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Keramische Systeme Intelligente Keramik als Zukunftschance

Technische Keramik bietet gerade im Elektronikbereich viele Vorteile. Bosch Advanced Ceramics hat als Systemlieferant jahrelange Erfahrung in Konstruktion und Produktion hochkomplexer Keramikkomponenten.

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Dieses Bild stellt den gesamten Prozess beim Keramikspritzguss vom Rohmaterial bis hin zum keramischen System dar.
Dieses Bild stellt den gesamten Prozess beim Keramikspritzguss vom Rohmaterial bis hin zum keramischen System dar.
(Bild: Bosch Advanced Ceramics / Grow plattform GmbH)

Keramik ist fast unzerstörbar, das macht sie in der Anwendung so interessant, vor allem wenn es darum geht, viel Funktion auf geringem Raum unterzubringen. Da ist beispielsweise ein Gehäuse, das einen Sensor nicht nur an Ort und Stelle hält, sondern auch noch isoliert und vor Hitze, Abrasion und aggressiven Chemikalien schützt, sehr gefragt. Wenn dann noch die Gestaltungsfreiheit der additiven Fertigung hinzukommen, eröffnen sich optimale Lösungen für viele Einsatzgebiete in smarten Produkten, beispielsweise für Sensorenhalter mit Zusatzfunktionen oder in-situ-Messsensoren.

Dementsprechend gewinnt die Keramik als Funktionswerkstoff für die additive Fertigung immer mehr an Bedeutung. Analysten erwarten in den nächsten sechs Jahren eine Verdreifachung des Marktanteils der Keramik an den AM-Werkstoffen. Im Bereich der Elektronik bietet Keramik eine breite Palette an Einsatzfeldern, unter anderem lassen sich metallische Schichten aufbringen und so Leiter- und Sensorfunktionen kostengünstig und direkt integrieren. Hierbei punktet Bosch Advanced Ceramics mit der zielgenauen Anpassung der keramischen Bauteile an die Herausforderungen ihrer Umgebung.

Keramisches Objektivgehäuse für ein sicherheitsrelevantes Kamerasystem. Durch die Stabilität selbst bei starken Temperaturschwankungen kann die Umgebungserfassung deutlich verbessert werden.
Keramisches Objektivgehäuse für ein sicherheitsrelevantes Kamerasystem. Durch die Stabilität selbst bei starken Temperaturschwankungen kann die Umgebungserfassung deutlich verbessert werden.
(Bild: Bosch Advanced Ceramics / Grow plattform GmbH)

Die additive Fertigung und die damit einhergehende Gestaltungsfreiheit ermöglichen die Integration vieler Funktionen in einem Bauteil. Der Werkstoff Keramik mit seinen vielfältigen Eigenschaften ist eine optimale Ergänzung, um beispielsweise ein Gehäuse neben der mechanischen Schutzfunktion auch zur Wärmeableitung und elektrischen Isolation zu nutzen. Hinzu kommt, dass sich geometrische Details mit hoher Maßhaltigkeit herstellen lassen. Damit können unter anderem in optoelektronischen Anwendungen mehrere Bauteile, zum Beispiel Linsen, sehr exakt zueinander und unveränderlich ausgerichtet werden. Diese Ausrichtung bleibt über einen großen Temperaturbereich stabil. Zudem ist Keramik gegenüber Umwelteinflüssen extrem unempfindlich, biokompatibel und lässt sich hervorragend sterilisieren, was in medizintechnischen Anwendungen von Vorteil ist.

Beim In-Mold-Labeling wird eine Folie mit aufgedruckten Funktionsschichten in ein Spritzguss-Werkzeug eingelegt und anschließend mit Keramik umspritzt. (Bild: Sensorelement)
Beim In-Mold-Labeling wird eine Folie mit aufgedruckten Funktionsschichten in ein Spritzguss-Werkzeug eingelegt und anschließend mit Keramik umspritzt. (Bild: Sensorelement)
(Bild: Bosch Advanced Ceramics / Grow plattform GmbH)

Spezielle Beschichtungen können Keramikbauteile weiter veredeln oder zusätzliche Funktionen integrieren. Diese kundenindividuellen Höherfunktionalisierungen der Keramik entwickelt Bosch Advanced Ceramics kontinuierlich weiter. Spezifische Funktionsoberflächen lassen sich unter anderem durch In-Mold-Labeling herstellen. Bei diesem Verfahren wird eine Folie mit aufgedruckter Beschichtung in eine Form eingelegt und diese mit Keramik gefüllt. Die Beschichtung löst sich von der Folie und die Beschichtung verbindet sich dauerhaft mit dem Keramikteil. So lassen sich auch kleinteilige Beschichtungen zuverlässig platzieren und in großen Stückzahlen umsetzen.

