedding).

Die Printplatte selbst ist aus sehr dünnem und ziemlich flexiblem Material. Das ist aber für weitere Messungen nicht von Vorteil. Da hier oft viele Kabel und Leitungen angeschlossen werden, würde sich die Platine von Messung zu Messung anders biegen. Das wiederum beeinflusst auch schon wieder die Ergebnisse. Also haben wir mit dem Gedanken gespielt, für die Platine einen Rahmen, oder ein Gehäuse zu fräsen. Da dieses mechanisch auch wieder sehr filigran und umständlich herzustellen ist, hat unser 3D-Printer Spezialist Herr DI Mario Wehr (Website) die Produktion mit eben einem 3D-ABS-Drucker angeboten.

Die Ergebnisse können sich sehen lassen. Um dem Gehäuse eine RF-Schirmung zu verpassen, wird es mit einem leitfähigen Lack überzogen…