Prototypen und Kleinserien

3-D-Druck beseitigt Engpässe im Prototypenbau

| Autor / Redakteur: Martin Ortgies * / David Franz

Ein Bauteilträger aus dem 3-D-Druck: Der Träger hat eine Vertiefung, exakt passend für die Größe des Bauteils. Damit ist eine automatisierte Zuführung zur SMD-Maschine sichergestellt.
Ein Bauteilträger aus dem 3-D-Druck: Der Träger hat eine Vertiefung, exakt passend für die Größe des Bauteils. Damit ist eine automatisierte Zuführung zur SMD-Maschine sichergestellt. (Bild: Ortgies)

Der Elektronikfertiger Ihlemann nutzt seine Serienfertigungs-Anlagen auch für den Prototypenbau. Ein Problem war hier jedoch häufig die maschinengerechte Bauteilzuführung. Hier hilft der 3-D-Druck.

Die technischen Unterschiede zwischen Prototypen- und Serienfertigung werden zunehmend größer, denn beim traditionellen Prototypenbau steht die fertigungsgerechte Auslegung der Leiterkarte nicht im Vordergrund. Üblicherweise erfolgt die Bestückung auf Musterbaumaschinen. Datenformate, Prozesse und technische Parameter unterscheiden sich daher immer von den Serienmaschinen.

Da im Prototypenbau traditionell viele Bauteile manuell bestückt werden, wirkt sich die steigende Miniaturisierung immer stärker aus. Insbesondere bei der Handbestückung von SMD-Bauteilen ist die Qualität kaum noch zu gewährleisten, weil die Bauteile kontinuierlich kleiner und die Rastermaße immer enger werden.

Die erforderliche Positionsgenauigkeit eines SMD-Bauteils von beispielsweise 50 µm ist per Hand nicht zuverlässig einzuhalten. Befinden sich die Bauteile in der Paste nicht an der richtigen Stelle (x,y und Höhe), ergeben sich mangelhafte Lötstellen mit Fehlerraten von häufig 20 bis 30 Prozent. Außerdem erfordert die manuelle Verarbeitung mehr als zehnfach so viel Zeit, Nacharbeiten bei Lötfehlern noch nicht gerechnet.

Die Fertigung von Prototypen auf High-End-SMD-Bestückungsautomaten hat aus Sicht des Elektronikfertigers Ihlemann wesentliche Vorteile: Anforderungen wie Design for Manufacturing (DfM), Design for Testability (DfT) und Design for Cost ( DfC) werden bereits an die Erstellung von Prototypen gestellt. So kann mit einer Software-Evaluierung vor der ersten Fertigung überprüft werden, ob eine Baugruppe fehlerfrei und kostengünstig produziert werden kann. Schließlich basiert auch die Erstmusterprüfung bereits auf dem VDA-Standard „Produktionsprozess- und Produktfreigabe“ (PPF).

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So erhält jeder Kunde für seine Prototypen einen Report über Auffälligkeiten und mögliche Einschränkungen bei der Fertigungseignung seiner Baugruppe. Damit ist technisch weitgehend sichergestellt, dass zeit- und kostenaufwendige Korrekturen von Entwicklung und Layout beim Übergang von der Prototypen- zur Serienphase vermieden werden können. Zudem entfallen doppelte Grundkosten für die Vorbereitung der Prototypen- und Serienfertigung.

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