Hybrid für die Herstellung von intelligenten Sensoren drucken

Additive Manufacturing (AM) ist als ein Prozess standardisiert, wo Materialien verbunden werden, um Objekte von 3D-Modelldaten zu machen. Dies geschieht in der Regel Schicht für Schicht und somit kontrastiert mit subtraktiven Fertigungstechnologien, wie z. B. Halbleiterfertigung. Synonyme sind 3D-Druck, additive Fertigung, additiver Prozess, additive Techniken, additive Layer Manufacturing, Schicht Fertigung und freeform Fabrication. Diese Synonyme werden von der Standardisierung durch die American Society of Testing and Materials (ASTM)¹ eine eindeutige Definition angeben reproduziert. In der Literatur wird 3D-Druck als den Prozess bezeichnet wo Dicke der gedruckten Objekte befindet sich im Bereich von Zentimetern bis sogar m².

Häufigere Verfahren wie Stereolithographie³, ermöglichen das Drucken von Polymeren, aber der 3D-Druck aus Metall ist auch bereits im Handel erhältlich. Die Uhr von Metallen wird in vielfältigen Bereichen, wie z. B. für die Automobil-, Luft-und⁴und medizinische⁵ Sektoren eingesetzt. Für Luft-und Strukturen von Vorteil ist die Möglichkeit, leichtere Geräte durch einfache strukturelle Veränderungen (z.B.durch die Verwendung einer Wabendesign) auszudrucken. Infolgedessen Materialien mit, zum Beispiel größere mechanische Festigkeit, das würde sonst eine erhebliche Menge an Gewicht (z.B. Titan statt Aluminium)⁶hinzufügen, eingesetzt werden.

Während der 3D-Druck von Polymeren bereits gut etabliert ist, Metall 3D-Druck ist immer noch eine lebendige Forschungsthema und eine Vielzahl von Prozessen wurden für den 3D-Druck von Metallkonstruktionen. Grundsätzlich sind die verfügbaren Methoden in vier Gruppen^7,8, nämlich (1) mit einem Laser- oder Elektronenstrahl für Verkleidung in einem Draht-gefüttert-Prozess (2) mit einem Laser- oder Elektronenstrahl, 3) selektiv schmelzen Pulver Sinteranlagen kombinierbar ein Laser oder Elektronen Strahl (Pulver Bett Fusion) und 4) eine Sammelmappe jetten Prozess, wo üblicherweise eine Inkjet-Druckkopf bewegt sich über eine Pulver-Substrat und Bindemittel verzichtet.

Je nach Verfahren werden die jeweiligen hergestellten Proben verschiedene Oberflächen und strukturellen Eigenschaften⁷aufweisen. Diese unterschiedlichen Eigenschaften müssen zusätzliche Anstrengungen, um die gedruckten Teile (z.B.durch die Herstellung von Sensoren auf ihrer Oberfläche) weiter funktionalisieren betrachtet werden.

Im Gegensatz zu 3D-Druck, der Druck verarbeitet solche Funktionalisierung zu erreichen (zB., Bildschirm und Inkjet-Druck) Abdeckung nur begrenzt Objekthöhen von weniger als 100 nm⁹ bis wenige Mikrometer und sind somit oft auch bezeichnet als 2,5-D-Druck. Alternativ Laser-basierte Lösungen für hochauflösende Musterung wurden auch vorgeschlagene^10,11. Eine umfassende Überprüfung der Druckverfahren, die thermisch abhängigen Schmelzetemperatur von Nanopartikeln und die Anwendungen wird durch Ko¹²gegeben.

Zwar Siebdruck gut etabliert in der Literatur^13,14, bietet Inkjet-Druck eine verbesserte upscaling Fähigkeit, zusammen mit einer erhöhten Auflösung für den Druck von kleineren Größen. Darüber hinaus ist es eine digitale, berührungslose Druckverfahren ermöglicht die flexible Ablagerung von Funktionsmaterialien auf dreidimensionale. Daher konzentriert sich unsere Arbeit auf Inkjet-Druck.

Inkjet-Drucktechnologie wurde bereits in der Herstellung von Messelektroden Metall (Silber, Gold, Platin, etc.) eingesetzt. Anwendungsbereiche sind Temperatur Messung^15,16, Druck und Belastung Fernerkundung^17,18,19, und Biosensoren^20,21, als auch Gas oder Dampf Analyse^22,23,24. Die Aushärtung von solchen gedruckte Strukturen mit begrenzter Höhe Extension kann fertig mit verschiedenen Techniken, basierend auf thermische²⁵, Mikrowelle²⁶, elektrische²⁷, Laser²⁸, und photonischen²⁹ Grundsätze.

Photonische Aushärten für Inkjet-drucken Strukturen erlaubt Forschern, energiereiche, heilbare, leitfähige Tinten auf Substraten mit einem Niedertemperatur-Widerstand zu verwenden. Nutzung dieser Umstand, die Kombination von 2,5 D und 3D-Druck Verfahren einsetzbar, hochflexible Prototypen im Bereich intelligente Verpackungen^30,31,32 und intelligente Sensorik zu fabrizieren.

Die Leitfähigkeit des 3D-gedruckten Metallsubstrate ist von Interesse, der Luft-und Raumfahrt sowie für den medizinischen Bereich. Es verbessert nicht nur die mechanische Stabilität bestimmter Teile aber ist vorteilhaft im Nahfeld-sowie kapazitive Abtastung. Ein 3D-gedruckten Metallgehäuse bietet zusätzliche Abschirmung/Bewachung der Sensor Front-End, da es elektrisch angeschlossen werden kann.

Ziel ist es, Geräte mit AM-Technik herzustellen. Diese Geräte sollen eine ausreichend hohe Auflösung bei der Messung, die, der Sie für die (oft im Mikro- und Nanobereich) beschäftigt sind, und zur gleichen Zeit, sollten sie erfüllen hohe Standards in Bezug auf Zuverlässigkeit und Qualität.

Es hat sich gezeigt, dass AM-Technik bietet dem Benutzer genügend Flexibilität zu fabrizieren optimierte Konstruktionen^33,34 , der Verbesserung der Gesamtqualität der Messung, die erreicht werden kann. Darüber hinaus wurde die Kombination von Polymeren und Einzellagen-Inkjet-Druck in der bisherigen Forschung^35,36,37,38vorgestellt.

In diesem Werk vorliegenden Studien werden verlängert, und ein Überblick über die physikalischen Eigenschaften von AM Substraten, mit Fokus auf Metalle und deren Kompatibilität mit mehrschichtigen Inkjet-Druck und photonischen Aushärtung wird zur Verfügung gestellt. Eine beispielhafte mehrlagigen Spule Design steht in ergänzende Abbildung1zur Verfügung. Die Ergebnisse sind für die Bereitstellung von Strategien für den Inkjet-Druck von mehrschichtigen Sensor Strukturen auf AM Metallsubstrate verwendet.