EP4633846A1 - Verfahren zur herstellung einer leiteranordnung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer leiteranordnung

Info

Publication number
EP4633846A1
EP4633846A1 EP24702233.8A EP24702233A EP4633846A1 EP 4633846 A1 EP4633846 A1 EP 4633846A1 EP 24702233 A EP24702233 A EP 24702233A EP 4633846 A1 EP4633846 A1 EP 4633846A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
extrusion
print head
arrangement
conductor
electrically insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24702233.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Jähnicke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP4633846A1 publication Critical patent/EP4633846A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/22—Direct deposition of molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/50—Treatment of workpieces or articles during build-up, e.g. treatments applied to fused layers during build-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53—Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/55—Two or more means for feeding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/60—Planarisation devices; Compression devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/188—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control
    • B29C64/194—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control during lay-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B29C64/336—Feeding of two or more materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B22F5/106—Tube or ring forms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a conductor arrangement by means of a printing arrangement which is configured for use in a fused deposition system.
  • the invention relates to a conductor arrangement which is produced using such a method.
  • the invention relates to a control unit with means for carrying out such a method.
  • the invention relates to a computer program for carrying out such a method when executed in a control unit.
  • the invention relates to a printing arrangement for producing a conductor arrangement which is configured for use in a fused deposition system.
  • Such conductor arrangements can be, for example, coils, which can be used in an electrical rotating machine, in particular a motor or a generator.
  • the thermal load capacity and also the dielectric strength of such conductor arrangements depend, among other things, on the insulator used.
  • coils are usually wound from copper enamel-insulated wires, although the copper enamel wire is limited, for example, in terms of thermal load capacity and breakdown voltage.
  • alternative manufacturing processes for such conductor arrangements to increase the thermal load capacity and dielectric strength are of interest.
  • additive manufacturing offers improved flexibility in terms of geometry and materials.
  • Additive manufacturing can for example, using a melt layering process.
  • Common melt layering processes include "Fused Deposition Modeling” (FDM) or “Fused Filament Fabrication” (FFF).
  • the patent US 10,828,698 B2 describes an additive manufacturing process in which a composite filament and a release material filament are fed from corresponding spools into a print head. Both the filament for the composite material and the filament for the release material contain a metal or ceramic powder and a binding agent. On the spools and above the take-off height, the filaments are heated to a temperature that bends the filaments but does not soften them to the point of breaking. The take-off height is similarly linear to the build plate. The materials are debound and sintered.
  • the publication WO 2022/269575 A1 describes a system for additive manufacturing comprising a frame and a CNC bed connected to the frame, and a metal dispensing mechanism connected to dispense metal droplets onto the CNC bed.
  • the metal dispensing mechanism is configured to move controllably with respect to the CNC bed to produce the object.
  • the metal dispensing mechanism includes a first nozzle operatively configured to dispense the metal droplets onto the CNC bed in a controlled manner, and the nozzle is fluidly connected to a reservoir containing the metal.
  • the publication US 2019/0134971 A1 describes a printing system with a coaxial extruder head that extrudes a core, a shell and/or a shelled core to produce complex structures without retooling.
  • the coaxial extruder head can include a distribution channel with an inlet and an outlet and a suction chamber surrounding the distribution channel.
  • the invention is based on the object of specifying a method for producing a conductor arrangement by means of an additive process, with which an improved thermal load capacity and dielectric strength of the conductor arrangement is achieved.
  • the object is achieved according to the invention by a method for producing a conductor arrangement by means of a printing arrangement which is configured for use in a melt layering system, wherein the printing arrangement has a first printing head and a second printing head, wherein the printing arrangement has a profiling device which is arranged between the first printing head and the second printing head, wherein the method comprises the following steps: first extrusion of an electrically insulating material by means of the first printing head to form an insulation layer of the conductor arrangement, profiling the insulation layer to form a concave recess in the insulation layer after the first extrusion, second extrusion of a metallic material by means of the second printing head to form a conductor layer of the conductor arrangement on the insulation layer, wherein the electrically insulating material and/or the metallic material are melted during extrusion, in particular completely, wherein the second extrusion of the metallic material in the concave recess of the insulation layer takes place .
  • the object is achieved according to the invention by a conductor arrangement which is produced by such a method.
  • control unit with means for carrying out such a method.
  • the object is achieved according to the invention by a computer program for carrying out such a method when running in a control unit.
  • a printing arrangement for producing a conductor arrangement which is configured for use in a molten layer deposition system, comprising a first print head and a second print head, wherein the printing arrangement has a profiling device which is arranged between the first print head and the second print head, wherein the first print head is configured to extrude an electrically insulating material to form an insulation layer of the conductor arrangement, wherein the second print head is configured to extrude a metallic material to form a conductor layer of the conductor arrangement, wherein the first print head is configured to melt the electrically insulating material and/or the second print head is configured to melt the metallic material during extrusion, in particular completely, wherein the profiling device is configured to form a concave recess in the insulation layer after the electrically insulating material has been extruded.
  • the invention is based on the idea of producing both a conductor layer and an insulation layer of a conductor arrangement by means of a melt deposition process, wherein the electrically insulating material of the insulator and/or the metallic material of the conductor are melted during extrusion, in particular completely.
  • the electrically insulating material of the insulator is extruded by means of a first print head to form the insulation layer, while the metallic material of the conductor is extruded by means of a second print head to form the conductor layer on the insulation layer.
  • the metallic material can be, among other things, silver, tin, copper, aluminium or one of their alloys. In particular, an aluminum alloy or solder can be used as the metallic material.
  • a high-temperature thermoplastic to which additives can optionally be added, can be used as the electrically insulating material.
  • the use of dedicated print heads for conductors and insulation enables the flexible printing of a structure of the conductor arrangement with increased thermal resilience and dielectric strength.
  • multi-layer conductor arrangements can be flexibly implemented using a fused deposition process, in which the metallic material of the conductor is extruded onto the insulation layer to form the conductor layer, which has a positive effect on the thermal resilience and dielectric strength.
  • Additive manufacturing using a fused deposition process also enables a change in the cross-section of the conductor, which is particularly advantageous at the head of the coil, but also concave coil geometries.
