Druckermembran

(Bild: Blake Choquer/shutterstock)

In der Siebdruckanlage greifen mehrere ausgeklügelte Mechanismen ineinander, so laufen zum Beispiel die Transportspuren asynchron und unabhängig voneinander. Substrate werden schon eingefahren und erfasst, während auf einer anderen Spur noch gedruckt wird. Für den Druck wird ein einzelnes Sieb verwendet, das mehrere Druckbilder enthält. Dabei wird das Sieb individuell und dynamisch zum jeweiligen Substrat ausgerichtet. Diese Verzahnung von Transport und Druck ermöglicht einen Endlos-Druck. Damit erreicht die Hycon XH4 Multilane mit drei Transportspuren einen Durchsatz von etwa 18 Substraten pro Minute.

Im Vergleich zu einer Standard-Siebdruckanlage steigert diese Entwicklung von Ekra den Durchsatz um bis zu 140 %. Hohe Stückzahlen verlangen nach hohen Siebstandzeiten: je länger das Arbeitsmaterial verwendet werden kann, desto wirtschaftlicher ist der Gesamtprozess. Daher kommt in der Anlage der motorische Rakelkopf Autohead zum Einsatz. Flut- und Druckrakel werden vollautomatisch parametriert. Außerdem misst dieser Rakelkopf selbstständig Einstellungen, zum Beispiel den Down Stopp. Der Rakelprozess wird bedienerunabhängig, präziser und schneller. Die Prozesssicherheit wird nachhaltig gesteigert.

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Durch den motorischen Rakelkopf Autohead werden Flut- und Druckrakel vollautomatisch parametriert. (Bild: Asys)

Optional kann ein kontinuierliches Dispenssystem verbaut werden, das Paste ohne Down-Time auf die Druckform bringt. Typische Herausforderungen im Siebdruck liegen in der Homogenität des zu verdruckenden Materials und der stets korrekt zu bemessenden, aktiven Pastenmenge auf dem Sieb. Die Pasten müssen kontinuierlich frisch auf die Druckform nachgefördert werden, um einen stabilen Prozess zu erzielen. Ekra integriert eine Lösung, die aus externen Großbehältern Material in den Drucker fördert. Bei kleineren Gebindemengen kommt ein integriertes Doppeldispenssystem zum Einsatz. Der Prozess bleibt stabil, da stets neue Paste auf die Druckform aufgebracht wird. Da das Dispenssystem bedarfsgerecht arbeitet, entsteht kein Abfall durch überschüssige Paste.

Plattform für die Brennstoffzellenfertigung

Die Brennstoffzelle (englisch Fuel Cell) ist eine wichtige Komponente der regenerativen Energieversorgung. Für die Herstellung von Brennstoffzellenstacks hat Ekra eine Maschinenplattform entwickelt, mit der Anwender ihre spezifischen Prozessanforderungen leicht in die Serienfertigung überführen können.

Brennstoffzellen bestehen unter anderem aus Bipolarplatten, die in Stacks zusammengefasst sind. Diese werden mit Pasten auf Basis von Glas, Glaskeramiken oder Metallen bedruckt und im letzten Prozessschritt aufeinandergestapelt. Die gedruckten Pasten dichten die einzelnen Schichten im Stack zueinander ab. Die hohe Abrasivität dieser Partikel verlangt nach einer feinen und reproduzierenden Einstellung der Druckparameter.

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Mit der Maschinenplattform in der Multilane-Konfiguration, die extra für die Herstellung von Brennstoffzellenstacks entwickelt wurde, lassen sich spezifische Prozessanforderungen leicht in die Serienfertigung überführen. (Bild: Asys)

Hier greifen alle Vorteile des motorischen Rakelkopfs Autohead: Dieser stellt sich automatisiert ein, der Prozess ist sicher und Rakel sowie Sieb werden geringstmöglich strapaziert und sind daher langlebiger. Die Taktzeit spielt bei der Fertigung von Bipolarplatten eine entscheidende Rolle für die Kosteneffizienz. Durch das asynchrone Druckverfahren sind mehrere Platten parallel verarbeitbar. Die nächsten Bipolarplatten werden bereits eingefahren und erkannt, während die aktuelle noch bedruckt wird. Nach dem Durchlauf durch den Trockenofen werden sie gewendet und als Stapel zwischengelagert oder direkt in einen zweiten Drucker zum Rückseitendruck weitergegeben.

