DE102020209968A1 - Method of making an electrical and a mechanical connection - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen und einer mechanischen Verbindung während des additiven Aufbaus eines Objekts (10), insbesondere eines aufgebauten Gehäuses (54), bei dem zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:Es erfolgt die Herstellung des Objekts (10) über den Aufbau von Einzelschichten (12) in eine Z-Richtung (26), danach schließen sich eine Positionierung und Montage von unabhängigen Subsystemen (18) in Einspannbereichen (20) des aufgebauten Gehäuses (54) an. Danach erfolgt die Freisparung mindestens eines Kontaktierungskanals (30) in den Einzelschichten (12) bei weiterem Aufbau des Gehäuses (54) in die Z - Richtung (26). Schließlich erfolgt ein Verfüllen des mindestens einen Kontaktierungskanals (30) mit leitfähigem Klebstoff oder elektrisch leitendem Reaktionsklebstoff. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des vorstehend erläuterten Verfahrens zur gleichzeitigen Herstellung elektrischer und mechanischer Verbindungen mittels eines additiven Fertigungsverfahrens mit elektrisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Reaktionsklebstoffen oder Klebstoff.The invention relates to a method for producing an electrical and a mechanical connection during the additive construction of an object (10), in particular a built-up housing (54), in which at least the following method steps are carried out: the object (10 ) via the construction of individual layers (12) in a Z-direction (26), followed by positioning and assembly of independent subsystems (18) in clamping areas (20) of the constructed housing (54). After that, at least one contacting channel (30) is left free in the individual layers (12) as the housing (54) continues to be built up in the Z direction (26). Finally, the at least one contacting channel (30) is filled with conductive adhesive or electrically conductive reactive adhesive. In addition, the invention relates to the use of the method explained above for the simultaneous production of electrical and mechanical connections by means of an additive manufacturing method with electrically conductive and electrically non-conductive reactive adhesives or glue.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen und einer mechanischen Verbindung während des additiven Aufbaus eines Objekts, insbesondere eines aufgebauten Objekts, wie beispielsweise einem Gehäuse. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zur gleichzeitigen Herstellung einer elektrischen und einer mechanischen Verbindung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens mit elektrisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Reaktionsklebstoffen oder Klebstoffen.The invention relates to a method for producing an electrical and a mechanical connection during the additive construction of an object, in particular a constructed object such as a housing. Furthermore, the invention relates to the use of the method for the simultaneous production of an electrical and a mechanical connection by means of an additive manufacturing method with electrically conductive and electrically non-conductive reactive adhesives or adhesives.

Stand der TechnikState of the art

EP 2 078 312 B1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Energie-Harvesters mit Hilfe eines Druckprozesses, insbesondere des Siebdruckprozesses. Gemäß diesem Verfahren werden Löcher gebohrt, um später Opfermaterial zu entfernen. EP 2 078 312 B1 relates to a method for producing an energy harvester using a printing process, in particular the screen printing process. According to this method, holes are drilled to later remove sacrificial material.

US 2018/120912 A1 hat ein Herstellungsverfahren einer Wärmemanagementvorrichtung einschließlich ihres Gehäuses zum Gegenstand, welches hauptsächlich auf einem additiven Fertigungsverfahren basiert. U.S. 2018/120912 A1 relates to a manufacturing method for a thermal management device, including its housing, which is mainly based on an additive manufacturing method.

US 2014/333011 A1 bezieht sich auf ein additives Fertigungsverfahren, in welchem eine Wandstruktur auf einem Druckbrett hergestellt wird und ein Trägerstück mit einer antihaftbeschichteten Oberfläche in der Nähe oder innerhalb der Struktur platziert wird. Es wird eine Materialschicht auf einer oder mehreren Wänden und auf dem Trägerstück additiv gefertigt, um einen Überstand zu erzeugen, wonach das Trägerstück, nachdem das den Überstand bildende Material in einen festen Zustand zurückgekehrt oder gehärtet ist, wieder entfernt wird. U.S. 2014/333011 A1 refers to an additive manufacturing process in which a wall structure is made on a printing board and a backing piece with a non-stick coated surface is placed near or within the structure. A layer of material is additively fabricated on one or more walls and on the substrate to create a protrusion, after which the substrate is removed after the material forming the protrusion has returned to a solid state or hardened.

WO 2019/147700 A1 hat ein additives Fertigungsverfahren zum Gegenstand. WO 2019/147700 A1 deals with an additive manufacturing process.

Additive Fertigung umfasst ein breites Spektrum an Technologien, die nach dem Prinzip arbeiten, Volumenelemente miteinander zu verbinden. In der Regel erfolgt dies über einen schichtweisen Aufbau. Dies bedeutet, dass das dreidimensionale Modell des Bauteils in zweidimensionale, ebene Flächen aufgeteilt wird und in einen digitalen Pfad übersetzt wird. Die Maschine fährt diesen Pfad ab und hinterlässt dort verfahrensabhängig verarbeitetes Material, welches so Schicht für Schicht zu einem dreidimensionalen Objekt zusammengesetzt wird. Dieses Vorgehen führt dazu, dass im Vergleich zu subtraktiven Fertigungsprozessen mit nahezu unbegrenzter geometrischer Flexibilität gearbeitet werden kann.Additive manufacturing encompasses a wide range of technologies that work on the principle of joining volume elements together. This is usually done in layers. This means that the three-dimensional model of the part is divided into two-dimensional flat surfaces and translated into a digital path. The machine travels this path and leaves material there that has been processed depending on the process, which is assembled layer by layer into a three-dimensional object. This approach means that, compared to subtractive manufacturing processes, you can work with almost unlimited geometric flexibility.

Gängige 3D-Druckverfahren, so zum Beispiel VAT-Polymerization, Sheet Lamination, Binder Jetting und Powderbed Fusion basieren darauf, dass das Aufbaumaterial einer Schicht immer in gleicher geometrischer Form vorliegt. Die beabsichtigte geometrische Form dieser Schicht wird dann durch selektives Härten, Verkleben oder Ausschneiden erzeugt, so dass Bereiche entstehen, die der finalen Geometrie angehören und solche, die nach dem 3D-Druck entfernt werden müssen. Auf diese Weise sind Hohlräume, die zum Beispiel als Kavitäten für integrierte Leiterbahnen oder SMD-Bauteile dienen, zwar darstellbar, jedoch sind diese im Prozess immer noch mit flüssigem, pulverförmigem oder festem Material gefüllt. Um Komponenten integrieren zu können, müssen diese Hohlräume oder Kavitäten zunächst erst aufwändig gereinigt werden.Common 3D printing processes such as VAT polymerisation, sheet lamination, binder jetting and powderbed fusion are based on the fact that the building material of a layer is always present in the same geometric form. The intended geometric shape of this layer is then created by selective hardening, gluing or cutting, leaving areas that belong to the final geometry and those that need to be removed after 3D printing. In this way, cavities that serve, for example, as cavities for integrated conductor tracks or SMD components can be represented, but they are still filled with liquid, powdery or solid material during the process. In order to be able to integrate components, these hollow spaces or cavities first have to be cleaned in a laborious process.

