Forum 3D Printed Electronics & Functions

WEDNESDAY, 6 JUNE 2018

Location: CongressCenter, 1st floor, Room H. Erhardt


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08:30 - 09:30
Check-In
09:30 - 09:35
Welcome Carl-Zeiss Saal
09:35 - 10:30

The continuing growing and evolving Additive Manufacturing space – A look back and looking ahead

Keynote 2
Scott Crump | Stratasys

Scott Crump is the Chief Innovation Officer of Stratasys, focused on leading and managing Innovation by originating and encouraging new ideas, which result in new solutions and products to market.

Mr. Crump is the inventor of Fused Deposition Technology (FDM) and a co-founder of Stratasys in his home garage along with his wife Lisa Crump. They shipped one system in the first commercial year and now Stratasys has over 200,000 3D Printers at customer sites.

In addition to creating the first 3D printer using FDM, which is 90% of the 3D printers used globally today, his focus is easy to use Additive Manufacturing products, not labor intense products; Including AM automation from front end quote engines, order taking, and slicing, queuing and automatic support removal. Also, including offering all the production grade thermal plastics and many of the thermal set plastics.

Mr. Crump served as the CEO, Chairman, and Treasurer of Stratasys from the 1988 start up through 2012.

He is on the Board of Directors and is currently serving as Chairman of the Executive Committee since February 2015.  Prior to that, he served as the Chairman of the Board since inception in 1988.

From 1982 to 1988, Mr. Crump was co-founder and Vice President of Sales of IDEA, Inc., a premier brand manufacturer of load and pressure transducers. Mr. Crump continued as a director and shareholder until its sale to Vishay Technologies, Inc. (NYSE: VSH) in April 2005.

Mr. Crump holds a B.S. in Mechanical Engineering from Washington State University and attended UCLA’s Business Management Development for Entrepreneurs.

10:30 - 10:45
Break
Session 1
Presentation: Wolfgang Mildner, MSWtech
10:45 - 11:15

This Paper will review current developments that combine 3D printed electronics into 3D printed substrates to create full additively manufactured mechatronic systems.

A reconfigurable array of printing, pre- and post processing techniques are combined to enable 100% CAD driven printed electronics manufacturing. The resultant flexible process chain can be easily reconfigured to cope with rapid changes in product type whilst retaining the ability to be scaled through to high volume manufacture. In addition a review of current 3D printed systems, including antenna, heaters and sensors will be conducted.

Lecture 1/1
Dr. Martin Hedges | Neotech AMT
11:15 - 11:45

Additive Fertigungstechnologien bieten das Potential, die Herausforderungen nach schnellen Reaktionszeiten und hoher Flexibilität bei kleinen Stückzahlen wirkungsvoll zu begegnen und somit die industrielle Produktion tiefgreifend zu verändern. In Kombination mit der Technolo-gie MID (Molded Interconnect Devices), die es ermöglicht durch partielle Metallisierung drei-dimensionale Schaltungsträger zu erstellen, können erstmals individuell gefertigte Bauteile mit elektronischen Komponenten direkt bestückt und somit elektrisch funktionalisiert werden. Durch diese Fusion kann der Funktionsumfang eines Bauteils deutlich vergrößert, die Integ-rationsdichte erhöht sowie die Zuverlässigkeit durch Einsparung von zusätzlichen Montage-schritten verbessert werden. Im Hinblick auf kleine Losgrößen ist die Kombination aus additi-ver Fertigung eines Grundkörpers und anschließender Beschichtung mittels eines laser-direkt-strukturierbaren Lacks (LDS-Lack) vorteilhaft, da die kostenintensive Spritzgussform eingespart wird. Durch die Berücksichtigung materialspezifischer Kennwerte, wie der Ober-flächenenergie und der damit einhergehenden Adhäsion des Lacks, kann die Technologie den Sprung von einer reinen Prototypen- hin zur Serientechnologie vollziehen.
Am Beispiel eines additiv gefertigten Füllrohres, wird exemplarisch skizziert, wie durch An-wendung der MID-Technologie, die elektrische Funktion einer kapazitiven Füllstandssensorik in das Bauteil integriert werden kann. Im Rahmen der Vorstellung werden die Potentiale der Technologie sowie konkrete Methoden der Prozessführung vorgestellt.