Linienlösung für Mittelformat-Einzelsubstrate

Der gleichmäßige Auftrag von funktionalen Pasten im Siebdruckprozess ist die zentrale Aufgabe bei sogenannten Dickschichtanwendungen. Getrieben durch neue Marktanforderungen werden zunehmend Substratgrößen im Mittelformat verarbeitet.

Glasplatten, Bleche, Keramiken oder Verbundmaterialien bis zu 600 mm in Breite und Länge sollen strukturiert beschichtet werden. In der Einspur-Konfiguration transportiert die Hycon XH4 auch abrasive Substrate dieser Größe prozesssicher. Die Herausforderung beim Drucken: ein gleichmäßiger Schichtdickenauftrag mit Toleranzen im Mikrometerbereich über eine große Fläche hinweg. Die XH4 nimmt dazu Siebe mit einem Rahmenformat von bis zu 1200 x 1200 mm auf und stellt diese hoch präzise in allen drei Dimensionen gegenüber dem Substrat ein.

Reel to Reel: Druck in Endlosbahnen

Das Drucken flexibler Schaltungen auf Folienbasis stellt besondere Ansprüche an die verarbeitenden Maschinen. Mit fortschreitender Miniaturisierung wird eine präzise optische Ausrichtung der gedruckten Schichten zueinander notwendig. Die Hycon XH4 RtR Kamerasysteme verarbeiten dabei transparente und reflektierende Folien sowie gedruckte Ausrichtmarken aus glänzender oder semitransparenter Paste. Auch die Fixierung der Foliensubstrate, die dünner und größer sind als in der klassischen Elek-tronikfertigung auf Keramik oder Leiterplatte, ist in der Anlage in der Reel to Reel-Konfiguration speziell konzipiert. Die Ausrichtung von Druckbild zu Folie in Form einer Siebverstellung sorgt dafür, dass die Folien nur geringste Belastung erfahren und eben und flach prozessiert werden. Der schnelle und zuverlässige Transport endloser Folienbahnen durch eine vollständige Linienlösung ermöglicht hohe Durchsätze für eine kostengünstige High Volume-Produktion.

Hycon XH4 in der Singlelane-Konfiguration
Die Hycon XH4 in der Singlelane-Konfiguration kann Mittelformat-Einzelsubstrate prozesssicher verarbeiten. (Bild: Asys)

Eine Maschine, viele Anwendungen

Ekra konzipierte die Hycon XH4 Multilane, um den Anforderungen der aufstrebenden Märkte wie Energy, und hier besonders der Fertigung von Brennstoffzellen, gerecht zu werden. Zudem ist die Siebdruckanlage für jegliche Art von gedruckter Elektronik einsetzbar. Die Maschine prozessiert keine Leiterplatten, sondern Substrate wie Glas, Keramiken, metallische Bleche und Folien. Ob Mittelformat oder Hochdurchsatzanwendung von langen, schmalen Substraten – die Einsatzfelder der Hycon XH4 Multilane sind variabel. Sie bringt alle wichtigen Funktionen mit, um typischen Problemstellungen beim Drucken mit großen Sieben zu adressieren und zu lösen. Integriert im Asys Linienverbund und vernetzt mit den Asys Material Logistics und Software-Lösungen wird die Versorgung der Anlage mit hoher Stückzahl ermöglicht.

Brennstoffzellenstack

Ein Stack ist ein Stapel aus Brennstoffzellen. Der Stack generiert die elektrische Energie, die zum Beispiel ein Brennstoffzellenfahrzeug antreibt. In jeder dieser in Serie geschalteten Zellen wird in einer sogenannten „kalten Verbrennung“ die chemische Reaktionsenergie des kontinuierlich zugeführten Wasserstoffs und Luftsauerstoffs in elektrische Energie umgewandelt. Als Reaktionsprodukte entstehen nur Wasser, Strom und Wärme, keinerlei Schadstoffe wie Partikel oder Stickoxide.

Lukas Sänger, Ekra-Asys
(Bild: Asys)

Lukas Sänger

Product Line Manager Hycon & Energy, Ekra, Bönnigheim

Tatjana Hofmann, Asys
(Bild: Asys)

Tatjana Hofmann

PR & Corporate Communication, Asys Group, Dornstadt

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