Demgegenüber ermöglichen Verfahren wie das 3D-Dispensen, welches nach dem Prinzip arbeitet, Bauteile durch das schichtweise Auftragen von Material zu erzeugen, eine Integration von Komponenten und Funktionen innerhalb des laufenden 3D-Druckprozesses, da erzeugte Kavitäten nicht gereinigt werden müssen. Ein gängiges Verfahren im Bereich der Thermoplastverarbeitung ist dabei der Prozess Fused Filament Fabrication (FFF).In contrast, processes such as 3D dispensing, which works according to the principle of creating components by applying material in layers, enable components and functions to be integrated within the ongoing 3D printing process, since the cavities created do not have to be cleaned. A common method in the field of thermoplastic processing is the Fused Filament Fabrication (FFF) process.

Wird das additive Fertigungsverfahren, z. B. das 3D-Dispensen, mit kationisch polymerisierbaren Epoxidharzen durchgeführt, die beispielsweise auch als Klebstoff eingesetzt werden, so können die guten Hafteigenschaften dieser Werkstoffe zusätzlich genutzt werden, um eine Funktionsintegration zu optimieren. So fungiert der Werkstoff nicht nur als Gehäuse, welches im Schichtaufbau additiv erstellt wird, sondern auch als Klebstoff, um Komponenten mit dem Gehäuse adhäsiv oder kohäsiv zu verbinden. So können in einem Prozess Gehäuseaufbau mit form- und stoffschlüssiger Verbindung einer Komponente realisiert werden.If the additive manufacturing process, e.g. If, for example, 3D dispensing is carried out with cationically polymerizable epoxy resins, which are also used as adhesives, for example, the good adhesive properties of these materials can also be used to optimize functional integration. The material not only functions as a housing, which is created additively in the layer structure, but also as an adhesive to connect components to the housing either adhesively or cohesively. In this way, housing structures with a positive and material connection of a component can be realized in one process.

Eine Kombination elektrischer und mechanischer Funktionalitäten erfolgt bisher in der Regel aufgrund mehrerer unabhängiger Prozesse beziehungsweise Prozessschritte. So können kombinierte elektrische und mechanische Schnittstellen beispielsweise durch Leiterplattendirektverbinder, welche diskrete Bauteile darstellen, geschaffen werden oder auch durch Flexband- oder Flachbandkabeldirektverbindungen. Des Weiteren sind beispielsweise Steck- oder Klemmverbindungen für Arbeitsspeicher auf Motherboards bekannt. Alles in allem stellen derartige kombinierte elektrische und mechanische Schnittstellen fertigungstechnisch sehr kostenintensiv zu fertigende Schnittstellen dar. Dies stellt für eine Serienfertigung einen unbefriedigenden Zustand dar, so dass hier Abhilfe wünschenswert ist.Up to now, a combination of electrical and mechanical functionalities has generally taken place on the basis of several independent processes or process steps. Combined electrical and mechanical interfaces can be created, for example, by direct circuit board connectors, which represent discrete components, or by direct flex ribbon or ribbon cable connections. Furthermore, for example, plug-in or clamp connections for main memory on motherboards are known. All in all, such combined electrical and mechanical interfaces represent interfaces that are very expensive to manufacture in terms of production technology. This represents an unsatisfactory situation for series production, so that a remedy is desirable here.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen und einer mechanischen Verbindung während des additiven Aufbaus eines Objekts vorgeschlagen, insbesondere eines aufgebauten Gehäuses, wobei zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:

1. a) Herstellung des Objekts durch Aufbau von Einzelschichten in eine Raumrichtung
2. b) Positionierung und Montage von unabhängigen Subsystemen in Einspannbereichen des aufgebauten Gehäuses,
3. c) Freisparung mindestens eines Kontaktierungskanals in den Einzelschichten bei weiterem Aufbau des Gehäuses in die Raumrichtung nach Durchführung des Verfahrensschritts c) und
4. d) Verfüllen des mindestens einen Kontaktierungskanals mit einem leitfähigen Klebstoff oder einem elektrisch leitendem Reaktionsklebstoff.

A method for producing an electrical and a mechanical connection during the additive construction of an object, in particular a constructed housing, is proposed, with at least the following method steps being carried out:

1. a) Production of the object by building up individual layers in one spatial direction
2. b) Positioning and assembly of independent subsystems in clamping areas of the assembled housing,
3. c) Freeing up at least one contacting channel in the individual layers during further construction of the housing in the spatial direction after carrying out method step c) and
4. d) filling the at least one contacting channel with a conductive adhesive or an electrically conductive reactive adhesive.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können in vorteilhafter Weise in einem Arbeitsschritt gleichzeitig ein Fixieren und ein elektrisches Kontaktieren eines unabhängigen Subsystems erfolgen. Dies erfolgt insbesondere mittels eines chemisch verträglichen Materials innerhalb eines Prozessschritts. Es besteht die Möglichkeit, eine Kontaktierung unabhängiger Subsysteme, so z. B. Leiterplattenbatterien, SMD-Elemente, Sensoren und Aktoren mittels eines Prozessschritts zu positionieren, zu montieren und elektrisch zu kontaktieren.The solution proposed according to the invention can advantageously simultaneously fix and electrically contact an independent subsystem in one work step. This is done in particular using a chemically compatible material within one process step. It is possible to contact independent subsystems, e.g. B. printed circuit board batteries, SMD elements, sensors and actuators in one process step to position, assemble and electrically contact.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens sind zu den unabhängigen Subsystemen gemäß Verfahrensschritt b) Leiterplattenbatterien, SMD-Elemente, Sensoren und/oder Aktoren oder Energiespeicher beziehungsweise Pufferbatterien zu nennen.In a further embodiment of the method proposed according to the invention, printed circuit board batteries, SMD elements, sensors and/or actuators or energy stores or backup batteries should be mentioned as independent subsystems according to method step b).