Lecture 1/2
Thomas Mager | Fraunhofer IEM
11:45 - 13:30
Lunch break and visit to the trade show
Session 2
Presentation: Wolfgang Mildner, MSWtech
13:30 - 14:00

The concept of the Internet of Things is gaining growing significance in our everyday life. An increasing number of products are wirelessly connected to the internet and other Smart Devices and can detect and interact with their physical environment by sensors and actuators. The development of such highly integrated devices is enhancing the evolution of technologies like Mechatronic Integrated Devices (3-D MID).

This presentation provides an overview of classical additive manufacturing technologies and shows how they can be combined with printed electronics to create 3-D MID. There are already first systems for multi-material additive manufacturing available on the market. For example, a system with multiple inkjet heads allows for the generation of multilayer circuit boards by printing electrically conductive and isolating inks. A 5-axis production system is used to demonstrate how different manufacturing technologies like 3D printing, printed electronics and assembly of SMT components can be combined in a single machine.

The manifold fields of application for printed electronics is shown by current research projects of the institute. An example is the generation of 3D functional structures for high-frequency applications. The utilization of digital printing technologies allows to create entirely new HF-specific functionalities that could not be realized by conventional etching of circuit boards. First demonstrators of additively manufactured antennas are characterized and compared with reference antennas.  

Lecture 2/1
Markus Ankenbrand | FAU Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)

Markus Ankenbrand studierte Mechatronik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und ist dort seit 2016 am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik als wissenschaftlicher Mitarbeiter angestellt. In der Forschungsgruppe Elektronikproduktion beschäftigt er sich mit den Themenfeldern additive Fertigung und gedruckte Elektronik.

14:00 - 14:30

Using the example of a gripper to be developed for use on an industrial robot, the potential of additive manufacturing is to be maximally exhausted and added value created by integrating functions and sensors as well as lightweight construction. In addition to force-locked gripping and holding of objects while simultaneously enabling form compensation, the easy exchangeability of the sensor technology, the sensor-based compensation of form by the contact surfaces and the sensor-based grip control are among the hard requirements in the specifications. The required 50,000 gripping cycles are to be achieved either by using suitable materials combined with various additive manufacturing methods or by enabling the contact surfaces to be replaced accordingly.
For form compensation during gripping, the use of rolling or springy elements (joints) should enable movement of the gripping surfaces around the neutral position and be detected via the integrated sensor technology with a resolution of 0.05 degrees. In this way, inaccuracies in the shape of the elements to be gripped can be compensated for the aim of depositing the elements precisely using the robot control system. A further focal point is the highest possible proportion of integral design in order to save assembly steps and achieve the most compact design possible. In addition to the additive implementation of the form compensation function and sensor integration, the integration of electrical conductors into the metallic gripper body is also expected to make a major contribution to this. Furthermore, fundamentals for the direct production of sensory elements by paste extrusion or aerosol jet processes are laid.

Lecture 2/2
Richard Kordaß | Fraunhofer IWU

Ausbildung
Richard Kordaß studierte 2009 – 2014 Maschinenbau mit der Fachrichtung Angewandte Mechanik und Thermodynamik an der Technischen Universität in Chemnitz (B.Sc., M.Sc.).


Beruflicher Werdegang/ Tätigkeiten
Im Studium absolvierte Herr Kordaß ein Praktikum im Bereich Simulation Türsysteme bei der Brose GmbH & Co. KG in Hallstadt (bei Bamberg). Im Rahmen seiner Masterarbeit, welche er am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) am Institutsteil in Dresden in der Gruppe »Generative Fertigungsverfahren«  bearbeitete, erforschte er das Thema „Untersuchungen zum Eigenspannungs- und Verzugsverhalten beim Laserstrahlschmelzen“. Seit Mai 2015 arbeitet Herr Kordaß als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-IWU in Dresden. Nachdem er anfangs für Simulationen im Bereich Prozess und Anwendung tätig war, ist er inzwischen für die Akquisition, Planung und Durchführung von Forschungsprojekten im Zusammenhang mit der Strahlschmelztechnologie, insbesondere im Bereich Prozess- und Anwendungsentwicklung tätig.

