HENSOLDT lässt Elektronik auf neue Weise entstehen – und geht dafür auch unternehmerisch neue Wege: Gemeinsam mit Nano Dimension, einem israelischen Spezialisten für 3D-Druck, hat HENSOLDT 2021 das Joint Venture J.A.M.E.S gegründet und eine Plattform für agile, kollaborative Forschung geschaffen. J.A.M.E.S steht für „Jetted Additively Manufactured Electronic Sources“ und bezeichnet eine der großen Zukunftstechnologien des 3D-Drucks: gedruckte Elektronik, auch AME (Additively Manufactured Electronics) genannt.

Mithilfe von speziellen Tinten ist es möglich, elektronische Bauteile direkt über den Drucker zu konzipieren und in eine dreidimensionale Form zu bringen. So lassen sich besonders anspruchsvolle elektronische Bauteile schnell und einfach fertigen. Wenn überhaupt, wäre dies mit konventionellen Herstellungsmethoden nur unter großem Aufwand und mit hoher Fehleranfälligkeit möglich.

Bereits seit einigen Jahren investiert HENSOLDT in die Grundlagenforschung dieser neuen Technologie und treibt gemeinsam mit Nano Dimension das „technology readiness level“ von gedruckten Hochleistungselektronik-Strukturen voran. J.A.M.E.S vereint die Stärken beider beteiligter Unternehmen in diesem Bereich und ermöglicht einen einfachen Einstieg in diese innovative Technologie.

Um die vielfältigen Entwicklungsansätze zu vernetzen und Fortschritt partnerschaftlich voranzutreiben, hat J.A.M.E.S die erste umfassende Online-Community für 3D-gedruckte Elektronik ins Leben gerufen. Auf einer cloudbasierten Plattform kommen Experten aus allen Teilen der Welt zusammen, um gemeinsam die Verfahren für additiv gefertigte Elektronik weiterzuentwickeln – von Studenten und Wissenschaftlern über Start-ups bis hin zu erfahrenen Ingenieuren. Leicht zugänglich verbindet die J.A.M.E.S-Bibliothek das gesammelte Wissen mit konkreten Anwendungen. Unabhängige Forschung – ermöglicht von HENSOLDT – führt zu neuen Erkenntnissen und konkreten Ergebnissen, die später auf die Herstellung von Elektronik für militärische und zivile Anwendungen übertragen werden können.

Einweihung des J.A.M.E.S-Firmensitzes in Taufkirchen: Andreas Müller, CEO J.A.M.E.S; Celia Pelaz, Chief Strategy Officer HENSOLDT AG; Dr. Ulrike Wolf, Ministerialdirektorin im Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie; Amit Dror, Co-Founder & CSO Nano Dimension (v .l.)

Beim dreidimensionalen Druck von mechanischen Objekten – bekannt unter dem Namen „Additive Manufacturing“ (AM) – werden schrittweise Materialschichten aufgetragen. Das Verfahren existiert bereits seit mehr als zehn Jahren und wird heute in zahlreichen Produktionen genutzt. Dementsprechend steht eine Vielzahl erprobter Materialien und Verfahren zur Verfügung. Auch HENSOLDT nutzt die zahlreichen Vorteile des 3D-Drucks für immer mehr Produkte. So erlaubt beispielsweise im Fall des volldigitalisierten Störsystems „Kalaetron Attack“ der metallische 3D-Druck besonders kompakte Abmessungen der HENSOLDT-Lösung und erleichtert damit die Integration in Flugzeuge.

Die noch junge Disziplin des dreidimensionalen Drucks von Elektronik – „Additively Manufactured Electronics“ (AME) – geht einen entscheidenden Schritt weiter: Sie produziert die elektronischen Bauelemente von Schaltungen wie leitende Verbindungen, Spulen, Kondensatoren oder Antennen. Daneben entstehen so auch die dazugehörigen Kühlkörper, Gehäuse und weitere Strukturen einer Anwendung. Gedruckt wird also die Gesamtheit aus Bauelementen, die aktiv zur elektrischen Funktionalität beitragen, und jenen Strukturen, die diese Funktionalität ermöglichen und unterstützen.