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden während der Durchführung der Verfahrensschritte a) und d) im aufgebauten Gehäuse additiv hergestellte und gehäuseintegrierte, räumliche Leiterbahnstrukturen hergestellt, die vertikale elektrische Kontaktierungen und/oder horizontale elektrische Kontaktierungen bilden. Diese gehäuseintegrierten, räumlichen Leiterbahnstrukturen aus leitfähigen Materialien beziehungsweise Anteilen leitfähiger Materialien werden durch einen zweiten Dispenserkopf hergestellt; demnach finden zwei Materialien Verwendung, von denen eines die Eigenschaft der elektrischen Leitfähigkeit aufweist.In a further advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, while carrying out method steps a) and d) in the built-up housing, additively manufactured and housing-integrated spatial conductor track structures are produced which form vertical electrical contacts and/or horizontal electrical contacts. These housing-integrated, three-dimensional printed conductor structures made of conductive materials or parts of conductive materials are produced by a second dispenser head; accordingly, two materials are used, one of which has the property of electrical conductivity.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens bilden die additiv hergestellten und gehäuseinternen, räumlichen Leiterbahnstrukturen Antennen zum Senden und Empfangen von Information oder Energie und werden mit den gehäuseintern vorgesehenen unabhängigen Subsystemen verbunden. Auch hier werden unterschiedliche Materialien eingesetzt, die über mindestens zwei Dispenserköpfe aufgetragen werden. Eines der eingesetzten Materialen weist eine elektrische Leitfähigkeit auf.In a further advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, the additively produced spatial conductor track structures inside the housing form antennas for transmitting and receiving information or energy and are connected to the independent subsystems provided inside the housing. Here, too, different materials are used, which are applied via at least two dispenser heads. One of the materials used has electrical conductivity.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden die additiv hergestellten und gehäuseintegrierten, räumlichen Leiterbahnstrukturen derart ausgebildet, dass diese der Sensierung physikalischer Größen dienen, beispielsweise der Temperatur oder des Feuchtegehalts oder dergleichen.In an advantageous development of the method proposed according to the invention, the additively produced and housing-integrated spatial conductor track structures are designed in such a way that they are used to sense physical variables, for example the temperature or the moisture content or the like.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren werden die additiv hergestellten und gehäuseintegrierten Leiterbahnstrukturen mit gehäuseextern angeordneten Signalgebern, insbesondere LEDs und/oder gehäuseextern angeordneten Signalempfängern, insbesondere Photodioden oder dergleichen mit den gehäuseintern angeordneten unabhängigen Subsystemen verbunden.In the method proposed according to the invention, the additively manufactured and housing-integrated conductor track structures are connected to the independent subsystems arranged inside the housing with signal generators arranged outside the housing, in particular LEDs and/or signal receivers arranged outside the housing, in particular photodiodes or the like.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens können über die additiv hergestellten und gehäuseintegrierten Leiterbahnstrukturen galvanisch getrennte Messungen vorgenommen werden, wofür mindestens eine Spule zur induktiven Messung von Strömen innerhalb des Gehäuses vorgesehen wird.In a further advantageous embodiment of the method proposed according to the invention, galvanically isolated measurements can be carried out via the additively produced and housing-integrated printed conductor structures, for which purpose at least one coil is provided for inductively measuring currents within the housing.

Alternativ kann beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren eine galvanisch getrennte Messung mit kapazitiven Messelementen durch parallel geführte, additiv gefertigte und gehäuseintegrierte Leiterbahnstrukturen erfolgen.Alternatively, in the method proposed according to the invention, a galvanically isolated measurement with capacitive measuring elements can be carried out using printed conductor structures that are routed in parallel, are additively manufactured and are integrated in the housing.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren können während das additiv aufgebaute Gehäuse hergestellt wird, d. h. in der Aufbauphase der Einzelschichten in Z-Richtung membranartige Strukturen, insbesondere Lautsprecher und/oder Mikrofone, zwischen den Einzelschichten eingeklemmt und dadurch mit dem additiv hergestellten Gehäuse verbunden werden.In the method proposed according to the invention, while the additively constructed housing is being produced, i. H. During the construction phase of the individual layers, membrane-like structures, in particular loudspeakers and/or microphones, are clamped between the individual layers in the Z-direction and thereby connected to the additively manufactured housing.

In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können während des Aufbaus der Einzelschichten im aufgebauten Gehäuse außerhalb des aufgebauten Gehäuses befindliche Strukturen, insbesondere Strömungssensoren, Temperaturfühler und weitere Komponenten, die in einer das aufgebaute Gehäuse umgebenden Strömung Medien messen, vorgehalten werden.In a further development of the solution proposed according to the invention, during the construction of the individual layers in the constructed housing, structures located outside of the constructed housing, in particular flow sensors, temperature sensors and other components that are in a Measure the flow of media surrounding the built-up housing.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ergibt sich zudem die Möglichkeit, die außerhalb des aufgebauten Gehäuses befindlichen Strukturen über die Einzelschichten des aufgebauten Gehäuses durchdringende Durchkontaktierungen hermetisch nach innen abgedichtet mit den gehäuseintern angeordneten unabhängigen Subsystemen zu verbinden, ohne dass separate Steckverbindungen oder andere Bauteile benötigt würden. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann durch die geschickte Anordnung und Platzierung von Leitklebstoffen oder leitfähigen Reaktionsklebstoffen die elektrische Kontaktierung während des Gehäuseaufbaus beziehungsweise gleichzeitig mit der Positionierung von unabhängigen Subsystemen erreicht werden.With the method proposed according to the invention, there is also the possibility of connecting the structures located outside of the built-up housing via the individual layers of the built-up housing, hermetically sealed inwards, to the independent subsystems arranged inside the housing, without separate plug-in connections or other components being required. In the method proposed according to the invention, the electrical contacting can be achieved during the construction of the housing or at the same time as the positioning of independent subsystems through the skillful arrangement and placement of conductive adhesives or conductive reactive adhesives.

Darüber hinaus bezieht sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung auf die Verwendung des Verfahrens zur gleichzeitigen Herstellung einer elektrischen und einer mechanischen Verbindung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens mit elektrisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Reaktionsklebstoffen oder Klebstoffen.In addition, the solution proposed according to the invention relates to the use of the method for the simultaneous production of an electrical and a mechanical connection by means of an additive manufacturing method with electrically conductive and electrically non-conductive reactive adhesives or adhesives.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise ein Verfahren bereitgestellt werden, welches eine Herstellung elektrischer und mechanischer Verbindungen mittels stoff- oder formschlüssiger Verbindungen ermöglicht, wobei ein additives Fertigungsverfahren zum Einsatz kommt. Des Weiteren können elektrisch leitende und nicht leitende Reaktionsklebstoffe Verwendung finden. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren, welches die additive Fertigungstechnologie nutzt, gibt es hinsichtlich der herzustellenden Gehäusegeometrien eine hohe Anzahl von Freiheitsgraden.With the solution proposed according to the invention, a method can be provided in an advantageous manner which enables the production of electrical and mechanical connections by means of material or form-fitting connections, with an additive manufacturing method being used. Furthermore, electrically conductive and non-conductive reactive adhesives can be used. In the case of the method proposed according to the invention, which uses additive manufacturing technology, there is a large number of degrees of freedom with regard to the housing geometries to be produced.

In vorteilhafter Weise kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erreicht werden, dass eine gleichzeitige Klemmung und Kontaktierung von unabhängigen Subsystemen mit chemisch zueinander verträglichen Materialien während eines Prozessschrittes erreicht werden kann. Des Weiteren kann in besonders vorteilhafter Weise eine Kontaktierung unabhängiger Subsysteme mit nur einem Prozessschritt ermöglicht werden. Zu den unabhängigen Subsystemen sind beispielsweise Leiterplattenbatterien, SMD-Elemente, Sensoren, Aktoren, diskrete Pufferbatterien, Energy-Harvester, diskrete Bauelemente wie zum Beispiel bedrahtete Kondensatoren oder bedrahtete Spulen zu zählen.Advantageously, the solution proposed according to the invention allows simultaneous clamping and contacting of independent subsystems with materials that are chemically compatible with one another during a process step. Furthermore, in a particularly advantageous manner, contacting of independent subsystems can be made possible with only one process step. The independent subsystems include, for example, printed circuit board batteries, SMD elements, sensors, actuators, discrete buffer batteries, energy harvesters, discrete components such as wired capacitors or wired coils.

Durch den Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können separate Steckverbindungen entfallen. Mechanische Steckerschnittstellen und die dazugehörigen Kabel erzeugen unnötigerweise Kosten im Vergleich zu den obenstehend skizzierten Direktkontaktierungen, die während des Gehäuseaufbaus unmittelbar hergestellt werden können.By using the solution proposed according to the invention, separate plug connections can be omitted. Mechanical connector interfaces and the associated cables generate unnecessary costs compared to the direct contacts outlined above, which can be made directly during the housing construction.