  • a control unit enables dynamic adjustment of the print heads, whereby even complex conductor arrangements can be implemented quickly and cost-effectively by means of extrusion.
  • the means for carrying out the control unit's method include, for example, a digital logic module, in particular a microprocessor, a microcontroller, an FPGA (field programmable gate array), an AS IC (application-specific integrated circuit), which is configured to operate the arrangement for material extrusion.
  • the concave recess of the insulation layer can have, among other things, a semicircular, semi-elliptical or segment-shaped cross-section.
  • the metallic material which can have a low viscosity during extrusion, is guided into the concave recess of the insulation layer or at least held there until it solidifies, so that extrusion is facilitated.
  • a further embodiment provides that the first extrusion and the second extrusion take place synchronously. Synchronous extrusion means that the extrusion takes place using the first print head and the second print head in one printing process, whereby an optimal connection can be made between the conductor layer and the insulation layer, which has a positive effect on the thermal load capacity and dielectric strength of the conductor arrangement. Furthermore, production time is saved by the synchronous extrusion.
  • a further embodiment provides that the method provides, as a further step, a first extrusion of the electrically insulating material by means of the first print head to form the insulation layer of the conductor arrangement on the conductor layer, wherein a jacket surface of the conductor layer is completely contacted with the electrically insulating material.
  • the conductor layer is thus completely surrounded by the insulation layer in the area of the jacket surface, so that a high thermal load capacity and dielectric strength are achieved.
  • a further embodiment provides that the extrusion of the electrically insulating material and the metallic material takes place in a spiral shape to form a spiral winding of a coil.
  • a coil can be provided, among other things, for a winding, in particular a toothed coil winding, of an electrical rotating machine.
  • a further embodiment provides that during the first extrusion and/or the second extrusion, a protective gas is supplied to an extrusion area of the respective layer.
  • the protective gas contains, for example, argon or nitrogen to prevent oxidation of the extruded material.
  • the extruded material can be cooled to a defined temperature range by supplying a protective gas in a targeted manner.
  • the electrically insulating material contains a glass.
  • the electrically insulating material is quartz glass or borosilicate glass.
  • the metallic material contains copper, aluminum, silver or one of their alloys.
  • Such a metallic material has a low electrical resistance, so that very little heat loss and thus very little thermal stress occurs.
  • a further embodiment provides that the first print head and/or the second print head have a nozzle which contains platinum and/or molybdenum.
  • Such metals have a very high melting point and enable the extrusion of materials with a high melting point. Furthermore, such metals are advantageous due to the erosion of the metals via diffusion processes that occurs with other metals, such as steel, for example compared to molten glass.
  • Another embodiment provides that a filament in the nozzle is heated by induction during extrusion. Heating by induction in the nozzle is efficient and enables high extrusion temperatures to be set precisely.
  • a further embodiment provides that the insulation layer is cooled after the first extrusion in such a way that the profiling takes place at a viscosity that is at least 10 times, in particular at least 100 times, and in particular at least 1000 times lower.
  • the viscosity of a molten glass during extrusion is r
  • 102 dPa -s.
  • Profiling takes place, for example, at a viscosity in the range of 103 dPa -s to 107 dPa -s, in particular 104 dPa - s to 106 dPa - s.
  • the lower viscosity makes the glass more viscous, which enables a stable profiling result.
  • FIG 1 is a schematic representation of a printing arrangement
  • FIG 2 is a schematic representation of a method for
  • FIG 3 is an enlarged schematic representation of the process for the second extrusion of the conductor layer
  • FIG 4 is an enlarged schematic representation of the process during the first extrusion of the insulation layer
  • FIG 5 is an enlarged schematic representation of the process for profiling the insulation layer.
  • FIG 1 shows a printing arrangement 2 with a first print head 4, a second print head 6 and a profiling device 8 which is arranged between the first print head 4 and the second print head 6.
  • the printing arrangement 2 is configured for use in a fused deposition system.
  • the print heads 4, 6 each have an extruder 10 and a nozzle 12.
  • the nozzles 12 contain, for example, platinum and/or molybdenum and have an induction coil 14 which is configured to heat a filament 16 in the nozzle 12.
  • the print heads 4, 6 are configured for synchronous extrusion in a printing direction 18.
  • the first print head 4 is configured to extrude an electrically insulating material 20, which contains, for example, a glass, in particular quartz glass or borosilicate glass, while the second print head 6 is configured to extrude a metallic material 22, for example copper, aluminum, silver or an alloy thereof.
  • the first print head 4 can be configured to extrude the metallic material 22, while the second print head 6 is configured to extrude the electrically insulating material 20.
  • the print heads are configured to melt the respective materials 20, 22 during extrusion A, C, in particular completely.
  • the profiling device 8 which is arranged between the print heads 4, 6, has a profile template 24.
  • the profile template 24 is configured to profile a layer extruded by the first print head 4.
  • the profile template 24 of the profiling device 8 is configured to insert a, in particular concave, recess into the layer extruded by the first print head 4.
  • the printing arrangement 2 further comprises gas nozzles 26, each of which is assigned to one of the printing heads 4, 6 and is used to introducing protective gas into an extrusion region, whereby, for example, the extruded electrically insulating material 20 can be cooled by the supplied protective gas to a defined temperature range for profiling with the profiling device 8.
  • the protective gas contains, for example, argon or nitrogen to prevent oxidation of the extruded material 20, 22.
  • the print heads 4, 6 are each rotatable relative to the profiling device 8 by an angle a1, a2 and are arranged to be movable at a distance dl, d2 so that even complex geometries can be produced. They are controlled by means of a control unit 28.
  • FIG 2 shows a schematic representation of a method for producing a conductor arrangement 30.
  • the conductor arrangement 30 is produced, for example, using a printing arrangement 2 according to FIG 1.
  • the method comprises a first extrusion A of an electrically insulating material 20 by means of the first printing head 4 to form an insulation layer 32 of the conductor arrangement 30, a profiling B of the insulation layer 32 to form a concave recess 34 in the insulation layer 32 and a second extrusion C of a metallic material 22 by means of the second printing head 6 to form a conductor layer 36 of the conductor arrangement 30 in the concave recess 34 of the insulation layer 32.