Als erstes bereits verfügbares Verfahren kann das DragonFly‑IV-Druckersystem von Nano Dimension AMEs auf Basis zweier unterschiedlicher Tinten drucken: Eine durch UV-Licht gehärtete Photopolymertinte kann schwach- oder nichtleitende Strukturen herstellen – beispielsweise Isolierstoffe und Isolationen, aber auch Bauteile von Antennen. Mit einer durch Infrarotlicht gehärteten Silber-Nanopartikel-Tinte entstehen elektrisch leitfähige Strukturen.

Ein weiteres bereits verfügbares Verfahren ermöglicht das Aufbringen sehr kleiner, leitender Linien auf bestehende Oberflächen. Mit zusätzlichen Technologien wie den keramikbasierten Verfahren des „Fraunhofer Instituts für Keramische Technologien und Systeme“ können keramische Werkstoffe elektrifiziert werden – oftmals zentral für Anwendungen unter extrem hohen Temperaturen oder anderen rauen Umgebungsbedingungen.

AME gilt als eine der großen Zukunftstechnologien. Der 3D-Druck von kompletten Elektronikbauteilen bietet größere Designfreiheit sowie schnellere Entwicklungszeiten und ermöglicht deutlich kompaktere und kostengünstigere Geräte. Die gedruckten Elektronikbauteile können bereits vor Produktionsbeginn getestet, einfach angepasst und verifiziert werden. Das zahlt sich insbesondere bei Kleinserien und individualisierten Einzelteilen aus. Zusätzlich werden völlig neue Anwendungen möglich. Erste Konzepte verdeutlichen die nahezu unbegrenzten Möglichkeiten.

Mit AME will HENSOLDT nicht nur die Entwicklungszyklen seiner Lösungen weiter beschleunigen. Auch die gezielte Produktion von elektronischen Ersatzteilen kann deutlich vereinfacht und so Kundenbedürfnisse schneller und kostengünstiger befriedigt werden.

Gewicht, Größe und Stromverbrauch sollten bei Drohnen so gering wie möglich sein. Mit AME kann die gesamte Drohnenstruktur in einem einzigen Vorgang gedruckt werden. Die typische Verdrahtung zwischen einzelnen Elektronikplatinen entfällt. Der mechanische Rahmen verschmilzt im 3D-Druck mit der elektronischen Verkabelung. Die Drohne wird wesentlich leichter als bei konventionellen Fertigungstechnologien. Die Aerodynamik bestimmt das finale Design.

Hochfrequenz- oder RF-Synthesizer (Radio Frequency) werden in verschiedenen elektronischen Anwendungen genutzt. Sie übertragen, verteilen oder verstärken Signale. AME ermöglicht effizientere Abschirmungen der Leitungen. Spulen, Kondensatoren und maßgeschneiderte Kühlkörper werden direkt mitgedruckt, nicht druckbare Elemente anschließend eingebettet. Die Synthesizer werden kleiner und effizienter.

SiP schließt verschiedene integrierte Schaltungen in einem Chipträgergehäuse ein, um kleinstmöglich unterschiedliche Funktionen zu vereinen. Smartphones zählen zu den typischen Anwendungen. Mit AME können die Chips ohne zusätzliche Verbindungsdrähte direkt in die Trägerstruktur integriert werden. Auch dreidimensionale SiPs und damit völlig neue Designs werden möglich. Die mechanische Gesamtstabilität steigt.

Elektronische Filter schwächen unerwünschte Signalanteile auf einer vorab gewählten Frequenz ab oder unterdrücken sie. Mit AME können die AME-Spulen und -Kondensatoren eines solchen Filters direkt in die AME-Schaltung integriert werden. Störungen durch beispielsweise Lötkontakte entfallen, genau wie die bisher notwendige manuelle Feinabstimmung. Die Maximalfrequenz kann sich erhöhen.

Wie kann man Papiermüll beispielsweise auf Messen und Ausstellungen vermeiden und sich gleichzeitig seinen Geschäftspartnern überzeugend präsentieren? Mit der digitalen Visitenkarte „J.A.M.E.S Coin“. Mit einfacher NFC-Funktionalität (NFC = Near Field Communication) entsteht im 3D-Drucker eine eindrucksvolle Optik. Neue elektronische Schaltungen eröffnen die Möglichkeit zur Entwicklung futuristischer Anwendungen in der Größe einer Zwei-Euro-Münze.