In besonders vorteilhafter Weise können alle Prozessschritte in einen Prozess integriert werden. Dies bedeutet, dass ein Gehäuseaufbau, eine Positionierung beispielsweise einer Leiterplatte, deren Montage sowie deren elektrische Kontaktierung in einem Arbeitsschritt erfolgt, welcher ebenfalls mittels eines additiven Fertigungsverfahrens durchgeführt wird. Gleiches gilt auch für zugehörige Schnittstellen, wie beispielsweise Antennen oder Steckverbindungen.In a particularly advantageous manner, all process steps can be integrated into one process. This means that a housing structure, a positioning of a printed circuit board, for example, its assembly and its electrical contacting takes place in one work step, which is also carried out by means of an additive manufacturing process. The same also applies to associated interfaces, such as antennas or plug connections.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren können elektrische Verbindungen geschaffen werden, ohne dass nachträglich subtraktive Bearbeitungsverfahren und/oder zusätzliche kraftschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Klemmen oder Schrauben, erforderlich werden. Des Weiteren können beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren stoffschlüssige Fügeverfahren, wie beispielsweise Schweißen oder Löten und der damit einhergehende Aufwand eingespart werden.With the method proposed according to the invention, electrical connections can be created without subsequent subtractive processing methods and/or additional non-positive connections, such as clamps or screws, becoming necessary. Furthermore, with the method proposed according to the invention, material joining methods such as welding or soldering and the associated effort can be saved.

In vorteilhafter Weise kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ein hermetisch nach außen abgedichtetes Gehäuse bereitgestellt werden, beispielsweise mit einer Bodenplatte mit Säulen als Stecker oder Pins. Des Weiteren können Energiesammelstrukturen, wie beispielsweise Biegebalken (Harvester), die mit einer oder mehreren Zusatzmassen ausgerüstet sind, eingesetzt werden. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist hervorzuheben, dass die hergestellten Gehäuse nicht nur mechanische, sondern auch elektrische Schnittstellen bieten im Vergleich zu beispielsweise eingepressten Steckern. Dadurch weist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein erhebliches Kostensenkungspotenzial auf. Des Weiteren besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, innerhalb eines Gehäuses mehrlagige Leiterplatten einzubauen, die mechanisch gelagert und positioniert werden. Dabei können elektrische Leiterplatte-zu-Leiterplatte-Verbindungen gleichzeitig im Gehäuse integriert werden. Des Weiteren kann beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren in besonders vorteilhafter Weise eine Integration von Antennenstrukturen innerhalb des Gehäuses zum Senden und Empfangen von Daten beziehungsweise zum Senden und Empfangen von Energie bei gleichzeitiger Kontaktierung zu den innenliegenden Komponenten, wie beispielsweise Leiterplatten, erreicht werden.Advantageously, the method proposed according to the invention can provide a housing that is hermetically sealed from the outside, for example with a base plate with columns as plugs or pins. Furthermore, energy-collecting structures, such as bending beams (harvesters), which are equipped with one or more additional masses, can be used. In the case of the method proposed according to the invention, it should be emphasized that the housings produced offer not only mechanical but also electrical interfaces in comparison to, for example, pressed-in plugs. As a result, the solution proposed according to the invention has considerable cost-cutting potential. Furthermore, there is advantageously the possibility of installing multi-layer printed circuit boards within a housing, which are mechanically mounted and positioned. Electrical board-to-board connections can be integrated into the housing at the same time. Furthermore, with the method proposed according to the invention, an integration of antenna structures within the housing for sending and receiving data or for sending and receiving energy with simultaneous contacting to the internal components, such as printed circuit boards, can be achieved in a particularly advantageous manner.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung steht ein breites Spektrum von Ausführungsvarianten zur Verfügung: Die additiv hergestellten und gehäuseintegrierten Leiterplatten stellen beispielsweise Antennen zum Senden und Empfangen von Informationen beziehungsweise Energie dar. So können beispielsweise gehäuseextern angeordnete Signalgeber (LEDs) und/oder gehäuseextern angeordnete Signalempfänger (Photodioden) angeschlossen werden. Die additiv hergestellten Leiterstrukturen werden derart aufgebaut, dass diese von ihrer räumlichen Anordnung her zur Sensierung von physikalischen Größen dienen. Dies ermöglicht eine galvanisch getrennte Messung physikalischer Größen. Dies lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass eine Spule zur induktiven Überwachung von Strömen innerhalb des Gehäuses beziehungsweise an einer Gehäuseschnittstelle platziert wird und das Trafomessprinzip oder Fluxgate-Stromsensoren für AC/DC-Ströme realisiert werden können.The solution proposed according to the invention makes a wide range of design variants available: The additively manufactured and housing-integrated printed circuit boards represent, for example, antennas for sending and receiving information or energy. For example, signal transmitters (LEDs) and/or signal receivers (photodiodes) arranged externally to the housing ) to be connected. The additively manufactured conductor structures are constructed in such a way that their spatial arrangement serves to sense physical quantities. This enables a galvanically isolated measurement of physical quantities. This can be achieved, for example, by placing a coil for inductive monitoring of currents inside the housing or at a housing interface and implementing the transformer measurement principle or fluxgate current sensors for AC/DC currents.

Alternativ zur Anordnung einer Spule zur induktiven Überwachung von Strömen können auch messkapazitiv messende Messelemente eingesetzt werden, beispielsweise durch parallel zueinander geführte Leiterbahnstrukturen. Des Weiteren kann bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung in vorteilhafter Weise eine Einspannung von balkenartigen Strukturen, wie zum Beispiel biegebalkenbasierten Vibrationsenergie-Harvestern erfolgen, so dass energiesammelnde Strukturen in das Gehäuse integriert werden können, die beispielsweise Vibrationsenergie in elektrischen Strom umwandeln. Schließlich sei darauf hingewiesen, dass membranartige Strukturen, wie zum Beispiel Lautsprecher und Mikrofone mit dem Gehäuse verbunden beziehungsweise in dieses integriert werden können.As an alternative to arranging a coil for the inductive monitoring of currents, measuring elements measuring capacitively can also be used, for example by means of printed conductor structures running parallel to one another. Furthermore, with the solution proposed according to the invention, beam-like structures, such as bending beam-based vibration energy harvesters, can advantageously be clamped, so that energy-collecting structures can be integrated into the housing, which, for example, convert vibration energy into electrical current. Finally, it should be pointed out that membrane-like structures such as loudspeakers and microphones can be connected to the housing or integrated into it.

Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass eine Einklemmung von außerhalb des geschlossenen Gehäuse befindlichen Strukturen, wie zum Beispiel Temperaturfühler oder Strömungssensoren, die in umgebender Strömung oder umgebenden Medien messen, angeschlossen werden können, beispielsweise mittels einer Durchkontaktierung in das Gehäuseinnere.It should also be pointed out that structures located outside the closed housing, such as temperature sensors or flow sensors, which measure in the surrounding flow or surrounding media, can be trapped, for example by means of a through-connection in the interior of the housing.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.

