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Stromkreise und Sensoren verweisen vom Drucker

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Ein neues Roboter-unterstütztes Fließband erlaubt verschiedene Druckenmethoden in 2D und in 3D der Stromkreise und der Sensoren in einem einzelnen Durchlauf.

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Drucker werden immer mehr vielseitig begabt. Jetzt können sie Sensoren und elektronische Bauelemente auf 2D und Substraten 3D sogar drucken. Ein neues, Roboter-unterstütztes Fließband erlaubt, dass der Prozess automatisiert wird.

Derzeit ist kein Büro ohne einen Drucker komplett. Aber digitale Druckentechnologien spielen auch eine wichtige Rolle in der Mikroelektronik, in den ausführenden Mikrosystemen und in den Sensor-Systemen. Forscher am Fraunhofer Institut für Herstellungs-Technologie und an vorgerückten Materialien IFAM in Bremen wenden verschiedene Druckenmethoden an, um elektronische Bauelemente und Sensoren zu produzieren. Die kleinen Widerstände, die Transistoren, die Stromkreiswege und die Kondensatoren sind zuerst auf Schirm entworfen und niedergelegt dann direkt auf zwei und dreidimensionale Substrate, zum Beispiel Leiterplatten. Anstelle von den üblichen Papiertinten der Wissenschaftlergebrauch, was wie bekannt? Funktionstinten? ? elektronische Materialien in der Flüssigkeit- oder Pastenform. Die Strecke des möglichen Gebrauches für gedruckte Elektronik ist breit? von den elektronischen Stromkreisen in den digitalen Thermometern zu den flexiblen Blättern der Solarzellen und des intelligenten Verpackens mit eingebauten Sensoren. Um den Prozess des Anwendens der gedruckten Elektronik an den Bestandteilen mit den flachen und dreidimensionalen Oberflächen zu automatisieren, haben die IFAM Wissenschaftler ein Roboter-unterstütztes Fließband gegründet das erlaubt dass verschiedene Druckenmethoden in einem einzelnen Durchlauf kombiniert werden. Module für Silk-screen, Tintenstrahl, Zufuhr und Aerosolstrahl Drucken werden in der Produktionsmaßeinheit integriert. ? Das Fließband mit seiner zentralen Robotermaßeinheit, Teilzufuhren, Drucksystemen und Wärmebehandlungöfen ermöglicht uns, Oberflächen auf einer nah-industriellen Skala functionalize? sagt Dr. Volker Zöllmer, Leiter der Funktionsstrukturabteilung an IFAM.

Die Verwendbarkeit der verschiedenen Technologien in einem System macht es möglich, Strukturen der verschiedenen Flächen, der Breiten und der Stärken auf dem Substrat zu drucken. Aerosol-Strahl Drucken zum Beispiel ermöglicht den Forschern, extrem feine Strukturen mit einer Breite von nur 10 Mikrometern auf den Bestandteil niederzulegen. In diesem berührungsfreien Prozess wird die leitende Tinte in ein Aerosol unter Verwendung der Druckluft (pneumatisches Sprühen) umgewandelt und eingezogen dann zum Schreibkopf durch einen feinen Schlauch. Der Schreibkopf richtet den Aerosolstrahl auf die Oberfläche des Substrates, das doesn? t müssen flach oder glatt notwendigerweise sein? sogar können gebogene Oberflächen auf der Anwendung dieser Methode gedruckt werden. Es ist auch möglich, sich die Stärke der gedruckten Eigenschaften zu unterscheiden und mehrschichtige Strukturen zu verursachen. ? Z.B. sowie die Niederlegung der Stromkreise auf einer Leiterplatte, können wir sie mit einer korrosionsbeständigen Schicht auch versehen? sagt Zöllmer.

