Híbrido de impressão para a fabricação de sensores inteligentes

Fabricação de aditiva (AM) é padronizada como um processo onde os materiais são juntou-se tornar objetos de dados do modelo 3D. Isto é feito geralmente camada sobre camada e, assim, contrasta com tecnologias de fabricação subtrativa, como fabricação de semicondutores. Sinônimos incluem fabricação 3D-impressão, aditiva aditivo processo, técnicas de aditivas, fabricação de camada aditivo, fabricação de camada e fabricação freeform. Esses sinônimos são reproduzidos de padronização pelo sociedade americana de testes e materiais (ASTM)¹ para fornecer uma definição única. Na literatura, a impressão 3D é referido como o processo onde a espessura dos objetos impressas está na faixa de centímetros até metros².

Processos mais comuns, como a estereolitografia³, permitem a impressão de polímeros, mas também a impressão 3D de metal já está comercialmente disponível. O AM de metais é empregado em múltiplas áreas, tais como para o automotivo, aeroespacial,⁴e médica⁵ sectores. Uma vantagem para estruturas aeroespaciais é a possibilidade de imprimir mais leves dispositivos através de simples mudanças estruturais (por exemplo, usando um design de favo de mel). Consequentemente, materiais com, por exemplo, maior resistência mecânica, que caso contrário gostaria de acrescentar uma quantidade significativa de peso (por exemplo, titânio ao invés de alumínio)⁶, podem ser empregadas.

Enquanto a 3D-impressão de polímeros já está bem estabelecida, 3D-impressão do metal ainda é um tópico de pesquisa vibrante, e uma variedade de processos foram desenvolvidos para a impressão de 3D de estruturas metálicas. Basicamente, os métodos disponíveis podem ser combinados em quatro grupos de^7,8, ou seja 1) usando um laser ou feixe de elétrons para revestimento em um processo de fio-alimentado, 2) sinterização sistemas usando um laser ou feixe de elétrons, derretendo 3) seletivamente usando pó um feixe de laser ou elétron (fusão de cama de pó) e 4) um fichário jorrando processo onde, comumente, uma cabeça de impressão jato de tinta se move sobre um substrato de pó e dispensa aglomerante.

Dependendo do processo, as respectivas amostras manufacturadas irão expor diferentes propriedades de superfície e estrutural⁷. Essas diferentes propriedades terá que ser considerada em mais esforços para funcionalizar ainda mais as peças impressas (por exemplo, pela fabricação de sensores em suas superfícies).

Em contraste com o 3D-impressão, impressão processos para alcançar tal um functionalization (EG., tela e impressão inkjet) tampa somente limitado alturas objeto de menos de 100 nm⁹ até alguns micrômetros e são, assim, muitas vezes também conhecido como 2.5 D-impressão. Alternativamente, soluções baseadas em laser para a padronização de alta resolução foram também propostos^10,11. Uma revisão abrangente dos processos de impressão, derretem o termicamente dependentes da temperatura de nanopartículas, e as aplicações é dada por Ko¹².

Embora a serigrafia está bem estabelecida na literatura^13,14, impressão inkjet fornece uma melhor capacidade de upscaling, juntamente com uma maior resolução para a impressão de tamanhos menores do recurso. Além disso, é um método de impressão digital, sem contacto, permitindo a deposição flexível de materiais funcionais na tridimensional. Por conseguinte, nosso trabalho é focado em impressão jato de tinta.

Tecnologia de impressão jato de tinta já foi empregada na fabricação de eletrodos de detecção de metal (prata, ouro, platina, etc.). Áreas de aplicação incluem a medição de temperatura^15,16, pressão e tensão sensoriamento^17,18,19e biosensing^20,21, bem como gás ou vapor análise de^23,22,24. A cura de tais estruturas impressas com extensão de altura limitada pode ser feito utilizando várias técnicas, com base em térmica²⁵microondas²⁶, elétrica²⁷, laser,²⁸e fotônico²⁹ princípios.

Fotônico cura para estruturas de impressão a jato de tinta permite aos pesquisadores usar tintas de alta energia, curáveis, condutoras em substratos com uma resistência de baixa temperatura. Nesta circunstância, a combinação de 2.5 a explorar processos D e 3D-impressão podem ser empregados para fabricar protótipos altamente flexíveis na área de embalagem inteligente^30,31,32 e detecção inteligente.

A condutividade de substratos metálicos 3D-impresso é de interesse para o setor aeroespacial, bem como para o setor médico. Não só melhora a estabilidade mecânica de certas partes, mas é benéfico em campo próximo, bem como sensoriamento capacitivo. Uma caixa de metal 3D-impresso fornece adicional blindagem/proteção do sensor front-end já que ele pode ser conectado eletricamente.

O objetivo é fabricar dispositivos usando tecnologia de AM. Estes dispositivos devem fornecer uma resolução suficientemente alta (muitas vezes em micro – ou nanoescala) são utilizados para a medição e, ao mesmo tempo, eles devem cumprir elevados padrões em matéria de qualidade e confiabilidade.

Ficou demonstrado que a tecnologia AM apresenta ao usuário com flexibilidade suficiente para fabricar projetos otimizados^33,34 , que melhoram a qualidade de medição global que pode ser alcançada. Além disso, a combinação de polímeros e impressão inkjet de camada única tem sido apresentada em pesquisa anterior^35,36,37,38.

Neste trabalho, os estudos disponíveis são estendidos, e uma revisão sobre as propriedades físicas dos substratos de AM, com foco em metais e a sua compatibilidade com impressão inkjet multicamadas e cura fotônico é fornecida. Um projeto exemplar bobina multilayer é fornecido em complementar a Figura 1. Os resultados são utilizados para fornecer estratégias para a impressão jato de tinta de estruturas multicamadas sensor em substratos metálicos AM.