Es zeigen:

• 1.1 - 1.6 den erfindungsgemäßen Prozessablauf zur Einbettung eines Subsystems bei gleichzeitiger Einspannung und elektrischer Kontaktierung,
• 2.1 - 2.3 Varianten einer Einspannung unabhängiger Subsysteme beim aufgebauten Gehäuse,
• 3 die gleichzeitige Durchführung einer mechanischen Klemmung und einer elektrischen Kontaktierung,
• 4 ein additiv hergestelltes Gehäuse mit zwei elektrisch kontaktierten Leiterplatten samt Antenne
• 5 ein additiv hergestelltes Gehäuse mit integrierten Leiterplatten, die über einen Zapfen positioniert werden,
• 6 einen additiv gefertigten Zapfen mit in diesen integrierten Leiterbahnen und
• 7 ein additiv gefertigtes Gehäuse mit integrierten Leiterbahnstrukturen, die zu einem ebenfalls additiv hergestellten Steckverbinder führen.

Show it:

• 1.1 - 1.6 the process flow according to the invention for embedding a subsystem with simultaneous clamping and electrical contacting,
• 2.1 - 2.3 Variants of clamping independent subsystems in the assembled housing,
• 3 the simultaneous implementation of mechanical clamping and electrical contacting,
• 4 an additively manufactured housing with two electrically contacted printed circuit boards including an antenna
• 5 an additively manufactured housing with integrated circuit boards that are positioned via a spigot,
• 6 an additively manufactured pin with conductor tracks integrated in it and
• 7 an additively manufactured housing with integrated conductor track structures, which lead to a connector that is also additively manufactured.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Anhand der Figurensequenz der 1.1 bis 1.6 wird der erfindungsgemäße Prozessablauf näher erläutert. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kommen vorzugsweise das 3D-Dispenser-Verfahren als 3D-Drucktechnologie zum Einsatz.Based on the sequence of figures 1.1 until 1.6 the process flow according to the invention is explained in more detail. In the method proposed according to the invention, the 3D dispenser method is preferably used as the 3D printing technology.

Gemäß 1.1 erfolgt der Aufbau eines aufgebauten Objekts 10 aus Einzelschichten 12. Aufbaumaterial wird über einen Dispenserkopf 16 zugeführt und vorzugsweise in Z-Richtung 26 aufgebaut. Der Materialauftrag durch den Dispenserkopf 16 erfolgt schichtweise. Durch eine UV-Strahlungsquelle 14 erfolgt eine jeweilige UV-bedingte Vorvernetzung des Aufbaumaterials der jeweils zuvor erzeugten Einzelschicht 12. 1.2 zeigt, dass auf der Einzelschicht 12, auf der ein unabhängiges Subsystem 18 in Gestalt beispielsweise einer Leiterplatte fixiert wird, eine Nassschicht 24 aus Aufbaumaterial aufgetragen wird. Anschließend wird - vgl. 1.3 - mittels eines nicht näher dargestellten Förderwerkzeugs 22 eben jenes Subsystem 18, hier in Gestalt einer Leiterplatte, auf die einen Einspannbereich 20 definierende Nassschicht 24 aufgebracht. Nach Aufbringen des Subsystems 18 in Gestalt der Leiterplatte wird das Förderwerkzeug 22 entfernt und es erfolgt ein weiterer additiver Schichtaufbau 28. Während dieses weiteren additiven Schichtaufbaus 28 wird in den jeweiligen Einzelschichten 12, die oberhalb des Subsystems 18 in Gestalt einer Leiterplatte liegen, ein im Wesentlichen sich in vertikaler Richtung erstreckender Kontaktierungskanal 30 erzeugt. Das aufgebaute Objekt 10, welches in Z-Richtung 26 wächst, wird nach Erzeugen einer jeweiligen Einzelschicht 12 über die UV-Strahlungsquelle 14 bestrahlt, so dass eine Vorvernetzung 44 des Aufbaumaterials der Einzelschichten 12 erreicht wird.According to 1.1 a constructed object 10 is constructed from individual layers 12. Construction material is supplied via a dispenser head 16 and preferably constructed in the Z-direction 26. The material is applied by the dispenser head 16 in layers. A UV radiation source 14 carries out a respective UV-related pre-crosslinking of the construction material of the previously produced individual layer 12. 1.2 Figure 12 shows that a wet layer 24 of build material is applied to the monolayer 12 on which an independent subsystem 18 in the form of, for example, a printed circuit board is fixed. Subsequently - cf. 1.3 - By means of a conveyor tool 22, not shown in detail, that subsystem 18, here in the form of a printed circuit board, is applied to the wet layer 24 that defines a clamping area 20. After the subsystem 18 has been applied in the form of a printed circuit board, the conveying tool 22 is removed and a further additive layer structure 28 takes place. During this further additive layer structure 28, an essentially vertically extending contacting channel 30 is generated. The constructed object 10, which grows in the Z-direction 26, is irradiated via the UV radiation source 14 after each individual layer 12 has been produced, so that a pre-crosslinking 44 of the construction material of the individual layers 12 is achieved.

Die 1.1 bis 1.5 zeigen, dass der zuvor gefertigte freigesparte Kontaktierungskanal 30 in den übereinanderliegenden Einzelschichten 12 des weiteren additiven Schichtaufbaus 28 mit einer Kanalfüllung 32 versehen wird. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Leitklebstoff 52 oder um Klebstoff oder um elektrisch leitende oder elektrisch nicht leitende Reaktionsklebstoffe und dergleichen handeln.the 1.1 until 1.5 show that the previously manufactured contacting channel 30 that has been left free is provided with a channel filling 32 in the individual layers 12 of the further additive layer structure 28 lying one on top of the other. This can be, for example, a conductive adhesive 52 or adhesive or electrically conductive or electrically non-conductive reactive adhesives and the like.

Durch das weitere Aufbringen von Einzelschichten 12 im Rahmen des weiteren additiven Schichtaufbaus 28 gemäß 1.5 erfolgt ein stoff- und formschlüssiges Einbinden des Subsystems 18 in Gestalt einer Leiterplatte in das aufgebaute Objekt 10. Ein Weiterdrucken des aufgebauten Objekts 10 führt zur Fertigstellung eines aufgebauten Gehäuses 54.By further applying individual layers 12 as part of the further additive layer structure 28 according to 1.5 subsystem 18 in the form of a printed circuit board is integrated into assembled object 10 in a materially and form-fitting manner. Further printing of assembled object 10 leads to the completion of an assembled housing 54.

Wird für alle drei Funktionalitäten, nämlich Herstellung des Gehäuses, Einklebung des Subsystems 18 und Auffüllen des Leitermaterials, der gleiche Klebstofftyp eingesetzt, kann durch einen Aushärtevorgang 34 eine Gesamtvernetzung erfolgen und es entsteht ein einheitlicher Verbund. Wird beispielsweise der gleiche Klebstofftyp hinsichtlich der chemischen Kompatibilität eingesetzt, beispielsweise ein kationisch polymerisierbares Epoxid, begünstigt dies eine Gesamtvernetzung 34 zum dem in den 1.1 bis 1.6 dargestellten einheitlichen Verbund des aufgebauten Objekts 10 eines aufgebauten Gehäuses 54 mit innerhalb des Einspannbereichs 20 fixiertem, unabhängigem Subsystem 18 - hier in Gestalt einer Leiterplatte.If the same type of adhesive is used for all three functionalities, namely manufacturing the housing, gluing in the subsystem 18 and filling in the conductor material, overall crosslinking can take place through a curing process 34 and a uniform bond is formed. If, for example, the same type of adhesive is used in terms of chemical compatibility, for example a cationically polymerizable epoxide, this promotes overall crosslinking 34 to that in the 1.1 until 1.6 illustrated uniform composite of the constructed object 10 of a constructed housing 54 fixed within the clamping area 20, independent subsystem 18 - here in the form of a printed circuit board.