So wie tut genau diese Druckenprozeßarbeit? Nachdem die Steuer-Software für das gewünschte Endprodukt programmiert worden ist, indem man die erforderten Druckenmethoden und den Auftrag definierte, in denen sie durchgeführt werden sollen, hebt der Roboter das Substrat, zum Beispiel eine bloße Leiterplatte auf und liefert sie an dem ersten Druckwerk aus. Wenn die Aufgabe die Integrierung von 200 Mikrometer-breiten Stromkreiswegen im Substrat erfordert, wird sie zuerst zur Zufuhr, ein piezoelektrisches dosierensystem geschickt. Die Zufuhr enthält ein Ventil, das die exakte Volumen- und Tröpfchengröße des zähflüssigen Mittels erlaubt? z.B. ein elektrisch leitender Kleber? zu angewendet werden. Wenn der Leiter an einen Sensor angeschlossen werden soll, wird die Leiterplatte dann auf dem Aerosolstrahl Drucker verlegt. Diese hochauflösende Vorrichtung druckt die Sensoren. Die Leiterplatte überschreitet dann durch andere Drucker, abhängig von der Anwendung, bevor sie schließlich Wärmebehandlung im Ofen durchmacht, um die gewünschten Leistungsmerkmale zu erreichen. Das System ist zum Drucken auf Substraten bis zur Größe eines Blattes Papier DIN-A3 fähig und kann Bestandteile mit einer Höhe einiger Zentimeter verarbeiten.

Functionalized Oberflächen zum Auftrag

Die Materialauswahl, die als Substrate oder Funktionstinten benutzt werden können, ist fast unbegrenzt. Die Tinten, die von den IFAM Fachleuten eingesetzt werden, schließen Metalle, Keramik, elektrisch leitende Polymer-Plastiken und sogar Biosubstanzen wie Proteine und Enzyme mit ein. Abhängig von der Anwendung werden diese Mittel auf den Substraten niedergelegt, die vom Glas, von den Geweben, von den Metallen, von den keramischen Platten und von vielen anderen Materialien gebildet werden. ? Das neue Fließband ermöglicht uns, eine große Auswahl der verschiedenen Materialien zu verarbeiten und sie in vielen unterschiedlichen Arten zu kombinieren, den Kunden zu treffen? s-Anforderungen. Dieses schließt das Entwerfen der Bestandteile ein, die zur Lieferung der völlig neuen Funktionen fähig sind? wie Fensterscheiben mit integrierten Sensoren für messende Temperatur.? Zöllmer fügt hinzu. ? Gedruckte Sensoren können auch benutzt werden, um Gebäudebestandteile zu überwachen und Frühwarnung der Sprunganordnung und anderen Strukturschadens zur Verfügung stellen. Sie konnte in der Automobilindustrie, wo die Dehnungsmessgeräte nützlich auch sein, die auf Aluminiumoberflächen mittels des Aerosolstrahl Druckens gedruckt wurden, konnte eine frühe Anzeige über Material zur Verfügung stellen ermüden in den Körperbestandteilen.?

Das Roboter-unterstützte Fließband hilft auch, EntwicklungsVorbereitungs- und Anlaufzeiten zu verkürzen. In der Vergangenheit Bestandteile mit Sensor arbeitet zu versehen, es war häufig notwendig, die Sensoren im Bestandteil zu integrieren, nachdem es hergestellt worden war? ein Zeit raubender Prozess. Abhängig von der Anwendung können die IFAM Forscher das gleiche Resultat in einer Angelegenheit von Sekunden oder von Minuten durch functionalized Bestandteile des Druckens erzielen völlig. Dieses bietet Vorteile vielen Sektoren der Industrie an, einschließlich Autoherstellung und Luftfahrt, und Mikrosystemsauch ausführen. ? Wir können Industrie helfen, um seine Produkt-Entwicklungsprozesse zu rationalisieren, indem wir Prototypen und kleine Reihen unter Verwendung unseres Fließbands herstellen? sagt Zöllmer. Das modulare Fließband stellt auch Bereich zur Verfügung, damit Kunden ihre eigenen Prozesse addieren.