Durch Siebdruck können metallische Pasten hochpräzise auf planaren Bauteilen aufgetragen werden. (Bild: Sensorelement einer Lambdasonde) 
Durch Siebdruck können metallische Pasten hochpräzise auf planaren Bauteilen aufgetragen werden. (Bild: Sensorelement einer Lambdasonde) 
(Bild: Bosch Advanced Ceramics / Grow plattform GmbH)

Neben dem Tampondruck, der es erlaubt Beschichtungen mit Hilfe eines flexiblen Silikonstempels auch auf gekrümmte Oberflächen aufzubringen, liefert der Siebdruck im elektrotechnischen Bereich weitere Möglichkeiten. Der Siebdruck ist insbesondere für planare Flächen geeignet, bei dem mittels Sieben aus metallischen Pasten sehr filigrane (Sensor-)Strukturen realisiert werden können. Mehrere metallisierte Keramikschichten können dann zu Mehrlagenschaltungen direkt auf dem keramischen Bauteil übereinandergestapelt werden.

So lassen sich in der Verbindung additiv hergestellter Keramikteile und spezieller Beschichtungen elektrische, optoelektronische und andere Funktionen direkt ins Bauteil integrieren. Es entstehen intelligente, keramische Systeme, wie sie in den smarten, vernetzten Produkten der digitalen Zukunft benötigt werden.

Qualitätssicherung ist bei Bosch ein Schlüsselfaktor. Das Bild zeigt unsere vollautomatische Sichtinspektionsmaschine. Mit hochentwickelten Systemen garantieren wir unseren Kunden einen schnellen und fehlerfreien Prozessfluss. (Bild: Sichtinspektionsmaschine)
Qualitätssicherung ist bei Bosch ein Schlüsselfaktor. Das Bild zeigt unsere vollautomatische Sichtinspektionsmaschine. Mit hochentwickelten Systemen garantieren wir unseren Kunden einen schnellen und fehlerfreien Prozessfluss. (Bild: Sichtinspektionsmaschine)
(Bild: Bosch Advanced Ceramics / Grow plattform GmbH)

Diese einzigartigen Eigenschaften und Möglichkeiten optimal zu nutzen und in 3D-gedruckte Bauteile umzusetzen, erfordert große Erfahrung. Die Funktionsintegration bedingt teilweise eine völlig andere Herangehensweise an die Konstruktion und gleichzeitig großes Wissen über Eigenschaften und Grenzen des Materials aber auch der Herstellungsprozesse. Vor allem, wenn solch ein hochintegriertes Systemkeramik-Bauteil in hohen Stückzahlen hergestellt werden soll, entscheidet ein robustes Design durch die Erfahrung des Konstrukteurs auch über die Zuverlässigkeit des Fertigungsprozesses.

Bosch Advanced Ceramics mit seinem Angebot an Beratungsdienstleistungen und Engineering hilft seinen Kunden dabei, die Möglichkeiten der Additiven Fertigung und der Beschichtungstechnologien optimal zu nutzen. Dabei begleitet Bosch Advanced Ceramics als Systemlieferant seine Kunden vom Prototypenbau bis zur Serienfertigung in der bekannt hohen Bosch-Qualität – und das in vielfältigen Anwendungen von IoT über intelligente Fabriksteuerung bis hin zur Steuerung von Rohstoffen und Warenströmen. Keramik bildet damit die beste Basis für smarte Komponenten in aggressiven, industriellen Umgebungen. Mit ihrem LinkedIn Bosch Advances Ceramics Account hält Bosch alle Interessenten auf dem Laufenden.

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