RFID-Tags während des FDM-Verfahrens automatisch in Bauteilen integriert!
Niedersachsen ADDITIV ist ein gemeinsames Projekt des Laser Zentrums Hannover (LZH) und des Instituts für integrierte Produktion Hannover (IPH). Seit 2017 wird das Projekt vom Niedersächsischen Ministerium für Wirtschaft, Arbeit, Verkehr und Digitalisierung gefördert.
Niedersachsen ADDITIV ist der Ansprechpartner für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) in Niedersachsen zum Thema 3D-Druck. Dazu gehören Angebote wie Schulungen, Informationsveranstaltungen und -bereitstellung, sowie der Praxischeck-3D-Druck für erste Machbarkeitstests und individuellen Austausch.
Ein Schwerpunktthema ist die Digitalisierung von additiv gefertigten Bauteilen, einschließlich deren eindeutiger Identifikation. Niedersachsen ADDITIV führte dazu eine Machbarkeitsprüfung für die automatisierte RFID-Integration im 3D-Druckverfahren durch. Mit einem Roboterarm wurden RFID-Tags während des Druckverfahrens in Bauteilen integriert.
FDM-Verfahren für die RFID-Integration ausgewählt
Dem Überbegriff „Additive Fertigung“ sind zahlreiche Druckverfahren zugeordnet. Dazu gehören zum Beispiel die Stereolithografie (SLA), das selektive Lasersintern (SLS), Laser-based Powder Bed Fusion (LBPF) oder das Fused Deposition Modeling (FDM). Aus Kunststoffen oder Metall wird mit dem Aufeinanderdrucken mehrerer Schichten ein Bauteil erzeugt. In der Machbarkeitsprüfung von Niedersachsen ADDITIV wurde das FDM-Verfahren eingesetzt. In diesem wird ein Kunststoffdraht, das sogenannte Filament, ausgeschmolzen und daraus ein Bauteil generiert.
„Das FDM-Verfahren ist im Vergleich zu anderen 3D-Druckverfahren sehr einfach nutzbar“, erklärt Hendrik Gerland, Projektingenieur am IPH. „Die Anlagen unterliegen weniger komplexen Anforderungen. Luftdicht verschlossene Bauräume oder Prozessgase werden nicht benötigt. Ein Prozesseingriff – zum Beispiel für die Integration eines RFID-Tags – ist leicht möglich.“
Hendrik Gerland, Projektingenieur am IPH
RFID-Tag automatisch in Bauteilen integriert
Das Bauteil wird im FDM-Verfahren gedruckt und verfügt über einen Hohlraum. Der Prozess wird für die RFID-Integration unterbrochen. Ein Roboterarm mit pneumatischem Saugnapf nimmt einen RFID-Tag auf und führt diesen über ein RFID Schreib-/Lesegerät. Dieses beschreibt den Tag mit den Bauteildaten. Danach wird der Tag in das Druckerzeugnis gelegt und der Druck fortgesetzt.
„Die Integration des RFID-Tags könnte auch manuell erfolgen. In der Praxis ist dieses Vorgehen jedoch nicht praktikabel“, betont Hendrik Gerland. „Im FDM-Verfahren kann der Druck eines Bauteils auch über 24 Stunden andauern. Mit dem Roboter wird der RFID-Tag eingesetzt, ohne dass ein Mitarbeiter vor Ort sein muss. Die Funktionalität des RFID-Tags wird durch das FDM-Verfahren nicht beeinträchtigt.“
Ein Roboterarm mit pneumatischem Saugnapf nimmt einen RFID-Tag auf und legt diesen in das Druckerzeugnis.
Automatische RFID-Integration eröffnet neue Möglichkeiten
Der RFID-Tag ist nach Abschluss des Druckverfahrens funktionsfähig und manipulationssicher im Bauteil integriert. Die eindeutige Identifikationsnummer kann mittels RFID-Reader ausgelesen werden. Zusätzliche Informationen können auf einer Datenbank hinterlegt werden. Das Einprägen einer Bauteilnummer auf dem Druckerzeugnis entfällt.
„Die Machbarkeitsstudie im Rahmen von Niedersachsen ADDITIV hat gezeigt, dass ein Eingriff in den Druckvorgang ohne Prozessschwankungen möglich ist. Auch Funktionsteile wie Schrauben, Muttern oder Magnete könnten in additiv gefertigte Bauteile integriert werden“, erklärt Hendrik Gerland. „Additive Fertigungsverfahren werden überwiegend für das Rapid Prototyping, Kleinserien und Individualprodukte eingesetzt. In Zukunft könnte die Integration von Funktionsteilen oder RFID-Tags auf weitere 3D-Druckverfahren abgesehen von FDM ausgeweitet werden.“