Der Figurensequenz der 2.1, 2.2 und 2.3 ist zu entnehmen, dass beispielsweise eine balkenartige Energiesammelstruktur 36 in Gestalt eines Biegebalkens 38 beim Aufbau eines aufgebauten Gehäuses 54 innerhalb des Einspannbereichs 20 durch Vorsehen von Nassschichten 24 stoffschlüssig eingefügt wird. Innerhalb des Einspannbereichs 20 befindet sich ein Vorrat von vorvernetztem Aufbaumaterial 44. Ein Ende der hier als Biegebalken 38 ausgebildeten Energiesammelstruktur 36 ragt in den Einspannbereich 20 hinein. Der Aufbau der vorvernetzten Schichten 46 erfolgt im Wesentlichen in Z-Richtung 26. Senkrecht zu dieser erstreckt sich eine X-Richtung 50.The sequence of figures 2.1 , 2.2 and 2.3 It can be seen that, for example, a beam-like energy-gathering structure 36 in the form of a bending beam 38 is inserted in a materially bonded manner during the construction of a built-up housing 54 within the clamping area 20 by providing wet layers 24 . A supply of pre-crosslinked construction material 44 is located within the clamping area 20 . The pre-crosslinked layers 46 are built up essentially in the Z-direction 26. An X-direction 50 extends perpendicular to this.

2.2 zeigt, dass in dieser Ausführungsvariante der Einspannbereich 20 kleiner ausgeführt ist und im Bereich des Einspannbereichs 20 der Biegebalken 38 in die vorvernetzten Schichten 46 stoffschlüssig eingebunden ist. Die vorvernetzten Schichten 46 des Aufbaumaterials erstrecken sich in Z-Richtung 26 übereinanderliegend; senkrecht zur Z-Richtung 26 verläuft die X-Richtung 50 sowie die Y-Richtung 48. 2.2 shows that in this embodiment the clamping area 20 is smaller and in the area of the clamping area 20 the bending beam 38 is integrally bonded into the pre-crosslinked layers 46 . The pre-crosslinked layers 46 of the construction material extend in the Z-direction 26 one on top of the other; The X-direction 50 and the Y-direction 48 run perpendicular to the Z-direction 26.

2.3 zeigt eine mechanisch besonders günstige Form des Einspannbereichs 20 in Gestalt einer Klebewanne 40, die eine Kerbentlastungsgeometrie 42 aufweist, die im Wesentlichen tropfenförmig gestaltet ist. 2.3 shows a mechanically particularly favorable shape of the clamping area 20 in the form of an adhesive trough 40 which has a notch relief geometry 42 which is designed essentially in the form of a drop.

In der Klebewanne 40 ist ein Vorrat vorvernetzten Aufbaumaterials 44 aufgenommen, in das ein Ende der als Biegebalken 38 ausgebildeten Energiesammelstruktur 36 hineinragt. Die Darstellung gemäß 3 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterentwicklung des Einspannbereichs 20 wie er aus der vorstehenden 2.2 ersichtlich ist.A supply of pre-crosslinked construction material 44 is accommodated in the adhesive trough 40, into which one end of the energy-collection structure 36 designed as a bending beam 38 protrudes. The representation according to 3 shows a further development according to the invention of the clamping area 20 as it is from the preceding one 2.2 is evident.

Aus 3 lässt sich entnehmen, dass das aufgebaute Gehäuse 54 umfassend eine Anzahl von Einzelschichten 12 aus Aufbaumaterial in Z-Richtung 26 übereinanderliegend den Kontaktierungskanal 30 als Freisparung aufweist. Innerhalb des Einspannbereichs 20 ist die als Biegebalken 38 ausgebildete Energiesammelstruktur 36 durch eine unter UV-Bestrahlung aushärtbare Nassschicht 24 eingelegt. Auf dessen Oberseite befindet sich ein Vorrat eines Leitklebstoffs 52. Der Leitklebstoff 52 wird über eine Kanalfüllung 32 des Kontaktierungskanals 30 aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem leitfähigen Reaktionsklebstoff, elektrisch kontaktiert. Durch die Ausführungsvariante gemäß 3 wird zusätzlich zur Ausführungsvariante gemäß 2.2 eine elektrische Kontaktierung der als Biegebalken 38 ausgebildeten Energiesammelstruktur 36 während der Herstellung des aufgebauten Gehäuses 54, die im Wesentlichen in Z-Richtung 26 verläuft, erreicht.Out 3 it can be seen that the built-up housing 54 comprising a number of individual layers 12 made of structural material lying one on top of the other in the Z-direction 26 has the contacting channel 30 as a cut-out. Within the clamping area 20 , the energy-gathering structure 36 designed as a bending beam 38 is inserted through a wet layer 24 that can be cured under UV radiation. A supply of a conductive adhesive 52 is located on its upper side. Electrical contact is made with the conductive adhesive 52 via a channel filling 32 of the contacting channel 30 made of an electrically conductive material, for example a conductive reactive adhesive. By the variant according to 3 is in addition to the variant according to 2.2 an electrical contacting of the energy-gathering structure 36 embodied as a bending beam 38 is achieved during the manufacture of the built-up housing 54 , which essentially runs in the Z-direction 26 .

Der Darstellung gemäß 4 ist eine weitere Ausführungsvariante eines additiv hergestellten Gehäuses mit beispielsweise zwei eingelegten unabhängigen Subsystemen 18 in Form von Leiterplatten 56, 58 zu entnehmen.According to the illustration 4 A further embodiment variant of an additively manufactured housing with, for example, two inserted independent subsystems 18 in the form of printed circuit boards 56, 58 can be seen.