Stationen
? angewandte Forschung: Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (seit 3 Jahren)

Veröffentlichungen
? Application of hybrid design for additive manufacturing of metals on the example of Project T.O.S.T. - combining topology optimization and lattice structures for structural lightweight designs, Presentation held at International Exhibition and Conference on the Next Generation of Manufacturing Technologies, 14.11. - 17.11.2017, Frankfurt am Main
? CAD-integrated modelling of lattice structures for additive manufacturing and property evaluation of generated specimens, Materials Science and Technology Conference and Exhibition (MS&T) 2017, Pittsburgh/Pa.
? CAD-integrierte Modellierung von Gitterstrukturen für Additive Fertigung, Gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik (KT) 15, 2017, Duisburg
? Konzeptentwicklung für generativ gefertigte Hochleistungs-Miniaturwärmeübertrager, Werkstoffwoche 2017, Dresden
? Entwicklung eines Systems zur kontaminationsfreien Multimaterialfertigung im Laser-Strahlschmelzen, Rapid.Tech Conference 14, 2017, Erfurt
? Patentanmeldung DE102016208196.9 „Verfahren und Vorrichtung zur generativen Herstellung von dreidimensionalen Verbundbauteilen“ 2016
? Approaches for structural simulation of additively manufactured metal parts, Fraunhofer Direct Digital Manufacturing Conference (DDMC) 2016, Berlin
? Skalierte strukturmechanische Simulation additiver Fertigungsverfahren, Simulationsforum "Schweißen und Wärmebehandlung" 2016, Weimar
? Numerical Simulation of Residual Stresses and Deformations in Laser Beam Melting, International Seminar Numerical Analysis of Weldability 2015, Graz

14:30 - 15:00

To meet a growing demand for rapid electronics development, Nano Dimension has developed an innovative additive manufacturing solution, the DragonFly 2020 Pro 3D Printer for electronics. This breakthrough, multi-material inkjet system, incorporates inherently incompatible nano silver with a polymer. This presentation will explain development work completed and challenges that were overcome in getting a nano silver inkjet ink and a polymer ink to work together. Issues of adhesion, conductivity, mechanical stability and repeatability of the process were all addressed and overcame in creating the world’s first 3D printed electronics solution, to create 3D circuitry that incorporates conductive and non-conductive materials, and rigid and flexible polymers. 3D printed objects produced on the DragonFly 2020 Pro include sensors, antennas, molded interconnect devices (MIDs), PCB and components with conductive geometries. This presentation will show real life applications demonstrating the many advantages of 3D printed electronics, including in-house rapid prototyping which takes designs from concept to prototype in hours, rather than weeks, as in the past. Business implications include faster time to market, improved efficiency, more innovative and agile hardware development cycles and completely new design geometries, that cannot be produced in any other way – which is game changing.

Lecture 2/3
Udi Zamwel | Nano Dimension
15:00 - 15:30
Break
Session 3
Presentation: Wolfgang Mildner, MSWtech
15:30 - 16:00

Additive manufacturing (AM) technologies have revolutionized the development and the manufacturing of products. By using these technologies, it is possible to manufacture cost-efficient, problem- and requirement-adapted components in small quantities. Certain AM technologies, like Fused Layer Modeling (FLM), enable the production of multi-material components within one manufacturing step. This is achieved by simultaneous use of various materials in the build process.
The materials used in FLM have different softening temperatures and some are sufficiently transparent at those wavelengths that are commonly used in optical sensor and communication systems. By combining transparent materials and non-transparent materials or materials with different indices of refraction, it is possible to manufacture light-guiding structures which include all above-named advantages of AM.
These light-guiding structures can be embedded in complex components like industrial gripper arm modules by manufacturing single components with additional sensor or communication function.
In the paper, first sensing components based on FLM and materials with different transmission behavior will be presented. Additionally, first design rules for light-guiding structures produced by FLM are given.

Lecture 3/1
Dr. Oliver Stübbe | Hochschule Ostwestfalen-Lippe

  • Training in communications electronics at Deutsche Telekom
  • Studying electrical engineering with a focus on information technology at the University of Paderborn, Germany
  • Doctorate (Dr. -Ing.) at the Chair of Theoretical Electrical Engineering at the University of Paderborn,

    • Thesis: Modeling method for the time-efficient simulation of optical interconnections on circuit board level

  • Employee at Siemens
  • Research assistant at C-LAB, a research institution of the University of Paderborn and Siemens
  • Head of the Optics Laboratory of the C-LAB
  • Group leader of the Optical Engineering Group at C-LAB
  • 11.2012 Acceptance of a professorship at the Ostwestfalen Lippe University of Applied Sciences
  • Focus on:

    • Teaching: Photonics, Sensors and Theory of Electromagnetic Fields
    • Research: Sensors and Optical Engineering for Sensors and Communication Technology

