Mechanik, Elektronik und Sensorik – eine perfekte Allianz

Mechatronische Komponenten in Maschinen sind essentiell für die digitale Industrieproduktion. Der sächsische Wachstumskern „AllMeSa“ entwickelt neue Ideen für solche Komponenten. Beim Jahrestreffen zogen die Bündnispartner eine Zwischenbilanz.

Chip mit gedruckter Elektronik

Diesen dreidimensionalen Chip mit gedruckter Elektronik hat das Dresdner Start-Up-Unternehmen adSphere GmbH entwickelt. Er entsteht durch thermisches Formen.

adSphere GmbH

Mehr als 80 Teilnehmende aus Deutschland, Österreich und der Schweiz waren bei dem virtuellen Meeting dabei. Die große Resonanz zeigt, dass die Verbindung von Mechanik mit Sensorik und Elektronik immer mehr an Bedeutung gewinnt. Der vom Bundesforschungsministerium geförderte Wachstumskern will dieser Entwicklung einen innovativen Schub verleihen. Der Name „AllMeSa“ steht für „Allianz Mechatronik Sachsen“ – ein Netzwerk aus Unternehmen, Universitäten und Forschungseinrichtungen, das auch über den Tellerrand hinaus schaut, wie die Vorträge der Gastredner zeigen. So erläutert Gerald Gerlach, Leiter des Instituts für Festkörperelektronik der Technischen Universität Dresden, wie Hydrogele in mechatronischen Komponenten Anwendung finden können. Hydrogele sind vernetzte Makromoleküle, die in Wasser quellen, sich jedoch nicht auflösen. Sie sind lichtsensibel, mechanisch flexibel und haben eine sehr große Energiedichte. Aufgrund ihrer Eigenschaften eignen sich Hydrogele als Sensor, Aktor oder komplettes Mikrosystem. Da Hydrogele biokompatibel sind, finden sie auch in der Medizin Anwendung – zum Beispiel als Glukosesensor, der unter der Haut implantiert wird und kontinuierlich den Zucker im Gewebe misst, was für Diabetiker lebenswichtig ist.

Flexibel und dreidimensional

Strukturen in ultradünnen Glas

Mit diesen Strukturen in ultradünnem Glas hat ein AllMeSa-Team die technologischen Grenzen der Laserbearbeitung hinsichtlich Kantenradius und Strukturabstand getestet.

WK AllMeSa

Über die vielfältigen Möglichkeiten flexibler, gedruckter Elektronik referierte Dominik Gronarz, Geschäftsführer des Vereins „Organic Electronic Saxony“. Ob für Solarzellen, organische LEDs, auf Folie gedruckte Batterien oder für Sensoren an Karosserien und im Innenraum von Fahrzeugen – überall kann die Technologie zum Einsatz kommen. Gedruckte Elektronik spart Platz und Ressourcen, ist effizient herzustellen und damit perfekt für mechatronische Anwendungen. Das wird auch bei „AllMeSa“ deutlich. So hat das Dresdner Start-Up adSphere GmbH einen dreidimensionalen Chip entwickelt, der auf gedruckter Elektronik basiert. Aus dem flachen Chip wird durch thermisches Formen ein 3D-Chip.

Der Unternehmenspartner Adenso GmbH, ebenfalls aus Dresden, nutzt ultradünnes Glas für die Herstellung flexibler Sensoren. Das 100 Mikrometer dünne Glas kann von der Rolle produziert werden und eignet sich für den Einsatz in Maschinen oder auch für die Elektromobilität, um zum Beispiel Temperatur, Druck und Verformung von Akkus kontrollieren. In einer Brennstoffzelle sind die Sensoren bereits erprobt worden. Erste Funktionstests haben gezeigt, dass sie bei Temperaturen von bis zu 450 Grad Celsius zuverlässig arbeiten.

Klein und robust

Darüber hinaus beschäftigen sich die „AllMeSa“-Partner auch mit der Entwicklung neuer  Herstellungs- und Prüftechnologien für MEMS- und Edelstrahldruckzellenwandler. MEMS steht für mikroelektronisch-mechanische Systeme. Wie kleine MEMS-Elemente mit neuen Fügeverfahren auf einem Druckstutzen aufgebracht werden können, wollen die Projektbeteiligten herausfinden. Druckzellenwandler aus Edelstahl können, statt mit herkömmlichen nasschemischen Methoden, durch Laserstrukturierung bearbeitet werden. Der Dresdner Unternehmenspartner Xenon Automatisierungstechnik GmbH will dieses Verfahren gemeinsam mit Projektpartnern prototypisch umsetzen. Durch die Laserstrukturierung wollen sie eine Verbesserung des Materialabtrags sowie eine präzisere Schnitt- und Tiefensteuerung erreichen. Ziel ist es, robuste Druckzellen herzustellen, die nur acht Millimeter dick sind, aber Drücke bis zu 35 bar und Temperaturen bis 140 Grad Celsius aushalten können. Knapp zwei Jahre haben die Bündnispartner noch Zeit, ihre Ideen umzusetzen. Die Halbzeitbilanz ist schon mal vielversprechend. 

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