  • extrusion A, C the electrically insulating material 20 and the metallic material 22 are completely melted.
  • the first extrusion A, the profiling B and the second extrusion C take place synchronously in the pressure direction 18.
  • the concave recess 34 of the insulation layer 32 has a semicircular, semi-elliptical or segmental cross-section.
  • the extrusion A, C of the electrically insulating material 20 and the metallic material 22 as well as the profiling B are carried out, for example, in a spiral shape to form a spiral-shaped winding of a coil 38.
  • the electrically Insulating material 20 can contain a glass, e.g. quartz glass or borosilicate glass.
  • the metallic material 22 can contain copper, aluminum, silver or one of their alloys.
  • a viscosity of the extruded glass is lower than a viscosity of the extruded metal, wherein the viscosity of the extruded glass is reduced, in particular by supplying protective gas, in order to enable stable profiling B.
  • the concave recess 34 in the insulating layer 32 facilitates the extrusion of the metallic material 22 with the lower viscosity. By supplying protective gas, the metallic material 22 solidifies in the concave recess in the insulating layer 32.
  • FIG 3 shows an enlarged schematic representation of the method during the second extrusion C of the conductor layer 36, wherein the metallic material 22 is extruded into the concave recess 34 of the insulation layer 32 to form the conductor layer 36.
  • protective gas is supplied to the conductor layer 36 in an extrusion region 40, for example via a gas nozzle 26.
  • FIG 4 shows an enlarged schematic representation of the method during the first extrusion A of the insulation layer 32, in which electrically insulating material 20 is extruded by means of the first print head 4 to form the insulation layer 32 on the conductor layer 36.
  • Inert gas is supplied to the insulation layer 32 in an extrusion region 40 for cooling, for example via a gas nozzle 26.
  • a jacket surface 42 of the conductor layer 36 is completely contacted with the electrically insulating material 20 or is completely surrounded by it by an upper and a lower insulation layer 32.
  • FIG 5 shows an enlarged schematic representation of the process for profiling B the insulation layer, wherein the profile template 24 forms a concave recess 34 of the insulation layer.
  • tion layer 32 with an exemplary semi-elliptical cross-section.
  • Excess material of the extruded electrically insulating material 20 is stripped off via a lateral recess 44 of the profile template 24.
  • the profile template 24 can contain, among other things, tungsten or molybdenum.
  • the invention relates to a method for producing a conductor arrangement 30 by means of a printing arrangement 2 which is configured for use in a melt layering system.
  • the printing arrangement 2 has a first printing head 4 and a second printing head 6, the method comprising the following steps: first extrusion A of an electrically insulating material 20 by means of the first printing head 4 to form an insulating layer 32 of the conductor arrangement 30; second extrusion C of a metallic material 22 by means of the second printing head 6 to form a conductor layer 36 of the conductor arrangement 30 on the insulating layer 32, the electrically insulating material 20 and/or the metallic material 22 being melted during extrusion A, C, in particular completely.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leiteranordnung (30) mittels einer Druckanordnung (2), welche zur Verwendung in einem Schmelzschichtungssystem konfiguriert ist. Um eine verbesserte thermische Belastbarkeit und Spannungsfestigkeit der Leiteranordnung (30) zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Druckanordnung (2) einen ersten Druckkopf (4) und einen zweiten Druckkopf (6) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: erstes Extrudieren (A) eines elektrisch isolierenden Werkstoffs (20) mittels des ersten Druckkopfs (4) zum Bilden einer Isolationsschicht (32) der Leiteranordnung (30); zweites Extrudieren (C) eines metallischen Werkstoffs (22) mittels des zweiten Druckkopfs (6) zum Bilden einer Leiterschicht (36) der Leiteranordnung (30) auf der Isolationsschicht (32), wobei der elektrisch isolierende Werkstoff (20) und/oder der metallische Werkstoff (22) beim Extrudieren (A, C), insbesondere vollständig, geschmolzen werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Leiteranordnung
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Herstellung einer Leiteranordnung mittels einer Druckanordnung, welche zur Verwendung in einem Schmel zschichtungssystem konfiguriert ist .
Ferner betri f ft die Erfindung eine Leiteranordnung, welche mit einem derartigen Verfahren hergestellt ist .
Weiterhin betri f ft die Erfindung eine Steuereinheit mit Mitteln zur Durchführung eines derartigen Verfahrens .
Überdies betri f ft die Erfindung ein Computerprogramm zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bei Ablauf in einer Steuereinheit .
Darüber hinaus betri f ft die Erfindung eine Druckanordnung zur Herstellung einer Leiteranordnung, welche zur Verwendung in einem Schmel zschichtungssystem konfiguriert ist .
Derartige Leiteranordnungen können beispielsweise Spulen sein, die unter anderem in einer elektrischen rotierenden Maschine , insbesondere einem Motor oder einem Generator, zum Einsatz kommen können . Die thermische Belastbarkeit und auch die Spannungs festigkeit derartiger Leiteranordnungen hängen unter anderem vom verwendeten I solator ab . Beispielsweise werden Spulen üblicherweise aus kupferlackisolierten Drähten gewickelt , wobei der Kupferlackdraht aber, was z . B . die thermische Belastbarkeit und die Durchschlagspannung angeht , limitiert ist . Somit sind alternative Herstellungsverfahren von derartigen Leiteranordnungen zur Erhöhung der thermischen Belastbarkeit und Spannungs festigkeit von Interesse .
Die additive Herstellung von dreidimensionalen Druckobj ekten bietet eine verbesserte Flexibilität hinsichtlich der Geometrie und der Materialien . Die additive Herstellung kann bei- spielsweise mittels Schmel zschichtungsverfahren erfolgen . Gängige Schmel zschichtungsverfahren sind beispielsweise „Fused Deposition Modeling" ( FDM) oder „Fused Filament Fabrication" ( FFF) .
Die Patentschri ft US 10 , 828 , 698 B2 beschreibt ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein Verbundwerkstof f-Filament und ein Trennmaterial-Filament von entsprechenden Spulen in einen Druckkopf eingelassen werden . Sowohl das Filament für den Verbundwerkstof f als auch das Filament für das Trennmaterial enthalten ein Metall- oder Keramikpulver sowie ein Bindemittel . Auf den Spulen und über die Absprunghöhe werden die Filamente auf eine Temperatur erhitzt , die die Filamente biegt , sie aber nicht bis zur Bruchstelle erweicht . Die Absprunghöhe ist ähnlich linear wie die Bauplatte . Die Materialien werden entbindert und gesintert .