16:00 - 16:30

Die Miniaturisierung chemischer und biologischer Analysegeräte (Lab-On-A-Chip) wird in den meisten Fällen durch aufwendige Bohr- und Ätzvorgänge realisiert. Sowohl mit Hilfe des DLP- (Digital Light Processing) als auch des SLA-Verfahrens (Stereolithographie) lassen sich Herstellungskosten und -Zeit senken.
Hinzu kommt das durch die Verwendung miniaturisierter Diagnosegeräte sich der Verbrauch von kostenintensiven und umweltschädigenden Chemikalien wesentlich verkleinern lässt. Trotz dessen sollte die wechselwirkende Fläche weiterhin möglichst groß sein, um die Messgenauigkeiten zu erhalten. Die Vergrößerung der Oberfläche innerhalb der Kanäle, durch Einlagerung von Fasern,  stellt dabei eine Möglichkeit diesem Umstand Rechnung zu tragen dar.
Zunächst wurden zur Validierung des anlagenspezifischen Auflösungsvermögen geeignete Probekörper unterschiedlicher Geometrien aufgebaut und die minimalen Kanaldurchmesser und Schichtdicken handelsüblicher Desktop-Anlagen und Harze verifiziert.
Aufgrund der lichtabsorbierenden Wirkung von Carbon- und der streuenden Wirkung von Glasfasern, ergaben sich Diskrepanzen zur Verarbeitung reiner Photopolymer-Harze. Um Modelle zu Belichtungszeiten und Genauigkeit zu erstellen wurden anschließend verschiedene UV-Harze mit unterschiedlich langen Carbon- und Glasfasern versetzt und die Verarbeitung hinsichtlich XY-Auflösung und Schichtdicke untersucht. Hierbei ergab sich eine Abnahme der Genauigkeit bei Glasfasern und der Umstand einer erhöhten Belichtungsstärke für die Verarbeitung des Carbonfasergemisches.

Lecture 3/2
Ireneus Henning | Universität Duisburg-Essen

Werdegang
11/2016 –   Wissenschaftlicher Mitarbeiter
• Entwicklung, Konstruktion, Simulation und Fertigung
• Untersuchungen additiv gefertigter flexibler Strukturen
• Analyse fluiddynamischer Zusammenhänge des menschlichen Herzen
• Forschungen zum Aufbau von Mikrokanälen
• Aufbau und Entwicklung von FLM- und DLP-Anlagen

08/2015 – 10/2016 Lehrer am Herwig-Blankertz Berufskolleg
• Mathematik, Naturwissenschaften,
Deutsch und Politik
• Solo- und Team- Teaching
• Unterricht in Abiturklassen
• Arbeit mit besonders förderungsbedürftigen Schülern

05/2013 – 08/2015 Gewerbegründung und Leitung 3D Print
• Konstruktion, Fertigung und Entwicklung von Prototypen
• Fertigungsplanung
• Budgetierung

10/2006 – 03/2016 Ruhr-Universität Bochum
• Abschluss zum Diplom-Physiker
• Thema „Charakterisierung von III-V Verbindungshalbleiterlasern“
• Laseranwendungstechnik aus dem Ingenieursbereich mit Note 1.0
• Simulation zuvor nicht erforschter Halbleitermaterialien?

07/2003 – 06/2006 Ruhrkolleg Essen, Weiterbildungskolleg der Stadt Essen
• Erwerb der Hochschulreife

01/2003 – 06/2003 Ausbildung zum Industriekaufmann bei GwW in Unna
• Komprimierte sechs monatige Ausbildung
• Kompetenzen in Bilanzierung und Rechnungswesen

09/2002 – 04/2003 Zertifikat EDV-Service Techniker bei A.I.T. in Essen
• Reparatur und Erstellung von PC-Systemen
• Netzwerkadministration

01/1999 – 12/2002 Fernmelder, Bundeswehr KRK
• Sechsmonatiger Auslandseinsatz
• Leitung eines sechsköpfigen Richtfunk-Teams
• Verschiedene Fortbildungen zur Teamführung

09/1995 – 03/1998 Ausbildung zum Chemikanten o.A. bei der Hüls AG in Marl
• Erlangung handwerklicher Kompetenzen
• Praktische Erfahrungen im Betriebsalltag
• Erwerb theoretischer und praktischer Chemiekenntnisse

08/1990 – 06/1995 Dietrich-Bonhoeffer-Realschule, Recklinghausen
• Abschluss mit mittlerer Reife

16:30
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