Hišni ključ, denarnica, zdravstveno zavarovanje, kartica hotelskega ključa – pameten prstan bi lahko vse to lahko nadomestil v prihodnosti. Prstan, izdelan s postopkom 3D tiskanja, ima vgrajen RFID čip, odporen proti vdorom, zaprt in neviden.
Fraunhofer-Gesellschaft
2021-302-07
Tehnologijo vključevanja elektronike med 3D tiskanjem lahko seveda uporabimo tudi za druge aplikacije. Večnamenski obroč je razvila raziskovalna skupina na Fraunhoferjevem inštitutu za litje, kompozit in tehnologijo predelave IGCV. Kje je ključ od moje hiše – bi ga lahko pustil v pisarni? In ko želimo pri blagajni v supermarketu izvleči denarnico, pogosto ugotovimo, da se je v vsem vrvežu nekako prebila do dna nakupovalne vrečke. Pametni prstan bi lahko kmalu končal tako neumna iskanja: v prstanu je skrita RFID oznaka, s katero lahko plačamo na blagajni, odpremo pametna vhodna vrata in deluje kot naša kartica zdravstvenega zavarovanja, ko obiščemo zdravnika ali zamenjamo kartico s ključem v hotelu. Morda bi bilo mogoče na ta čip shraniti tudi zdravstvene podatke, kot je intoleranca za krvno skupino ali zdravila: v primeru nesreče bi imel zdravnik za nujne primere vse potrebne podatke. Raziskovalci na Fraunhofer IGCV so razvili inteligentni prstan v okviru MULTIMATERIALNEGA centra Augsburg. Obsežen projekt, ki ga sponzorira bavarsko ministrstvo za gospodarske zadeve, regionalni razvoj in energetiko, je razdeljen na deset posameznih projektov -vključno s projektom KINEMATAM, ki je nastal z idejo in demonstracijskim modelom pametnega dela.
3D tiskanje z avtomatizirano integracijo elektronike
Pomembnejša od samega obroča pa sta proizvodni proces in zmožnost integracije elektronike med proizvodnjo komponente – tudi na mestih znotraj komponente, ki bi sicer bili nedostopni. Na primer v notranjosti obroča. 3D tiskanje lahko v najširšem pomenu opišemo kot opis proizvodnega procesa, v tehničnem žargonu pa bi ga poimenovali »proizvodnja aditivov na osnovi praškaste plasti«. Načelo je naslednje: laserski žarek se vodi nad plastjo finega kovinskega prahu. Na mestu, kjer laserska točka premera 80 mikrometrov zadene prah, se prah stopi in nato strdi, da tvori kompozitni material – preostala kovina, ki ni izpostavljena, ohrani svojo obliko prahu. Obroč je nastal plast za plastjo, za elektroniko pa ostane votlina. Na sredini procesa se postopek ustavi. Robotski sistem samodejno pobere RFID komponento in jo postavi v vdolbino, preden se postopek tiskanja nadaljuje. Ta natančno nadzorovana proizvodna tehnologija odpira vrata številnim možnostim za uresničitev popolnoma individualiziranih modelov obročev. Čip je zaprt z obročem, zaradi česar je odporen proti nedovoljenim posegom. Samo 3D tiskanje obstaja že dolgo. Glavna točka razvoja je bila razširitev enote za taljenje s pomočjo laserskega žarka z interno razvitim avtomatiziranim postopkom, ki postavlja elektroniko znotraj 3D natisnjenega predmeta. »Pretvorba strojne opreme, ki omogoča integracijo elektronskih komponent med proizvodnim procesom, je edinstvena,« pravi Maximilian Binder, višji raziskovalec in vodja skupine v enoti za proizvodnjo aditivov v Fraunhofer IGCV. Drugi poudarek razvoja je bil odgovoriti na vprašanje: kako se elektromagnetni signali iz RFID čipa pošiljajo skozi kovino? Kot veste je kovina običajno učinkovit ščit pred VF signali. Raziskovalna skupina je izvedla številne simulacije in poskuse – in našla primerno rešitev. »Uporabljamo frekvenco 125 kilohercev: ta ima krajši doseg – kar je točno tisto, kar si želimo tukaj – in je manj učinkovito dušen pri prehodu skozi kovino,« pojasnjuje Binder. Poleg tega je RFID oznaka pritrjena tako, da morajo njeni signali prodreti le en milimeter kovine. Zasnova votline in način vgradnje elektronike vanjo sta prav tako pomembni pri širjenju signala, saj lahko stene odbijajo ali absorbirajo signale. Drug izziv je bil zaščititi občutljivo elektroniko RFID oznak pred visokimi temperaturami, ki so v proizvodnem procesu dosegle več kot 1000 stopinj Celzija.
Številne možne aplikacije – zobnik z elektroniko
Tehnologijo je mogoče uporabiti povsod, kjer se konvencionalna metoda integracije elektronike izkaže za težko. Raziskovalci trenutno delajo na uporabi v sektorju proizvodne tehnologije: vgrajujejo senzorje v zobnike, njihov cilj pa je, da med delovanjem pošiljajo informacije v živo, podatke o stanju obremenitve, temperaturah na različnih položajih in druge pomembne parametre. Vse to pošiljajo brezžično enoti za ocenjevanje. Ali se na zobniku že pojavijo začetne poškodbe? Izmerjena vibracija nam bo to povedala. Integrirani senzorji prejemajo potrebno energijo prek natisnjene RFID antene na zunanji strani – tipala nato delujejo pasivno, kar pomeni, da delujejo brez baterije ali drugega ločenega napajanja. Posledično bodo integrirani senzorji v prihodnosti lahko uresničili nadzorni potencial, ki sicer ne bi bil mogoč zaradi velike hitrosti vrtenja zobnikov.