Die Of fenlegungsschri ft WO 2022 /269575 Al beschreibt ein System für die additive Fertigung umfassend einen Rahmen und ein mit dem Rahmen verbundenes CNC-Bett sowie einen Metallabgabemechanismus , der so verbunden ist , dass er Metalltröpf chen auf das CNC-Bett ausgibt . Der Metallabgabemechanismus ist so konfiguriert , dass er sich in Bezug auf das CNC-Bett steuerbar bewegt , um das Obj ekt herzustellen . Der Metallabgabemechanismus umfasst eine erste Düse , die funktional mit dem CNC-Bett konfiguriert ist , um die Metalltröpf chen kontrolliert auf das CNC-Bett abzugeben, und die Düse ist fluidisch mit einem Reservoir verbunden, das das Metall enthält .
Die Of fenlegungsschri ft US 2019/ 0134971 Al beschreibt ein Drucksystem mit einem koaxialen Extruderkopf , der einen Kern, eine Hülle und/oder einen umhüllten Kern extrudiert , um komplexe Strukturen ohne Umrüsten zu erzeugen . Der koaxiale Extruderkopf kann einen Verteilerkanal mit einem Eingang und einem Ausgang sowie eine Ansaugkammer umfassen, die den Verteilerkanal umgibt . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren zur Herstellung einer Leiteranordnung mittels eines additiven Verfahrens anzugeben, mit welchem eine verbesserte thermische Belastbarkeit und Spannungs festigkeit der Leiteranordnung erreicht wird .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Leiteranordnung mittels einer Druckanordnung, welche zur Verwendung in einem Schmel zschichtungssystem konfiguriert ist , wobei die Druckanordnung einen ersten Druckkopf und einen zweiten Druckkopf aufweist , wobei die Druckanordnung eine Profilierungsvorrichtung, welche zwischen dem ersten Druckkopf und dem zweiten Druckkopf angeordnet ist , aufweist , wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst : erstes Extrudieren eines elektrisch isolierenden Werkstof fs mittels des ersten Druckkopfs zum Bilden einer I solationsschicht der Leiteranordnung, Profilieren der I solationsschicht zum Bilden einer konkaven Ausnehmung in der I solationsschicht nach dem ersten Extrudieren, zweites Extrudieren eines metallischen Werkstof fs mittels des zweiten Druckkopfs zum Bilden einer Leiterschicht der Leiteranordnung auf der I solationsschicht , wobei der elektrisch isolierende Werkstof f und/oder der metallische Werkstof f beim Extrudieren, insbesondere vollständig, geschmol zen werden, wobei das zweite Extrudieren des metallischen Werkstof fs in der konkaven Ausnehmung der Isolationsschicht erfolgt .
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Leiteranordnung, welche mit einem derartigen Verfahren hergestellt ist .
Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuereinheit mit Mitteln zur Durchführung eines derartigen Verfahrens .
Überdies wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Computerprogramm zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bei Ablauf in einer Steuereinheit . Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Druckanordnung zur Herstellung einer Leiteranordnung, welche zur Verwendung in einem Schmel zschichtungssystem konfiguriert ist , aufweisend einen ersten Druckkopf und einen zweiten Druckkopf , wobei die Druckanordnung eine Profilierungsvorrichtung, welche zwischen dem ersten Druckkopf und dem zweiten Druckkopf angeordnet ist , aufweist , wobei der erste Druckkopf zum Extrudieren eines elektrisch isolierenden Werkstof fs zum Bilden einer I solationsschicht der Leiteranordnung konfiguriert ist , wobei der zweite Druckkopf zum Extrudieren eines metallischen Werkstof fs zum Bilden einer Leiterschicht der Leiteranordnung konfiguriert ist , wobei der erste Druckkopf konfiguriert ist , den elektrisch isolierenden Werkstof f und/oder der zweite Druckkopf konfiguriert ist , den metallischen Werkstof f beim Extrudieren, insbesondere vollständig, zu schmel zen, wobei die Profilierungsvorrichtung zum Bilden einer konkaven Ausnehmung in der I solationsschicht nach dem Extrudieren des elektrisch isolierenden Werkstof fs konfiguriert ist .
Die in Bezug auf das Verfahren nachstehend angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf die Leiteranordnung, die Steuereinheit , das Computerprogramm und die Druckanordnung übertragen .
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde , sowohl eine Leiterschicht als auch eine I solationsschicht einer Leiteranordnung mittels eines Schmel zschichtungsverfahrens herzustellen, wobei der elektrisch isolierende Werkstof f des I solators und/oder der metallische Werkstof f des Leiters beim Extrudieren, insbesondere vollständig, geschmol zen werden . Der elektrisch isolierende Werkstof f des I solators wird mittels eines ersten Druckkopfs zum Bilden der I solationsschicht extrudiert , während der metallische Werkstof f des Leiters mittels eines zweiten Druckkopfs zum Bilden der Leiterschicht auf der I solationsschicht extrudiert . Der metallische Werkstof f kann unter anderem Silber, Zinn, Kupfer, Aluminium oder eine deren Legierungen enthalten . Insbesondere kann als metallischer Werkstof f eine Aluminiumlegierung oder Lot verwendet werden . Als elektrisch isolierender Werkstof f kann unter anderem ein Hochtemperatur-Thermoplast eingesetzt werden, welchem optional Additive zugesetzt sein können . Durch die Verwendung dedi zierter Druckköpfe für Leiter und I solation wird das flexible Drucken einer Struktur der Leiteranordnung mit erhöhter thermischer Belastbarkeit und Spannungs festigkeit ermöglicht . Insbesondere sind mit einem Schmel zschichtungsverfahren, bei welchem der metallische Werkstof f des Leiters zum Bilden der Leiterschicht auf der I solationsschicht extrudiert wird, mehrlagige Leiteranordnungen flexibel realisierbar, was sich positiv auf die thermische Belastbarkeit und Spannungs festigkeit auswirkt . Die additive Fertigung mittels Schmel zschichtungsverfahren ermöglicht ferner eine Querschnittsänderung des Leiters , was insbesondere vorteilhaft am Kopf der Spule ist , aber auch konkave Spulen- Geometrien .
