Hauchdünne Mäander passgenau auf gewölbte Flächen gedruckt
Um dieses heizende Muster zu erzeugen, füllen die Spezialisten eine Kartusche mit einer besonderen Paste, die kleine Silberteilchen enthält. Einsetzbar sind aber auch Pasten mit Partikeln aus Kupfer, Nickel oder anderen leitfähigen Metallen. Druckluft presst das zähflüssige Material dann durch die Kartusche hin zu einer feinen Kanüle. Diese Hohlnadel druckt schließlich das etwa zehn Mikrometer dünne Heizmuster auf die keramikisolierten Rohre, die sich dabei auf einer Welle drehen. »Dabei muss der Druckkopf die ganze Zeit über einen konstanten Abstand zur Keramikschicht halten – und das nicht auf einer zweidimensionalen Fläche, sondern eben auf einem gekrümmten Rohr«, betont Lukas Stepien. Dies ist eine ganz besondere Herausforderung, die das Fraunhofer IWS durch ein raffiniertes Zusammenspiel aus Wellen- und Kanülensteuerung gelöst hat. Solch eine Lösung beinhaltet gleich mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Heizfolien zum Aufkleben: Einerseits fällt viel fehlerträchtige Handarbeit weg. Stattdessen lassen sich die Fraunhofer-Heizungen automatisiert drucken und so auch kompliziert geformte Objekte passgenau beschichten – ohne Luftblasen oder Falten, wie sie bei Folien immer wieder entstehen. Weiter rechnen die Dresdner Ingenieure damit, dass ihre gedruckten Heizungen preiswerter und flexibler herzustellen sind. Sie sollen, besonders bei hohen Betriebstemperaturen, länger halten, zuverlässiger funktionieren und mehr Langzeit-Heizleistung erreichen als herkömmliche Lösungen. Erreichbar sind höhere Leistungsdichten, Material- und Zeitersparnisse. Zudem können die Hersteller vorab testen, wie gut die gedruckten Heizungen im Praxiseinsatz funktionieren werden. »Jenseits der 300 Grad scheiden Folienheizungen ohnehin aus«, betont Lukas Stepien. »Solche Betriebstemperaturen halten Kunststoffe dauerhaft nicht aus.« Bisher sind die gedruckten Heizelemente aus dem Fraunhofer IWS für bis zu 200 Grad ausgelegt. Durch neue Pastenkompositionen und andere Weiterentwicklungen wollen die Dresdner Forscher diese Grenze künftig auf etwa 800 Grad anheben. Eine weitere Verbesserung steht zusätzlich auf der Forschungsagenda des Instituts: Damit die gedruckten Heizungen Wärme liefern, benötigen sie einen Stromanschluss. Was bislang in Form von Lötverbindungen gelöst wird, soll im nächsten Schritt über effektivere Kontaktierungsmethoden »Made in Dresden« funktionieren.
Gegen Kondenswasser an Linsen
Neben der Raumfahrt winken im Übrigen ganz irdische Anwendungsmöglichkeiten: Vorstellbar sind beispielsweise filigrane Heizungen, die störendes Kondenswasser von Spiegelreflexkameras oder von den Kameralinsen autonom fahrender Fahrzeuge fernhalten. Auch für die Chemie-, Halbleiter- oder Lebensmittelindustrie, deren Rezepte oft nur bei präzise eingepegelten Temperaturen funktionieren, sind Rohrsysteme mit passgenau aufgedruckten Heizungen interessant.
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