4 zeigt eine Ausführungsvariante eines aufgebauten Gehäuses 54 aus Aufbaumaterial. In das aufgebaute Gehäuse 54 sind die beiden Leiterplatten 56 und 58 beispielhaft als unabhängige Subsysteme 18 eingespannt, d. h. formschlüssig in das Aufbaumaterial eingelassen. Aus der Darstellung gemäß 4 ergibt sich darüber hinaus, dass zudem additiv hergestellte und gehäuseintegrierte, räumliche Leiterbahnstrukturen 70 vorgesehen sind, die beispielsweise eine vertikale elektrische Kontaktierung 64 und/oder eine horizontale elektrische Kontaktierung 66 darstellen. Zudem ist in 4 dargestellt, dass durch das Aufbaumaterial des aufgebauten Gehäuses 54 gemäß 4 eine Antenne 60 verläuft. Über diese können Daten und Energie versandt und empfangen werden. Die gehäuseintegrierten, räumlichen Leiterbahnstrukturen 70 werden über einen zweiten, weiteren Dispenserkopf 16 aufgetragen; dabei wird ein elektrisch leitfähiges Material eingesetzt, sodass aus einem elektrisch leitfähigen Material gedruckte Leiterpfade entstehen, während für den Aufbau des Gehäuses 54 nicht leitendes Träger- und Aufbaumaterial 68 verwendet wird. 4 shows an embodiment variant of a built-up housing 54 made of building material. The two printed circuit boards 56 and 58 are clamped into the constructed housing 54 as independent subsystems 18, ie embedded in the construction material in a form-fitting manner. According to the illustration 4 it also follows that additively produced and housing-integrated, three-dimensional conductor track structures 70 are provided, which represent, for example, vertical electrical contacting 64 and/or horizontal electrical contacting 66 . In addition, 4 illustrated that by the construction material of the constructed housing 54 according to FIG 4 an antenna 60 runs. Data and energy can be sent and received via these. The housing-integrated, three-dimensional conductor track structures 70 are applied via a second, further dispenser head 16; an electrically conductive material is used set so that printed conductor paths are formed from an electrically conductive material, while non-conductive carrier and structural material 68 is used for the construction of the housing 54 .

Der Darstellung gemäß 5 ist ein additiv hergestelltes Gehäuse ebenfalls mit integriertem unabhängigem Subsystem 18 in Form von übereinanderliegend angeordneten Leiterplatten 56, 58 zu entnehmen.According to the illustration 5 an additively manufactured housing can also be seen with an integrated, independent subsystem 18 in the form of printed circuit boards 56, 58 arranged one on top of the other.

Wie aus der Darstellung gemäß 5 hervorgeht, umfassen die beiden im Wesentlichen horizontal übereinanderliegend montierten Leiterplatten 56, 58, im Abstand 62 voneinander entfernt, jeweils eine erste Aussparung 74 sowie eine zweite Aussparung 76. Durch die Aussparungen 74, 76 der beiden vertikal übereinanderliegend angeordneten unabhängigen Subsysteme 18 - hier Leiterplatten 56, 58 - ragt ein Zapfen 72. Der Zapfen 72 seinerseits kann Leiterbahnstrukturen 82 umfassen, die eine elektrische Kontaktierung ermöglichen. Aus dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 geht hervor, dass innere elektrische Anschlüsse 78 von äußeren elektrischen Anschlüssen 80 umfasst sind, über welche die beiden Leiterplatten 56, 58 an Ihren Unterseiten 92 beziehungsweise Oberseiten 90 elektrisch miteinander kontaktiert sind. Die einzelnen Kontaktierungsstellen sind durch Bezugszeichen 88, eine Leiterplattenkontaktierung bezeichnend, identifiziert.As per the illustration 5 As can be seen, the two circuit boards 56, 58 mounted essentially horizontally one above the other each comprise a first cutout 74 and a second cutout 76 at a distance of 62 from one another. Through the cutouts 74, 76 of the two independent subsystems 18 arranged vertically one above the other - here circuit boards 56 , 58 - a peg 72 protrudes. The peg 72 for its part can comprise conductor track structures 82 which enable electrical contacting. From the embodiment according to 5 shows that inner electrical connections 78 are surrounded by outer electrical connections 80, via which the two printed circuit boards 56, 58 are electrically contacted with one another on their undersides 92 and upper sides 90. The individual contacting points are identified by reference numeral 88 denoting circuit board contacting.

6 zeigt eine weitere Darstellung einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung in Gestalt eines additiv gefertigten Zapfens 72. 6 shows a further illustration of an embodiment variant of the solution proposed according to the invention in the form of an additively manufactured pin 72.

Aus 6 ist entnehmbar, dass der dort dargestellte Zapfen 72 eine Anzahl von zapfen integrierten Leiterbahnstrukturen 82 umfasst, die innerhalb des Materials des Zapfens 72 verlaufen. An der Außenumfangsfläche des Zapfens 72 entsteht somit eine Anzahl von elektrischen Kontaktierungsstellen. Der Zapfen 72 wird aus Aufbaumaterial, beispielsweise einem kationisch polymerisierbaren Epoxid gefertigt, ebenso wie das Aufbaumaterial, aus dem das aufgebaute Gehäuse 54 gefertigt ist. Der Zapfen 72 kann additiv aus einer tragenden, nicht leitenden Struktur und integrierten elektrisch leitfähigen Leitpfaden hergestellt werden.Out 6 It can be seen that the peg 72 shown there comprises a number of peg-integrated conductor track structures 82 which run within the material of the peg 72 . A number of electrical contact points are thus formed on the outer peripheral surface of the pin 72 . The spigot 72 is fabricated from a structural material such as a cationically polymerizable epoxy, as is the structural material from which the structural housing 54 is fabricated. The peg 72 can be produced additively from a supporting, non-conductive structure and integrated electrically conductive conductive paths.

Der Darstellung gemäß 7 schließlich ist eine Ausführungsvariante eines weiteren additiv gefertigten aufgebauten Gehäuses 54 zu entnehmen, ebenfalls mit integrierten unabhängigen Subsystemen 18 in Gestalt von Leiterplatten 56, 58.According to the illustration 7 Finally, an embodiment variant of a further additively manufactured housing 54 can be seen, also with integrated independent subsystems 18 in the form of printed circuit boards 56, 58.

Die einzelnen Leiterplatten 56, 58 sind in einem Abstand 62 in Z-Richtung 26 voneinander beabstandet. Eine jeweilige Oberseite der Leiterplatten 56, 58 ist mit Bezugszeichen 90, eine jeweilige Unterseite der Leiterplatten 56, 58 ist mit Bezugszeichen 92 bezeichnet. Über additiv gefertigte und gehäuseintegrierte, räumliche Leiterbahnstrukturen 70 sind die einzelnen Leiterplatten 56, 58 elektrisch kontaktiert (vgl. die Leiterplattenkontaktierungen 88). Diese führen zu einem ebenfalls additiv hergestellten Steckverbinder 84, der seitlich am aufgebauten Gehäuse 54 vorgesehen ist. Der additiv hergestellte Steckverbinder 84 umfasst metallische Kontaktierungen 86, die mit den gehäuseintegrierten räumlichen Leiterbahnstrukturen 70 verbunden sind und damit mit den hier übereinanderliegend angeordneten Leiterplatten 56, 58 in Verbindung stehen.The individual printed circuit boards 56, 58 are spaced apart from one another by a distance 62 in the Z direction 26. A respective upper side of the printed circuit boards 56, 58 is denoted by the reference numeral 90, and a respective lower side of the printed circuit boards 56, 58 is denoted by the reference numeral 92. The individual printed circuit boards 56, 58 are electrically contacted (cf. the printed circuit board contacts 88) via additively manufactured and housing-integrated spatial conductor track structures 70. These lead to a plug connector 84, also produced additively, which is provided on the side of the assembled housing 54. The additively manufactured plug connector 84 includes metallic contacts 86, which are connected to the housing-integrated three-dimensional conductor track structures 70 and are thus connected to the printed circuit boards 56, 58, which are arranged one on top of the other here.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims (12)

