Prozessabhängigkeit der dielektrischen Eigenschaften im FFF von COC - Romeis, Manuel; Ehrngruber, Michael; Drummer, Dietmar (Tagungsband Technomer:, 2023)
Das rasante Fortschreiten der technologischen Entwicklungen in Richtung Internet der Dinge erfordert den Austausch immer größerer Datenmengen, wodurch die Anforderungen an entsprechende Antennensysteme ebenfalls weiter wächst. Durch die komplexe Formgebung und die Eröffnung komplett neuer Geometriemöglichkeiten bieten sich Additive Fertigungsverfahren für die Herstellung solch innovativer Systeme natürlicherweise an. Eine Kombination aus einem Kunststoffgrundkörper und einer Metallisierung bietet hier eine Vielzahl von dielektrischen Eigenschaften und damit Anwendungsfeldern. Ein neuartiger Ansatz bevorzugt eine Außenmetallisierung gegenüber der klassischerweise eingesetzten Innenmetallisierung, um so die Geometrievielfalt nicht durch eine benötigte Zugänglichkeit der Innenstrukturen einzuschränken und so in innovativen und neuen Designs zu denken. Da allerdings in diesem Fall das elektromagnetische Feld durch den Kunststoff geleitet wird, müssen für diesen Prozess sehr verlustarme Kunststoffe für additive Fertigungsverfahren qualifiziert werden. Ein Kunststoff mit ausgezeichneten Voraussetzungen zur Erreichung dieser Zieleigenschaften ist COC. Eingesetzt wird im Rahmen dieser Untersuchung ein kommerzielles COC Filament der Firma CREAMELT und die Verarbeitung findet auf einer OpenSource FFF-Anlage der Firma Prusa statt. Im Rahmen der gezeigten Untersuchung findet eine Evaluierung der Prozess-Bauteileigenschafts-Zusammenhänge statt. Parameter, die dabei variiert werden, sind Verarbeitungstemperatur, Schichtdicke sowie Düsendurchmesser. Speziell die Variation des Düsendurchmessers ist hierbei ein wichtiger Aspekt um in die Abmessungen der angestrebten Antennenanwendung zu gelangen. Die Ergebnisse, die hierbei charakterisiert werden ist der Einfluss auf die Bauteilabmessungen, Oberflächenrauheit, Dichte sowie die dielektrischen Eigenschaften im Bereich 20 – 50 GHz mit Hilfe eines speziell für diesen Zweck angefertigten Messresonators. Ziel ist es daraus Fertigungsrichtlinien zur Erreichung der gewünschten Eigenschaften zu erstellen.Mit reduzierter Schichthöhe und Erhöhung der Temperatur findet eine bessere Einhaltung der Sollmaße statt. Die Änderung des Düsendurchmessers zeigt keinen Einfluss in der Untersuchung der Abmessungen, allerdings eine deutliche Verbesserung der Oberflächenqualität, die Dichte wiederum fällt mit der Reduktion des Düsendurchmessers geringer aus. Ein Einfluss der Schichthöhe konnte hier nicht gezeigt werden. Bei den Messungen der dielektrischen Eigenschaften konnte eine Reduktion der relativen Permittivität sowohl mit der Erhöhung des Düsendurchmessers sowie einer Erhöhung der Temperatur und Schichtdicke gezeigt werden. Der dielektrische Verlust zeigt ebenfalls eine Reduktion mit Zunahme des Düsendurchmessers. Ein Einfluss der Temperatur sowie der Schichthöhe konnte in den Untersuchungen nicht gezeigt werden. Durch eine Bewertung von dem Zusammenspiel aus Bauteilqualität und dielektrischen Eigenschaften können so optimierte Parameter für die Fertigung von Antennenarrays abgeleitet werde