Studien-/Abschlussarbeit: Prozessentwicklung & Anwendung für drahtintegrierte Filamente im 3D-Druck

Die Abteilung für Funktionalisierungstechnologien konzentriert sich auf die Erforschung von Verfahren, die die Integration von Funktionalitäten in das Innere eines Bauteils ermöglichen. Dabei geht es um die Realisierung komplexer Strukturen mit integrierten Sensor-, Kinematik- und Aktorsystemen, die in Anwendungen wie Wearables, Orthesen, robotischen Strukturen und formveränderlichen Systemen eingesetzt werden.

Ein zentraler Aspekt dieser Forschung ist die automatisierte Montage und mechanische Integration funktionaler Elemente wie Drähte, Litzen, Kabel, Fasern und Schläuchen auf planaren oder mehrfach gekrümmten Bauteilen. Durch die Entwicklung spezialisierter Endeffektoren wird eine präzise Platzierung und Integration dieser Komponenten ermöglicht. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Herstellung kompletter Kabelbäume, Lichtleitern, Heiz- und Kühlkreisläufe sowie von Sensoren, die nahe am Wirkpunkt auf komplexen Bauteilen positioniert sind.

Die entwickelten Methoden und Technologien sind branchenübergreifend einsetzbar, unter anderem in der Automobilindustrie, bei Konsumgütern, in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik.
Die wissenschaftliche Arbeit ist durch einen hohen Grad an Interdisziplinarität geprägt und umfasst das Spektrum von der Material- und Prozessentwicklung über ganzheitliche Modellierung und die Entwicklung funktionaler Modelle bis hin zur Entwicklung seriennaher Komponenten und Integrationsprozesse sowie deren Bewertung durch messtechnische Charakterisierung.

Hier sorgen Sie für Veränderung

Die Arbeit erfolgt im Rahmen des Forschungsprojektes HybridFilament (HyFi). Ziel des Projektes ist die Entwicklung neuartiger Hybridfilamente mit integriertem metallischem Leiterkern, die auf konventionellen FFF-3D-Druckern verarbeitet werden können und die Herstellung elektrisch funktionalisierter Bauteile ermöglichen.
Die Herstellung der Hybridfilamente wurde bereits entwickelt und befindet sich aktuell in der experimentellen Validierung. Im Mittelpunkt der ausgeschriebenen Arbeit steht daher die Untersuchung der Verarbeitbarkeit dieser Filamente im FFF-Prozess sowie die Entwicklung geeigneter Anwendungen und Demonstratoren.

Additive Fertigung und Prozessentwicklung
• Entwicklung und Optimierung geeigneter Druckparameter für Hybridfilamente mit integriertem Leiterdraht,
• Untersuchung des Einflusses von Druckgeschwindigkeit, Temperatur, Schichthöhe und Bahnbreite auf die Bauteilqualität,
• Analyse der Drahtposition innerhalb gedruckter Strukturen,
• Untersuchung von Prozessgrenzen und Fehlermechanismen bei der Verarbeitung hybrider Filamente.

Material- und Anwendungsentwicklung
• Bewertung verschiedener Polymerwerkstoffe (z. B. PLA, TPU, PC und PA) hinsichtlich ihrer Eignung für elektrisch funktionalisierte Bauteile,
• Herstellung und Bewertung anwendungsnaher Demonstratoren,
• Entwicklung von Designrichtlinien für funktionsintegrierte Bauteile,
• Untersuchung geeigneter Kontaktierungskonzepte für integrierte Leiterstrukturen.

Software und Bahnplanung
• Nutzung und Weiterentwicklung von Werkzeugen zur automatisierten Leiterbahnplanung,
• Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Leiterbahngeometrie und Druckprozess,
• Erstellung von Druckstrategien für eingebettete elektrische Leiter.

Qualifizierung und Validierung
• Charakterisierung elektrischer Eigenschaften integrierter Leiterstrukturen,
• Untersuchung von Leitfähigkeit, Kontaktwiderstand und Stromtragfähigkeit,
• Bewertung der Zuverlässigkeit gedruckter Strukturen,
• Durchführung mechanischer und elektrischer Prüfungen,
• Ableitung von Gestaltungs- und Prozessrichtlinien.

Mögliche Demonstratoren
Je nach Interessenlage können unterschiedliche Anwendungen untersucht werden:
• NFC- und RFID-Strukturen,
• Flexible Sensorfolien,
• Strukturintegrierte Heizleiter,
• Kabelbaumersatz durch gedruckte Leiterbahnen,
• Weitere elektrische Funktionsstrukturen.

Hiermit bringen Sie sich ein

• Immatrikulation in Maschinenbau, Produktionstechnik, Werkstofftechnik, Mechatronik, Elektrotechnik oder vergleichbaren Studiengängen,
• Interesse an additiver Fertigung und Produktentwicklung,
• Erste Erfahrungen mit FFF-Druckprozessen und Slicer-Software,
• Idealerweise Kenntnisse in CAD-Systemen (z. B. SolidWorks),
• Wünschenswert sind Grundkenntnisse in Messtechnik, Elektronik oder Programmierung (Python, MATLAB, C#),
• Motivation für selbstständiges wissenschaftliches Arbeiten und experimentelle Untersuchungen.

Was wir für Sie bereithalten

• Einarbeitung in eine abwechslungsreiche und anspruchsvolle Tätigkeit mit Freiraum zur Umsetzung eigener Ideen,
• Begleitung bei der Erstellung von Abschlussarbeiten, sowie gezielte fachliche Förderung,
• parallel Beschäftigung als wissenschaftliche Hilfskraft möglich,
• Möglichkeit der Weiterbeschäftigung,
• individuelle Themenauswahl in Abstimmung mit Ihnen: das Thema wird so gewählt, dass Ihre fachlichen Interessen und Stärken optimal einfließen.

Wir wertschätzen und fördern die Vielfalt der Kompetenzen unserer Mitarbeitenden und begrüßen daher alle Bewerbungen – unabhängig von Alter, Geschlecht, Nationalität, ethnischer und sozialer Herkunft, Religion, Weltanschauung, Behinderung sowie sexueller Orientierung und Identität. Schwerbehinderte Menschen werden bei gleicher Eignung bevorzugt eingestellt. Unsere Aufgaben sind vielfältig und anpassbar – für Bewerber*innen mit Behinderung finden wir gemeinsam Lösungen, die ihre Fähigkeiten optimal fördern.

Mit ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien sowie auf die Verwertung der Ergebnisse in Wirtschaft und Industrie spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale Rolle im Innovationsprozess. Als Wegweiser und Impulsgeber für innovative Entwicklungen und wissenschaftliche Exzellenz wirkt sie mit an der Gestaltung unserer Gesellschaft und unserer Zukunft.

Bereit für Veränderung? Dann bewerben Sie sich jetzt, und machen Sie einen Unterschied! Nach Eingang Ihrer Online-Bewerbung erhalten Sie eine automatische Empfangsbestätigung. Dann melden wir uns schnellstmöglich und sagen Ihnen, wie es weitergeht.

Fragen zu dieser Position beantwortet gern:
Dipl. Ing. Fabian Ziervogel
+49 351 4772-2175

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Kennziffer: 85948