Hybride d’impression pour la Fabrication de capteurs intelligents

Fabrication additive (AM) est normalisée comme un processus où les matériaux sont rejoints pour fabriquer des objets de données du modèle 3D. Cela se fait généralement de couche après couche et, ainsi, contraste avec les technologies de fabrication soustractive, comme la fabrication des semi-conducteurs. Les synonymes sont fabrication 3D-impression, additive, processus additif, additifs techniques, fabrication additive couche, la couche fabrication et fabrication en formes libres. Ces synonymes sont tirés de la normalisation de l’ American Society of Testing and Materials (ASTM)¹ de donner une définition unique. Dans la littérature, 3D-impression est dénommé le processus dont l’épaisseur des objets imprimés est de l’ordre de centimètres au même m².

Processus plus communs tels que la stéréolithographie³, activez l’impression des polymères, mais l’impression 3D de métal est également déjà disponible dans le commerce. L’AM des métaux est employée dans des domaines multiples, comme pour l’automobile, l’aéronautique⁴et secteurs médicaux⁵ . Un avantage pour les structures aérospatiales est la possibilité d’imprimer des dispositifs plus légers grâce à simples changements structurels (par exemple, en utilisant un design en nid d’abeille). Par conséquent, de matières avec, par exemple, une plus grande résistance mécanique, qui seraient sinon ajouter une quantité significative de poids (par exemple, titane au lieu de l’aluminium)⁶, peuvent être employées.

Alors que l’impression 3D de polymères est déjà bien établie, métal 3D-impression est toujours un sujet de recherche dynamique et une variété de procédés ont été développés pour l’impression 3D des structures métalliques. Fondamentalement, les méthodes disponibles peuvent être regroupés en quatre groupes^7,8, à savoir 1) en utilisant un laser ou un faisceau d’électrons pour bardage dans un processus alimenté par fil, 2) frittage des systèmes à l’aide d’un laser ou un faisceau d’électrons, fusion 3) de manière sélective à l’aide de poudre un faisceau laser ou électron (fusion lit de poudre) et 4) un liant nettoyage au jet de processus où, généralement, une tête d’impression jet d’encre se déplace au-dessus d’un substrat de poudre et prodigue des agent liant.

Selon le processus, les échantillons respectifs manufacturés exposera différentes propriétés de surface et structurales⁷. Ces propriétés différentes auront à prendre en considération de nouveaux efforts pour fonctionnaliser davantage les parties imprimées (par exemple, de fabriquer des capteurs sur leurs surfaces).

Contrairement à l’impression 3D, l’impression des processus pour atteindre telle une fonctionnalisation (e.g., écran et impression jet d’encre) couverture limité des hauteurs de l’objet de moins de 100 nm⁹ jusqu’à quelques micromètres et sont, donc, souvent aussi appelés 2,5 D-impression. alternativement, solutions laser pour la modélisation à haute résolution ont également été proposées^10,11. Un examen approfondi des processus d’impression, température des nanoparticules de fonte le thermiquement dépendante, et les applications est donnée par Ko¹².

Bien que la sérigraphie est bien établie dans la littérature^13,14, impression jet d’encre offre une meilleure capacité d’upscaling, avec une résolution accrue pour l’impression de plus petites tailles de fonctionnalité. En outre, c’est une méthode d’impression numérique, sans contact permettant le dépôt flexible de matériaux fonctionnels sur trois dimensions. Par conséquent, notre travail est axé sur l’impression à jet d’encre.

Technologie d’impression jet d’encre a déjà été utilisée dans la fabrication d’électrodes de détection de métal (argent, or, platine, etc.). Domaines d’application incluent la température mesure^15,16, pression et souche télédétection^17,18,19et biodétection^20,21, ainsi que gaz ou vapeur analyse^22,23,24. Le durcissement de telles structures imprimées avec extension de hauteur limitée peut être fait en utilisant diverses techniques, basés thermique²⁵, micro-ondes²⁶, électrique²⁷, laser²⁸et photoniques²⁹ principes.

Polymérisation photoniques pour les structures à jet d’encre permet aux chercheurs d’utiliser des encres de haute énergies, curables, conducteurs sur substrats avec une résistance de basse température. Exploitant cette circonstance, la combinaison de 2.5 processus D et 3D-impression peuvent être utilisés pour fabriquer des prototypes très flexibles dans le domaine de l’emballage intelligent^30,31,32 et détection intelligente.

La conductivité des substrats métalliques imprimés 3D présente un intérêt pour le secteur de l’aérospatiale, ainsi que pour le secteur médical. N’améliore pas seulement la stabilité mécanique de certaines parties, il est bénéfique en champ proche ainsi que la détection capacitive. Un boîtier en métal imprimé 3D fournit supplémentaire blindage/gardiennage du capteur frontal puisqu’elle peut être connectée électriquement.

L’objectif est de fabriquer des dispositifs utilisant la technologie AM. Ces dispositifs devraient fournir une résolution suffisamment élevée dans la mesure qu’ils sont employés pour (souvent à la micro – ou nano) et, en même temps, ils devraient s’acquitter de normes élevées concernant la qualité et la fiabilité.

Il a été démontré que la technologie AM présente à l’utilisateur avec suffisamment de flexibilité pour fabriquer des conceptions optimisées^33,34 , qui améliorent la qualité globale de mesure qui peut être atteints. En outre, la combinaison de polymères et d’impression jet d’encre simple couche a été présentée dans la précédente recherche^35,36,37,38.

Dans ce travail, les études disponibles sont étendus, et un examen sur les propriétés physiques des substrats AM, avec un focus sur les métaux et leur compatibilité avec l’impression jet d’encre multicouche et durcissement photoniques est fourni. Complémentaire Figure 1donne une conception exemplaire bobine multicouche. Les résultats sont utilisés pour fournir des stratégies pour l’impression jet d’encre des structures multicouches capteur sur substrats métalliques AM.