Durch eine Steuereinheit wird eine dynamische Justierung der Druckköpfe ermöglicht , wodurch auch komplexe Leiteranordnungen schnell kostengünstig mittels Extrusion realisierbar sind . Die Mittel zu Durchführung des Verfahrens der Steuereinheit umfassen beispielswiese einen digitalen Logikbaustein, insbesondere einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, einen FPGA ( field programmable gate array) , einen AS IC ( application-speci fic integrated circuit ) , der für den Betrieb der Anordnung zur Materialextrusion konfiguriert ist .
Die konkave Ausnehmung der I solationsschicht kann unter anderem einen halbkreis förmigen, halbelliptischen oder segmentförmigen Querschnitt aufweisen . Beispielsweise wird der metallische Werkstof f , welcher beim Extrudieren eine geringe Viskosität aufweisen kann, in die konkave Ausnehmung der I solationsschicht geleitet oder zumindest bis zum Erstarren dort gehalten, sodass das Extrudieren erleichtert wird . Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass das erste Extrudieren und das zweite Extrudieren synchron erfolgen . Unter einem synchronen Extrudieren ist zu verstehen, dass das Extrudieren mittels des ersten Druckkopfs und des zweiten Druckkopfs in einem Druckprozess erfolgt , wodurch eine optimale Verbindung zwischen der Leiterschicht und der I solationsschicht herstellbar ist , was sich positiv auf die thermische Belastbarkeit und Spannungs festigkeit der Leiteranordnung auswirkt . Ferner wird durch das synchrone Extrudieren Fertigungs zeit eingespart .
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass das Verfahren als weiteren Schritt ein erstes Extrudieren des elektrisch isolierenden Werkstof fs mittels des ersten Druckkopfs zum Bilden der I solationsschicht der Leiteranordnung auf der Leiterschicht vorsieht , wobei eine Mantel fläche der Leiterschicht vollständig mit dem elektrisch isolierenden Werkstof f kontaktiert wird . Somit ist die Leiterschicht im Bereich der Mantel fläche vollständig von der I solationsschicht umgeben, sodass eine hohe thermische Belastbarkeit und Spannungs festigkeit erreicht werden .
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass das Extrudieren des elektrisch isolierenden Werkstof fs und des metallischen Werkstof fs spiral förmig zum Ausbilden einer spiral förmigen Wicklung einer Spule erfolgt . Eine derartige Spule kann unter anderem für eine Wicklung, insbesondere eine Zahnspulenwicklung, einer elektrischen rotierenden Maschine vorgesehen sein .
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass beim ersten Extrudieren und/oder beim zweiten Extrudieren ein Schutzgas in einem Extrusions-Bereich der j eweiligen Schicht zugeführt wird . Das Schutzgas enthält beispielsweise Argon oder Stickstof f zur Verhinderung einer Oxidation des extrudierten Werkstof fs . Ferner kann durch gezieltes Zuführen von Schutzgas ein Abkühlen des extrudierten Werkstof fs auf eine definierten Temperaturbereich erfolgen . Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass der elektrisch isolierende Werkstoff ein Glas enthält. Beispielsweise ist der elektrisch isolierende Werkstoff Quarzglas oder Borosilikatglas. Durch Verwendung derartiger Gläser wird eine optimierte Durchschlagsfestigkeit und Teilentladungsfestigkeit der Leiteranordnung erreicht.
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass der metallische Werkstoff Kupfer, Aluminium, Silber oder eine deren Legierungen enthält. Ein derartiger metallischer Werkstoff weist einen geringen elektrischen Widerstand auf, sodass eine sehr geringe Verlustwärme und damit eine sehr geringe thermische Belastung entsteht.
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass der erste Druckkopf und/oder der zweite Druckkopf eine Düse aufweisen, welche Platin und/oder Molybdän enthält. Derartige Metalle weisen einen sehr hohen Schmelzpunkt auf und ermöglichen das Extrudieren von Werkstoffen mit einem hohen Schmelzpunkt. Ferner sind derartige Metalle vorteilhaft wegen der bei anderen Metallen, wie z.B. Stahl, vorhandenen Erosion der Metalle über Diffusionsprozesse z.B. gegenüber geschmolzenem Glas.
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass beim Extrudieren ein Filament in der Düse mittels Induktion erhitzt wird. Das Erhitzen durch Induktion in der Düse ist effizient und ermöglicht ein genaues Einstellen von hohen Extrusions- Temperaturen .
Eine weitere Aus führungs form sieht vor, dass die Isolationsschicht nach dem ersten Extrudieren derartig gekühlt wird, dass das Profilieren bei einer mindestens 10-fach, insbesondere mindestens 100-fach, ferner insbesondere mindestens 1000-fach, geringeren Viskosität stattfindet. Beispielsweise liegt eine Viskosität eines geschmolzenen Glases beim Extrudieren bei r|=102 dPa -s. Das Profilieren findet z.B. bei einer Viskosität im Bereich von 103 dPa -s bis 107 dPa -s, insbeson- dere 104 dPa - s bis 106 dPa - s statt . Durch die geringere Viskosität wird das Glas zähflüssiger, was ein stabiles Profilierungsergebnis ermöglicht .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispiele näher beschrieben und erläutert .
Es zeigen :
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Druckanordnung,
FIG 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur
Herstellung einer Leiteranordnung,
FIG 3 eine vergrößerte schematische Darstellung des Verfahrens beim zweiten Extrudieren der Leiterschicht ,
FIG 4 eine vergrößerte schematische Darstellung des Verfahrens beim ersten Extrudieren der I solationsschicht und
FIG 5 eine vergrößerte schematische Darstellung des Verfahrens beim Profilieren der I solationsschicht .
