Bauteile mit integrierter Elektronik 3D-Drucken

Ich staune wie einfach es heute ist mit dem 3D-Drucker selber Teile herzustellen. Zwar kann man keine Elektronik 3D-Drucken, aber Arduino etc. hat mit da den Einstig ermöglicht. Noch mehr Möglichkeiten ergeben sich, wenn ich diese zwei Disziplinen kombiniere. Also wenn ich Elektronik in den 3D-Druck integriere.

Ich habe ein Ladegerät gebaut, dessen Elektronik in ein einteiliges 3D-Gedruktes Bauteil integriert ist. Erste Eindrücke erhältst du im Video. Weitere Gedanken in den nächsten Abschnitten dieses Beitrages.

Stand der Technik

Ich habe bereits viele elektrische und elektronische Geräte auseinandergenommen repariert und ausgeschlachtet. Dabei habe ich bemerkt, das viele davon, nach folgendem Prinzip aufgebaut sind:

Spritzgegossene Kunststoffteile bilden das Gehäuse. Darin eingebaut ist eine Elektronikplatine. Auf dieser Platine sind alle Taster, Schalter und LED’s mit denen der Benutzer interagiert. Somit ist schon stark vorgegeben, wie das Gerät gestaltet werden kann.

Aus Sicht der kostengünstigen Fertigung und der einfachen Montage hat dies bisher sinn gemacht. Jetzt stellt sich die Frage, wann dies für additiv gefertigte Teile weiterhin noch stimmt.

Prototypen und individualisierte Produkte

Will man nur ein Stück herstellen, beispielsweise als Prototyp, dann hat die additive Fertigung ihre Vorteile. Dasselbe gilt ebenso bei individualisierten Produkten, bei denen die Losgrösse ein Stück beträgt.

Bei Einzelteilen muss nicht zwingend alles auf einer Platine integriert sein. Zu gross ist der Aufwand zum Designen der Platine. Es kann auch ein Nachteil sein, wenn jeder Schalter und jede LED auf der Platine festgelötet ist. Der konstruktive Aufwand, um ein Zwischenstück von der Tasterfläche auf den Schalter zu designen, ist gross. Viel einfacher ist es doch, den Schalter, die LED oder den Kontakt direkt an die richtige Stelle im Bauteil zu legen.

Wenn ich die Elektronikbauteile einzeln im 3D-Duckteil verbaue, und sie per Kabel untereinander verbinde, ist dies einfacher und gibt Flexibilität für spätere Individualisierung des Modells.

Designpattern zum Einbau von Elektronikbauteilen

Beim Konstruieren meines Ladegerätes für 18650 Akkus ist mir aufgefallen, dass ich die gleichen Gestaltungsprinzipien immer wieder anwenden kann. Einmal überprüft, dass eine Idee funktioniert, wird sie zum Designpattern, das ich immer wieder verwenden kann.

• Durch Bohrungen kann ich Kabel durch das Bauteil hindurchführen.
• In Nuten an der Oberfläche kann ich Kabel verlegen, um enge radien biegen, überkreuzen und anschliessend mit Heissleim eingiessen.

  

Ebenso wie für die Kabel, ist das auch für die Bauteile selbst. Einmal ein Bauteil in das 3D-Modell integriert, kann auf die gleiche Weise das Bauteil in vielen anderen Modellen integriert werden.

Ich habe jetzt so ein Designpattern für 18650 Akkus und für das TP4056 Ladegerät. Doch ideal wäre, wenn nicht jeder für sich selbst die beste Einbaumethode herausfinden muss. Könnte nicht jeder Hersteller für seine Bauteile und seine Breakoutboards ein 3D-Modell als Werkzeug zur Verfügung stellen. Ein *.stl das ich von meinem Modell subtrahieren kann und dann schon die Ausschnittgeometrie im Modell habe.

Für die Hersteller kann das nur vorteilhaft sein. Je einfacher ihre Produkte eingebaut werden können, desto mehr können sie davon verkaufen. Aber vielleicht ist es auch an mir, ein Repository mit Designpatterns für Elektronik in 3D-Modellen zu erstellen. Sodass jeder, Bauteile mit Elektronik 3D-Drucken kann.

Mein 3D-Modell auf Thingiverse:  https://www.thingiverse.com/thing:2559730

Die Anleitung auf Instructables:

Charger circuit TP4056: http://amzn.to/2fDOQ5Z
18650 Li-Ion Battery: http://amzn.to/2fEHoYv

Mein Ladegerät passt an den Ständer von meinem Solarpanel.