Neue 3D-Drucker für Hochfrequenzkomponenten am Fraunhofer FHR

15. April 2021

Ende 2020 erweiterte das Fraunhofer FHR seinen Standort Villip mit neuen Anlagen. Die ergänzende 5-Achs-Maschine, der Metalldrucker und das Kunststoff-Laser-System wurden im Rahmen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland beschafft. Alex Shoykhetbrod ist einer der Forschenden, der an den drei Maschinen arbeitet. Heute erzählt er uns über die Vorteile der additiven Fertigungsverfahren.

© Fraunhofer FHR
Aus Aluminium gedruckter Hohlleiter-Filter für den Einsatz im Frequenzbereich von 100 GHz. Die Dicke der feinen Lamellen innerhalb des Hohlleiters beträgt ca. 200 μm.
© Fraunhofer FHR
Alex Shoykhetbrod.

Herr Shoykhetbrod, wie würden Sie Ihrer Großmutter Ihre Arbeit erklären?

Ich arbeite am Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in der Abteilung Integrierte Schaltungen und Sensorsysteme und würde die Erklärung mit einem Zitat von Charles Darwin anfangen: »Es ist nicht die stärkste Spezies, die überlebt, auch nicht die intelligenteste, sondern eher diejenige, die am ehesten bereit ist, sich zu verändern«. Genau diesen Aspekt versuchen wir in unserer Forschungsgruppe zu adressieren. Jedes Projekt im Millimeterwellen- Bereich ist einzigartig und bringt verschiedene Herausforderungen mit sich: komplexe Geometrien, geringe Gewichtsanforderungen, Einsatz von Materialverbünden.

Wofür sind die neuen 3D-Drucker nützlich?

Die neuen Fertigungsmöglichkeiten in Kombination mit den traditionellen Verfahren ermöglichen es uns am Institut, schnell und agil auf die Anforderungen unserer Auftraggeber zu reagieren. Mithilfe der neuen Maschinen sind wir in der Lage, erweiterte Antennen-Konzepte, Wellenleiter-Komponenten, Filterstrukturen und Meta-Materialien zu fertigen. Diese existierten aufgrund der hohen mechanischen Komplexität bis heute nur konzeptionell in einer Simulationsumgebung. Der ausgebaute additive Fertigungspark in Villip ist dadurch sicherlich ein »Game-Changer«.

In welche anderen Bereiche fließen die Ergebnisse Ihrer Arbeit mit ein?

Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsbereichen für die unsere Arbeitsergebnisse relevant sind. Ein Beispiel hierfür ist das Wärmemanagement, denn insbesondere Radarsysteme mit hoher Ausgangsleistung müssen effizient gekühlt werden. Mit additiven Fertigungsverfahren lässt sich die Oberfläche eines Kühlkörpers signifikant erweitern, was zur Steigerung des Wirkungsgrades führt. Gleichzeitig kann dieser Kühlkörper auch noch andere Zwecke erfüllen und beispielsweise als Teil eines Wellenleitersystems fungieren. Im Vergleich zu den traditionellen Fertigungsverfahren ermöglichen die Ergebnisse der neuen 3D-Drucker außerdem einen höheren Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Hochfrequenzkomponenten. Die flexible Kontrolle über die Geometrie der Bauteile erlaubt eine Herstellung von viel leichteren Komponenten bei gleichbleibender Funktionalität. Hierdurch können hochintegrierte Radarsysteme mithilfe luftgetragener Systeme geflogen werden.

 

Alex Shoykhetbrod wurde 1983 in Odessa in der Ukraine geboren. Er schloss 2009 sein Studium der Telekommunikationstechnik an der Fachhochschule Koblenz mit Diplom ab. Im Jahr 2012 erhielt er den M.Eng. an der Fachhochschule Koblenz in Systems Engineering. Seit November 2012 ist er am Fraunhofer FHR in Wachtberg als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig. Sein Hauptforschungsbereich umfasst die interdisziplinäre Forschung an integrierten Millimeterwellen-Systemen. Seit neuestem beinhaltet dies auch den Einsatz der additiven Fertigungstechnologien.