Bei den im Folgenden erläuterten Aus führungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Aus führungs formen der Erfindung . Bei den Aus führungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Aus führungs formen j eweils einzelne , unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung j eweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind . Des Weiteren sind die beschriebenen Aus führungs formen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar . Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
FIG 1 zeigt eine Druckanordnung 2, mit einem ersten Druckkopf 4, einem zweiten Druckkopf 6 und einer Profilierungsvorrichtung 8, welche zwischen dem ersten Druckkopf 4 und dem zweiten Druckkopf 6 angeordnet ist. Die Druckanordnung 2 ist zur Verwendung in einem Schmelzschichtungssystem konfiguriert. Die Druckköpfe 4, 6 weisen jeweils einen Extruder 10 und eine Düse 12 auf. Die Düsen 12 enthalten beispielsweise Platin und/oder Molybdän und weisen eine Induktionsspule 14 auf, welche zum Erhitzen eines Filaments 16 in der Düse 12 konfiguriert ist. Die Druckköpfe 4, 6 sind zu einem synchronen Extrudieren in einer Druckrichtung 18 konfiguriert.
Beispielhaft ist der erste Druckkopf 4 zum Extrudieren eines elektrisch isolierenden Werkstoffs 20, welcher beispielsweise ein Glas, insbesondere Quarzglas oder Borosilikatglas, enthält konfiguriert, während der zweite Druckkopf 6 zum Extrudieren eines metallischen Werkstoffs 22, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Silber oder eine deren Legierungen, konfiguriert ist. Alternativ kann der erste Druckkopf 4 zum Extrudieren des metallischen Werkstoffs 22 konfiguriert sein, während der zweite Druckkopf 6 zum Extrudieren des elektrisch isolierenden Werkstoffs 20 konfiguriert ist. Die Druckköpfe sind konfiguriert, die jeweiligen Werkstoffe 20, 22 beim Extrudieren A, C, insbesondere vollständig, zu schmelzen.
Die Profilierungsvorrichtung 8, welche zwischen den Druckköpfen 4, 6 angeordnet ist, weist eine Profilschablone 24 auf. Die Profilschablone 24 ist konfiguriert, eine vom ersten Druckkopf 4 extrudierte Schicht zu profilieren. Beispielsweise ist die Profilschablone 24 der Profilierungsvorrichtung 8 konfiguriert, eine, insbesondere konkave, Ausnehmung in die vom ersten Druckkopf 4 extrudierte Schicht einzufügen.
Die Druckanordnung 2 umfasst darüber hinaus Gasdüsen 26, die jeweils einem der Druckköpfe 4, 6 zugeordnet sind und zum Zu- führen von Schutzgas in einem Extrusions-Bereich konfiguriert sind, wodurch beispielsweise der extrudierte elektrisch isolierende Werkstof f 20 durch das zugeführte Schutzgas auf eine definierten Temperaturbereich zum Profilieren mit der Profilierungsvorrichtung 8 abkühlbar ist . Das Schutzgas enthält beispielsweise Argon oder Stickstof f zur Verhinderung einer Oxidation des extrudierten Werkstof fs 20 , 22 .
Die Druckköpfe 4 , 6 sind j eweils im Verhältnis zur Profilierungsvorrichtung 8 um einen Winkel al , a2 drehbar und in einem Abstand dl , d2 verfahrbar angeordnet , sodass auch komplexe Geometrien herstellbar sind . Die Ansteuerung erfolgt mittels einer Steuereinheit 28 .
FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Leiteranordnung 30 . Die Herstellung der Leiteranordnung 30 erfolgt beispielhaft mit einer Druckanordnung 2 gemäß FIG 1 . Das Verfahren umfasst ein erstes Extrudieren A eines elektrisch isolierenden Werkstof fs 20 mittels des ersten Druckkopfs 4 zum Bilden einer I solationsschicht 32 der Leiteranordnung 30 , ein Profilieren B der I solationsschicht 32 zum Bilden einer konkaven Ausnehmung 34 in der Isolationsschicht 32 und zweites Extrudieren C eines metallischen Werkstof fs 22 mittels des zweiten Druckkopfs 6 zum Bilden einer Leiterschicht 36 der Leiteranordnung 30 in der konkaven Ausnehmung 34 der I solationsschicht 32 . Beim Extrudieren A, C werden der elektrisch isolierende Werkstof f 20 und der metallische Werkstof f 22 vollständig geschmol zen . Das erste Extrudieren A, das Profilieren B und das zweite Extrudieren C erfolgen synchron in der Druckrichtung 18 . Die konkaven Ausnehmung 34 der I solationsschicht 32 weist einen halbkreis förmigen, halbelliptischen oder segment förmigen Querschnitt auf .
Das Extrudieren A, C des elektrisch isolierenden Werkstof fs 20 und des metallischen Werkstof fs 22 sowie das Profilieren B erfolgen beispielhaft spiral förmig zum Ausbilden einer spiral förmigen Wicklung einer Spule 38 . Der elektrisch isolierende Werkstof f 20 kann ein Glas , z . B . Quarzglas oder Borosilikatglas , enthalten . Der metallische Werkstof f 22 kann Kupfer, Aluminium, Silber oder eine deren Legierungen enthalten . Insbesondere ist eine Viskosität des extrudierten Glases geringer als eine Viskosität des extrudierten Metalls , wobei die Viskosität des extrudierten Glases , insbesondere durch Zuführen von Schutzgas , reduziert wird, um ein stabiles Profilieren B zu ermöglichen . Durch die konkave Ausnehmung 34 der I solationsschicht 32 wird das Extrudieren des metallischen Werkstof fs 22 mit der geringeren Viskosität erleichtert . Durch Zuführen von Schutzgas erstarrt der metallische Werkstof f 22 in der konkaven Ausnehmung der I solationsschicht 32 .
FIG 3 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung des Verfahrens beim zweiten Extrudieren C der Leiterschicht 36 , wobei der metallische Werkstof f 22 zum Ausbilden der Leiterschicht 36 in die konkave Ausnehmung 34 der I solationsschicht 32 extrudiert wird . Schutzgas wird zum Kühlen und Verhindern einer Oxidation des metallischen Werkstof fs 22 , beispielhaft über eine Gasdüse 26 , in einem Extrusions- Bereich 40 der Leiterschicht 36 zugeführt .
