Präzise Schwenkung einer Mikroskop-Kamera mit 3D-gedruckten Klemmen

Elektrische Mikrokomponenten unter Echtzeit-Abbildung additiv gefertigt

igus, selbst ein Enthusiast der additiven Fertigung, hat mit seinem 3D-Druck-Filament iglidur i151 die Firma XTPL bei der Realisierung der patentierten „Ultraprecise Deposition“ Technologie unterstützt. Damit lassen sich beispielsweise die feinen Bestandteile von Halbleitern und Leiterplatten mittels einer mikrometergroßen Spritzdüse drucken. Unter anderem sorgt die Echtzeit-Abbildung des Druckvorgangs dafür, dass Strukturen eine Auflösung von unter 1 µm erreichen. Dafür wurde ein motorisiertes Kamera-System entwickelt, wo Klemmen aus dem gleitoptimierten Filament die Stabilität und Präzision der Bewegung sicherten.

Was wurde benötigt: Maßgeschneiderte Gleitelemente als Klemmen für die sich bewegenden Linearaktuatoren
Herstellungsverfahren: Filamentextrusion (FDM)
Anforderungen: Staubresistent, schmierfrei, leichtgewichtig, verschleißfest, chemikalienbeständig
Material: iglidur i151 tribofilament
Branche: Kameratechnik
Erfolg durch die Zusammenarbeit: Sicherstellung der versprochenen Druckgenauigkeit, Kostenersparnis dank der langen Lebensdauer der verschleißfesten Gleitkomponenten

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Die blauen 3D-gedruckten Klemmen befestigen die Linearaktuatoren.

Problem

Damit leitende Strukturen, wie beispielsweise Silberlinien auf Leiterplatten, im Bereich von Mikrometern sauber aus der Spritzdüse herausgeführt werden können, muss diese sich ohne Abweichung bewegen. Damit diese Bewegung in Echtzeit verfolgt werden kann, soll die ferngesteuerte Mikroskop-Kamera genauso akkurat geschwenkt werden können.

Außerdem sollten die Komponenten des Kamera-Systems gegen die beim Druck freigesetzten Lösungsmitteldämpfe beständig sein und eine schmierfreie Bewegung ermöglichen. Noch zu bedenken war die Verwendung möglichst leichter Bauteile, die die Trägheit des Systems vermindern.

Lösung

Zur Positionierung der Kamera wurde eine Lösung auf der Grundlage eines Gelenklagers verwendet. Dabei schwenkt das Kameraobjektiv gezielt innerhalb von zwei Ebenen. Mit Klemmen aus dem 3D-Druck wurden die ausrichtenden Linearaktuatoren befestigt, und somit eine stabilere Bewegung der Kamera gewährleistet.

Darüber hinaus verfügt das iglidur i151 Filament über eine höhere Chemikalienbeständigkeit im Vergleich zu herkömmlichen 3D-Druck-Filamenten. Demzufolge konnten die daraus gedruckten Klemmen den ausgelösten Dämpfen standhalten. Abriebfest und schmierfrei, verringert der leichte Kunststoff zusätzlich ungünstige Wartungsarbeiten.

Der Aufbau genauer betrachtet

Leichtgängige Bewegung mit igus-Lagertechnik

Chemikalienbeständigkeit und Schmierfreiheit mussten bei allen Baukomponenten des Kamera-Systems berücksichtigt werden. Deswegen wurde, zusätzlich zu den 3D-gedruckten Klemmen, weitere Lagertechnik von igus eingesetzt. Wie oben erwähnt, basiert die Schwenkung der Mikroskopkamera hauptsächlich auf einem igubal® Clips-Gelenklager, das auf einer feststehenden Platte aufgebaut ist. Die Drehplatte ist über eine iglidur® G Gleitbuchse mit dem Gelenk verbunden. Um das Spiel im Gelenklager zu eliminieren, wurde eine Druckfeder hinzugefügt, die beide Platten auseinanderspreizt. Außerdem werden die beiden Platten mit einer dazwischen liegenden iglidur® G Bundbuchse befestigt.

Für welche weiteren Anwendungen ist der 3D-Druck geeignet?

Wie im obengenannten Beispiel steht die additive Fertigung für Kreativität. Bei neuen Produktideen oder Optimierungen wird erstmal viel experimentiert, und da ist eine schnelle Herstellungsmethode von großem Vorteil. Bei igus können Prototypen oder Kleinserien in 3 Werktagen 3D-gedruckt und geliefert werden. Im Online 3D-Druck-Service lassen sich die Preise und Eigenschaften von verschiedenen Materialien und Druckverfahren miteinander vergleichen. Dafür muss lediglich eine CAD-Datei des erwünschten Teils per Drag & Drop im Online-Tool hochgeladen werden.

Zeigen die ersten gedruckten Bauteile Erfolg in der entsprechenden Anwendung, können ebenfalls Serien im 3D-Druck umgesetzt werden. Die Wirtschaftlichkeit hängt dabei primär von der geometrischen Komplexität und Größe des Bauteils ab. Bei kleineren Bauteilen (z.B. 20*20*20 mm) lohnt sich der 3D-Druck im Lasersintern (SLS) auch in hoher Stückzahl von bis zu 70.000. Größere Teile hingegen, werden bei solcher Stückzahl durch andere Fertigungsverfahren günstiger produziert. Es sei denn, die Bauteile sind von der Geometrie her so komplex, dass diese nur im 3D-Druck hergestellt werden können. Das am häufigsten verwendete 3D-Druck-Material bei igus ist iglidur i3, da es das beste Preis-Leistungs-Verhältnis hat. Damit werden verschleißfeste und selbstschmierende Komponenten wie Gleiter oder Zahnräder maßgeschneidert gefertigt.

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