Keine Kabelstränge mehr? So könnte Printed Electrics unsere Flugzeuge verändern

Wussten Sie, dass sich in einem Standard-Passagierflugzeug rund 100 km Kabel befinden? Um sich das besser vorstellen zu können: Das ist der Abstand vom Boden zur Karmanlinie - dem Beginn des Weltraumes! Und es ist ganz klar, dass diese beeindruckende Menge an Kabeln hohe Kosten und einen hohen Arbeitsaufwand bei Design, Installation und Wartung verursacht.

Unser Kooperationsprojekt

Im Rahmen des gemeinsamen Forschungsprojekts „Printed Electrics“ untersuchen Airbus und Altran, wie diese wiederkehrenden Kosten eingespart und die Gesamtzahl der Kabel reduziert werden können.

Wenn Elektronik gedruckt wird, verspricht dies Kosteneinsparungen und reduziert den Anpassungsaufwand durch die Automatisierung des heutigen Produktionsprozesses von Kabelbäumen. Mit stärker integrierten, „intelligenten“ Komponenten ermöglicht es zudem eine effizientere elektrische Architektur der Kabine, die die Gesamtmenge der benötigten Kabel und damit das Gewicht des Flugzeugs reduziert.

Der Hintergrund

Angesichts der wachsenden Nachfrage nach Passagierflugzeugen ist die Steigerung der Effizienz in der Produktion für Airbus von zentraler Bedeutung.

Heute geschieht die Herstellung und Installation von Kabeln hauptsächlich in Handarbeit. Da Kabel im Ausland hergestellt werden, kann es nach einer Bestellung mehrere Wochen dauern, bis die Kabelbäume geliefert werden. Mit hochproduktiven Druckern, die sich in der Nähe der Endmontagelinie befinden, könnte gedruckte Elektronik eine Antwort auf die Forderung nach höherer Effizienz und die Möglichkeit für kurzfristige Änderungen der hochindividuellen Kabinen sein.

Die Technologie, die dahintersteckt

Durch die Nutzung von funktionellen, mit leitfähigen Partikeln gefüllten Tinten und bewährten, konventionellen Verfahren können elektrische Schaltungen direkt auf dünne Polymerfolien gedruckt werden, um flexible, leichte Leiter herzustellen.

Gedruckte Elektronik beinhaltet aber mehr als nur der einfache Druck von Kabeln – mit einer Kombination aus verschiedenen Tinten können Funktionalitäten wie Sensoren, Photovoltaik, Leuchten, Batterien und sogar „Intelligenz“ in Form von Transistoren gedruckt werden. Wie auf herkömmlichen Leiterplatten können Sie auch Mikrochips im Pick-and-Place-Verfahren hinzufügen.

Die Restriktionen

Da die gedruckten Metallschichten dünn sind und die Leitfähigkeit der heutigen Tintenformulierungen zu etwa 95 % der von Schüttgut entspricht, wird die Technologie nicht mit Kupferdrähten für Hochleistungsstrecken konkurrieren. Dennoch ist es für die meisten elektrischen Verbraucher in der Kabine wie Beleuchtung, Sensoren oder Displays mit bis zu mehreren hundert Watt Leistungsaufnahme perfekt geeignet.

Herausforderungen

Um die Sicherheit dieser neuen Technologie zu gewährleisten, muss ein umfassender Qualifizierungs- und Zertifizierungsprozess durchlaufen werden, bevor sie Teil eines Flugzeugs werden kann.

Zu den extremsten Tests gehört, dass die gedruckten Teile für 12 Sekunden einer offenen Flamme ausgesetzt werden, der Kontakt mit aggressiven Flüssigkeiten, Temperaturen von -55 bis 80 °C oder die Auswirkung eines Blitzeinschlags.

Obwohl sich die Technologie derzeit noch in der Forschungsphase befindet, geben die positiven Erfahrungen mit den anspruchsvollsten Tests Anlass zur Zuversicht, dass die Zertifizierung des ersten Teils mit gedruckter Elektronik möglich ist.

Anwendung und Nutzen

In einer ersten Anwendung des preisgekrönten „New InfoPanel“ wurden konventionelle Kabelbäume und LED-Schilder durch eine Leiterplatte ersetzt, die das Gewicht um mehr als 30 % reduziert und die Installationszeit drastisch verkürzt. Das neue InfoPanel könnte in naher Zukunft Teil der A320-Kabine sein.

Ausblick

Nach dem Nachweis der technischen Machbarkeit und dem erfolgreichen Abschluss der Zertifizierung wird die Implementierung in der gesamten Flugzeugflotte folgen und das tatsächliche Potenzial der gedruckten Elektronik aufzeigen.

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