FIG 4 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung des Verfahrens beim ersten Extrudieren A der I solationsschicht 32 , bei der elektrisch isolierenden Werkstof f 20 mittels des ersten Druckkopfs 4 zum Bilden der I solationsschicht 32 auf der Leiterschicht 36 extrudiert wird . Schutzgas wird zum Kühlen, beispielhaft über eine Gasdüse 26 , in einem Extrusions-Bereich 40 der I solationsschicht 32 zugeführt . Durch eine obere und eine untere I solationsschicht 32 ist eine Mantel fläche 42 der Leiterschicht 36 vollständig mit dem elektrisch isolierenden Werkstof f 20 kontaktiert bzw . ist von diesem vollständig umgeben .
FIG 5 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung des Verfahrens beim Profilieren B der I solationsschicht , wobei die Profilschablone 24 eine konkaven Ausnehmung 34 der I sola- tionsschicht 32 mit einem beispielhaft halbelliptischen Querschnitt formt . Überschüssiges Material des extrudierten elektrisch isolierenden Werkstof fs 20 wird über eine seitliche Ausnehmung 44 der Profilschablone 24 abgestrei ft . Die Profilschablone 24 kann unter anderem Wol fram oder Molybdän enthalten .
Zusammenfassend betri f ft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Leiteranordnung 30 mittels einer Druckanordnung 2 , welche zur Verwendung in einem Schmel zschichtungssystem konfiguriert ist . Um eine verbesserte thermische Belastbarkeit und Spannungs festigkeit der Leiteranordnung 30 zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Druckanordnung 2 einen ersten Druckkopf 4 und einen zweiten Druckkopf 6 aufweist , wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst : erstes Extrudieren A eines elektrisch isolierenden Werkstof fs 20 mittels des ersten Druckkopfs 4 zum Bilden einer I solationsschicht 32 der Leiteranordnung 30 ; zweites Extrudieren C eines metallischen Werkstof fs 22 mittels des zweiten Druckkopfs 6 zum Bilden einer Leiterschicht 36 der Leiteranordnung 30 auf der Isolationsschicht 32 , wobei der elektrisch isolierende Werkstof f 20 und/oder der metallische Werkstof f 22 beim Extrudieren A, C, insbesondere vollständig, geschmol zen werden .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Leiteranordnung (30) mittels einer Druckanordnung (2) , welche zur Verwendung in einem Schmelzschichtungssystem konfiguriert ist, wobei die Druckanordnung (2) einen ersten Druckkopf (4) und einen zweiten Druckkopf (6) aufweist, wobei die Druckanordnung (2) eine Profilierungsvorrichtung (8) , welche zwischen dem ersten Druckkopf (4) und dem zweiten Druckkopf (6) angeordnet ist, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- erstes Extrudieren (A) eines elektrisch isolierenden Werkstoffs (20) mittels des ersten Druckkopfs (4) zum Bilden einer Isolationsschicht (32) der Leiteranordnung (30) ,
- Profilieren (B) der Isolationsschicht (32) zum Bilden einer konkaven Ausnehmung (34) in der Isolationsschicht (32) nach dem ersten Extrudieren (A) ,
- zweites Extrudieren (C) eines metallischen Werkstoffs (22) mittels des zweiten Druckkopfs (6) zum Bilden einer Leiterschicht (36) der Leiteranordnung (30) auf der Isolationsschicht (32) , wobei der elektrisch isolierende Werkstoff (20) und/oder der metallische Werkstoff (22) beim Extrudieren (A, C) , insbesondere vollständig, geschmolzen werden, wobei das zweite Extrudieren (C) des metallischen Werkstoffs (22) in der konkaven Ausnehmung (34) der Isolationsschicht (32) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Extrudieren (A) und das zweite Extrudieren (C) synchron erfolgen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, umfassend folgenden weiteren Schritt: - erstes Extrudieren (A) des elektrisch isolierenden Werkstoffs (20) mittels des ersten Druckkopfs (4) zum Bilden der Isolationsschicht (32) der Leiteranordnung (30) auf der Leiterschicht (36) , wobei eine Mantelfläche (42) der Leiterschicht (36) vollständig mit dem elektrisch isolierenden Werkstoff (20) kontaktiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Extrudieren (A, C) des elektrisch isolierenden Werkstoffs (20) und des metallischen Werkstoffs (22) spiralförmig zum Ausbilden einer spiralförmigen Wicklung einer Spule (38) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei beim ersten Extrudieren (A) und/oder beim zweiten Extrudieren (C) ein Schutzgas in einem Extrusions-
Bereich (40) der jeweiligen Schicht (32, 36) zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der elektrisch isolierende Werkstoff (20) ein Glas enthält .
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der metallische Werkstoff (22) Kupfer, Aluminium, Silber oder eine deren Legierungen enthält.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der ersten Druckkopf (4) und/oder der zweite Druckkopf (6) eine Düse (12) aufweisen, welche Platin und/oder Molybdän enthält, wobei beim Extrudieren (A, C) ein Filament (16) in der Düse (12) mittels Induktion erhitzt wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Isolationsschicht (32) nach dem ersten Extrudieren (A) derartig gekühlt wird, dass das Profilieren (B) bei einer mindestens 10-fach, insbesondere mindestens 100-fach, ferner insbesondere mindestens 1000-fach, geringeren Viskosität stattfindet.
10. Leiteranordnung (30) , welche mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist.
11. Steuereinheit (28) mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
12. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bei Ablauf in einer Steuereinheit (28) nach Anspruch 11.
13. Druckanordnung (2) zur Herstellung einer Leiteranordnung (30) , welche zur Verwendung in einem Schmelzschichtungssystem konfiguriert ist, aufweisend einen ersten Druckkopf (4) und einen zweiten Druckkopf (6) , wobei die Druckanordnung (2) eine Profilierungsvorrichtung (8) , welche zwischen dem ersten Druckkopf (4) und dem zweiten Druckkopf (6) angeordnet ist, aufweist, wobei der erste Druckkopf (4) zum Extrudieren eines elektrisch isolierenden Werkstoffs (20) zum Bilden einer Isolationsschicht (32) der Leiteranordnung (30) konfiguriert ist, wobei der zweite Druckkopf (6) zum Extrudieren eines metallischen Werkstoffs (22) zum Bilden einer Leiterschicht (36) der Leiteranordnung (30) konfiguriert ist, wobei der erste Druckkopf (4) konfiguriert ist, den elektrisch isolierenden Werkstoff (20) und/oder der zweite Druckkopf (6) konfiguriert ist, den metallischen Werk- Stoff (22) beim Extrudieren (A, C) , insbesondere vollständig, zu schmelzen, wobei die Profilierungsvorrichtung (8) zum Bilden einer konkaven Ausnehmung (34) in der Isolationsschicht (32) nach dem Extrudieren des elektrisch isolierenden Werkstoffs (20) konfiguriert ist.