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen und einer mechanischen Verbindung während des additiven Aufbaus eines Objekts (10), insbesondere eines aufgebauten Gehäuses (54) mit zumindest nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Herstellung des Objekts (10) durch Aufbau von Einzelschichten (12) in eine Z-Richtung (26), b) Positionierung und Montage von unabhängigen Subsystemen (18) in Einspannbereichen (20) des aufgebauten Gehäuses (54), c) Freisparung mindestens eines Kontaktierungskanals (30) in den Einzelschichten (12) bei weiterem Aufbau des Gehäuses (54) in die Z-Richtung (26) nach Verfahrensschritt b) und d) Verfüllen des mindestens einen Kontaktierungskanals (30) mit einem leitfähigen Klebstoff oder einem elektrisch leitenden Reaktionsklebstoff.Method for producing an electrical and a mechanical connection during the additive construction of an object (10), in particular a constructed housing (54), with at least the following method steps: a) Production of the object (10) by building up individual layers (12) in a Z-direction (26), b) positioning and assembly of independent subsystems (18) in clamping areas (20) of the assembled housing (54), c) freeing up at least one contacting channel (30) in the individual layers (12) as the housing (54) continues to be built up in the Z-direction (26) according to method step b) and d) filling the at least one contacting channel (30) with a conductive adhesive or an electrically conductive reactive adhesive. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unabhängigen Subsysteme (18) gemäß Verfahrensschritt b) ausgewählt werden aus der Gruppe enthaltend: Leiterplatten (56, 58), Batterien, SMD-Elemente, Sensoren oder Aktoren.procedure according to claim 1 , characterized in that the independent subsystems (18) according to method step b) are selected from the group containing: printed circuit boards (56, 58), batteries, SMD elements, sensors or actuators. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung der Verfahrensschritte a) und d) mittels eines Dispenserkopfes (16) im aufgebauten Gehäuse (54) additiv hergestellte und gehäuseintegrierte, räumliche Leiterbahnstrukturen (70) mittels eines weiteren Dispenserkopfes (16) geschaffen werden, die vertikale elektrische Kontaktierungen (64) und/oder horizontale elektrische Kontaktierungen (66) aus einem elektrisch leitfähigen Material bilden.procedure according to claim 1 , characterized in that during the implementation of method steps a) and d) by means of a dispenser head (16) in the built-up housing (54), additively manufactured and housing-integrated, spatial conductor track structures (70) are created by means of a further dispenser head (16), the vertical electrical Form contacts (64) and/or horizontal electrical contacts (66) from an electrically conductive material. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die additiv hergestellten und gehäuseintegrierten, räumlichen Leiterbahnstrukturen (70) Antennen (60) zum Senden und Empfangen von Informationen oder Energie bilden und mit den unabhängigen Subsystemen (18) verbunden sind, wobei die gehäuseintegrierten, räumlichen Leiterbahnstrukturen (70) über einen weiteren Dispenserkopf (16) für elektrisch leitfähiges Material hergestellt werden, während eine Struktur von Antennen (60) über einen Dispenserkopf (16) aufgebaut wird.Procedure according to claims 1 until 3 , characterized in that the additively manufactured and housing-integrated, spatial interconnect structures (70) form antennas (60) for sending and receiving information or energy and are connected to the independent subsystems (18), the housing-integrated, spatial interconnect structures (70) being connected via a further dispenser head (16) for electrically conductive material can be produced, while a structure of antennas (60) is built up via a dispenser head (16). Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die additiv hergestellten und gehäuseintegrierten, räumlichen Leiterbahnstrukturen (70) derart ausgebildet sind, dass diese der Sensierung physikalischer Größen dienen.Procedure according to claims 1 until 4 , characterized in that the additively manufactured and housing-integrated, spatial interconnect structures (70) are formed such that they are used to sense physical quantities. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über die additiv hergestellten und gehäuseintegrierten, räumlichen Leiterbahnstrukturen (70) gehäuseextern angeordnete Signalgeber, insbesondere LEDs, und/oder gehäuseextern angeordnete Signalempfänger, insbesondere Photodioden, mit dem gehäuseintern angeordneten unabhängigen Subsystem (18) verbunden werden.Procedure according to claims 1 until 5 , characterized in that via the additively produced and housing-integrated, three-dimensional conductor track structures (70) arranged outside of the housing signal transmitters, in particular LEDs, and / or signal receivers arranged outside of the housing, in particular photodiodes, are connected to the independent subsystem (18) arranged inside the housing. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die additiv herstellten und gehäuseintegrierten räumlichen Leiterbahnstrukturen (70) eine galvanisch getrennte Messung über eine Spule zur induktiven Messung von Strömen innerhalb des aufgebauten Gehäuses (54) erfolgt.Procedure according to claims 1 until 6 , characterized in that a galvanically isolated measurement via a coil for the inductive measurement of currents within the built-up housing (54) takes place via the additively produced and housing-integrated three-dimensional conductor track structures (70). Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die additiv hergestellten und gehäuseintegrierten, räumlichen Leiterbahnstrukturen (70) eine galvanisch getrennte Messung mit kapazitiven Messelementen durch parallel geführte additiv hergestellte und gehäuseintegrierte, räumliche Leiterbahnstrukturen (70) erfolgt.Procedure according to claims 1 until 6 , characterized in that via the additively produced and housing-integrated, three-dimensional conductor track structures (70) a galvanically isolated measurement with capacitive measuring elements takes place through parallel guided additively produced and housing-integrated, three-dimensional conductor track structures (70). Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im additiv aufgebauten Gehäuse (54) während des Aufbaus von Einzelschichten (12) in Z-Richtung (26) membranartige Strukturen, insbesondere Lautsprecher und/oder Mikrofone, eingeklemmt werden.Procedure according to claims 1 until 8th , characterized in that membrane-like structures, in particular loudspeakers and/or microphones, are clamped in the additively constructed housing (54) during the construction of individual layers (12) in the Z-direction (26). Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufbaus der Einzelschichten (12) im aufgebauten Gehäuse (54) außerhalb des aufgebauten Gehäuses (54) befindliche Strukturen, insbesondere Strömungssensoren oder Temperaturfühler, die in einer das aufgebaute Gehäuse (54) umgebenden Strömung Medien messen, eingeklemmt und befestigt werden.Procedure according to claims 1 until 9 , characterized in that during the build-up of the individual layers (12) in the built-up housing (54), structures located outside the built-up housing (54), in particular flow sensors or temperature sensors, which measure media in a flow surrounding the built-up housing (54), are clamped and to be attached. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die außerhalb des aufgebauten Gehäuses (54) befindlichen Strukturen über Durchkontaktierungen durch die Einzelschichten (12) hermetisch nach innen abgedichtet mit den unabhängigen Subsystemen (18) verbunden werden.procedure according to claim 10 , characterized in that the structures located outside of the built-up housing (54) are connected to the independent subsystems (18) via plated-through holes through the individual layers (12) in a hermetically sealed manner towards the inside. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zur gleichzeitigen Herstellung elektrischer und mechanischer Verbindungen mittels eines additiven Fertigungsverfahrens mit elektrisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Reaktionsklebstoffen oder Klebstoff.Use of the method according to one of the preceding claims for the simultaneous production of electrical and mechanical connections by means of an additive manufacturing method with electrically conductive and electrically non-conductive reactive adhesives or glue.

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