14. Druckanordnung (2) nach Anspruch 13, wobei die Druckköpfe (4, 6) zu einem synchronen Extrudieren (A, C) konfiguriert sind.
15. Druckanordnung (2) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, aufweisend zumindest eine Gasdüse (26) , welche zum Zuführen von Schutzgas in einem Extrusions-Bereich (40) konfiguriert ist .
16. Druckanordnung (2) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der ersten Druckkopf (4) und/oder der zweite Druckkopf (6) eine Düse (12) , welche Platin und/oder Molybdän enthält, und eine Induktionsspule (14) , welche zum Erhitzen eines Filaments (16) in der Düse (12) konfiguriert ist, aufweisen .
17. Druckanordnung (2) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der erste Druckkopf (4) zum Extrudieren von Glas und/oder der zweite Druckkopf (6) zum Extrudieren von Kupfer, Aluminium, Silber oder eine deren Legierungen konfiguriert ist .
EP24702233.8A 2023-02-28 2024-01-09 Verfahren zur herstellung einer leiteranordnung Pending EP4633846A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23159097.7A EP4424442A1 (de) 2023-02-28 2023-02-28 Verfahren zur herstellung einer leiteranordnung
PCT/EP2024/050367 WO2024179726A1 (de) 2023-02-28 2024-01-09 Verfahren zur herstellung einer leiteranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4633846A1 true EP4633846A1 (de) 2025-10-22

Family

ID=85415228

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23159097.7A Withdrawn EP4424442A1 (de) 2023-02-28 2023-02-28 Verfahren zur herstellung einer leiteranordnung
EP24702233.8A Pending EP4633846A1 (de) 2023-02-28 2024-01-09 Verfahren zur herstellung einer leiteranordnung

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23159097.7A Withdrawn EP4424442A1 (de) 2023-02-28 2023-02-28 Verfahren zur herstellung einer leiteranordnung

Country Status (3)

Country Link
EP (2) EP4424442A1 (de)
CN (1) CN120769787A (de)
WO (1) WO2024179726A1 (de)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3218160A4 (de) * 2014-11-14 2018-10-17 Nielsen-Cole, Cole Verfahren und systeme zur generativen fertigung zur formung von verbundstoffmaterialien
IL266909B2 (en) 2016-12-06 2024-01-01 Markforged Inc Additive manufacturing with heat flexible material feed
ES2999620T3 (en) * 2018-06-25 2025-02-26 Kj Chemicals Corp Three-dimensional shaping device and three-dimensional shaping method using heterogeneous materials
US11618087B2 (en) * 2020-02-12 2023-04-04 Microcvd Corporation Additive manufacturing printhead with annular and refractory metal receptor tube
CN118043192A (zh) * 2021-06-26 2024-05-14 印度科学研究所 用于产生用于增材制造的熔融金属液滴的系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4424442A1 (de) 2024-09-04
CN120769787A (zh) 2025-10-10
WO2024179726A1 (de) 2024-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3013502B1 (de) Verfahren und bearbeitungsmaschine zum generieren eines dreidimensionalen bauteils durch selektives laserschmelzen
DE69915731T2 (de) Giesssystem mit Filmheizungen und/oder -Sensoren
DE68923339T2 (de) Mikroschmelzsicherheiten mit metall-organichem film sowie herstellungsverfahren.
DE3050207C1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Wicklung aus waermebestaendigem,isoliertem elektrischem Leitungsdraht sowie Verfahren zum Anschliessen eines solchen Leitungsdrahtes
EP1331206A2 (de) Düsenwanne zum Ziehen von Glasfasern
EP2279545B1 (de) Kontakteinheit und verfahren zur herstellung einer kontakteinheit
DE10362064B4 (de) Beheizbares Werkzeug
EP4633846A1 (de) Verfahren zur herstellung einer leiteranordnung
DE1298085B (de) Verfahren zur Herstellung von Einkristallen hoher Kristallguete durch Zonenschmelzen
EP3227894B1 (de) Anordnung elektrischer leiter und verfahren zur herstellung einer anordnung elektrischer leiter
DE3316795A1 (de) Vorrichtung zur glastropfen-gewichtskonstanthaltung
DE10149400A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum kontaktlosen Formgeben von schmelzflüssigen Glasposten
WO2022218804A2 (de) VERFAHREN ZUM LASERSCHWEIßEN VON GEBOGENEN, ALUMINIUMHALTIGEN STABLEITERN, INSBESONDERE FÜR EINEN ELEKTROMOTOR
EP3274154B1 (de) Bauteilanordnung und verfahren zum widerstandsschweissen thermoplastischer bauteile
EP1677332A2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsquelle
DE102015100861B4 (de) Heißkanal für eine Druckgussvorrichtung und Betriebsverfahren dafür
DE102008006015A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturkontrolle einer Dosier-Ziehnadel
EP2468914B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenspritzen
EP2269793A1 (de) Formwerkzeug und Verfahren zu seiner Verwendung
EP0593878A1 (de) Rotationssymmetrisches Halbzeug mit über den Querschnitt variierenden Eigenschaften
DE102006004637B4 (de) Induktiv beheizbarer Skulltiegel, Schmelzanlage und Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Glasschmelze
DE60035808T2 (de) Verfahren zum umformen des ziehendes einer vorform für optische fasern
DE102017202224A1 (de) Filament und Druckkopf für 3D-Druck und 3D-Druckverfahren
DE112022002440T5 (de) Heizgeräteanordnung mit eingebetteten resistiven heizgeräten
EP3696833A1 (de) Verfahren zur herstellung einer spule

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250718

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR