Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Hybrid utskrift för tillverkning av smarta sensorer

Published: January 31, 2019 doi: 10.3791/58677
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 3, 1
1Institute for Intelligent Systems Technologies, Alpen-Adria-Universität Klagenfurt, 2Carinthian Tech Research AG, 3Department for Nanostructured Materials, Jozef Stefan Institute

Summary

Här presenterar vi ett protokoll för tillverkning av inkjet-tryckt multilayer sensor strukturer på additivt tillverkade substrat och folie.

Abstract

En metod för att kombinera additivt tillverkade substrat eller folier och multilayer bläckstråleskrivare för tillverkning av sensor enheter presenteras. Första, tre substrat (akrylat, keramik och koppar) är beredda. För att avgöra de resulterande materialegenskaperna hos dessa substrat, görs profilometer, kontaktvinkel, svepelektronmikroskop (SEM) och fokuserad ion beam (FIB) mätningar. Den uppnåeliga utskrift upplösning och lämplig droppe volym för varje substrat, sedan hittas genom droppe storlek testerna. Sedan, lager av isolerande och konduktiv bläck är bläckstråleskrivare tryckt växelvis för att fabricera de sensorn målstrukturer. Efter varje utskrift steg behandlas individuellt respektive lager av fotoniska härdning. De parametrar som används för att bota varje lager anpassas beroende på tryckta bläcket, samt på ytegenskaper av respektive substratet. Att bekräfta den resulterande ledningsförmågan och för att bestämma kvaliteten på den utskrivna ytan, görs fyra-peka sonden och profilometer mätningarna. Slutligen visas en mätning set-up och resultat som uppnåtts genom sådant all-tryckt sensorsystem att demonstrera den uppnåeliga kvaliteten.

Introduction

Additiv tillverkning (AM) är standardiserade som en process där material sammanfogas för att göra objekt från 3D-modelldata. Detta görs vanligen lager på lager och, således, kontrasterar med subtraktiv tillverkningsteknik, såsom halvledare fabrication. Synonymer inkluderar 3D-printing, additiv tillverkning, additiv process, additiva tekniker, additiv lager tillverkning, lager tillverkning och frihandsfigur fabrication. Dessa synonymer återges från standardiseringen av amerikanska samhället av testning och material (ASTM)1 att ge en unik definition. I litteraturen, är 3D-printing kallas den process där tjockleken på de utskrivna objekt är i spänna av centimeter till ens mäter2.

Mer gemensamma processer, såsom stereolithography3, Aktivera utskrift av polymerer, men 3D-utskrift av metall också är redan kommersiellt tillgängliga. AM av metaller är anställd inom många områden, såsom för bil, flyg4och medicinska5 sektorer. En fördel för aerospace strukturer är möjligheten att skriva ut lättare enheter genom enkla strukturella förändringar (t.ex., med hjälp av en honeycomb-design). Följaktligen, material med, exempelvis större mekanisk hållfasthet, som annars skulle lägga en betydande mängd vikt (t.ex., Titan i stället för aluminium)6, kan användas.

3D-utskrift av polymerer är redan väl etablerat, metall 3D-printing är fortfarande en levande forskning ämne medan en mängd processer har utvecklats för 3D-utskrift av metallkonstruktioner. I grund och botten, de tillgängliga metoderna kan kombineras till fyra grupper7,8, nämligen 1) med hjälp av en laser- eller elektronstråle för beklädnad i en tråd matad process, 2) lasersintring system använder en laser- eller elektronstråle, 3) selektivt smältande pulver med en laser eller electron beam (pulver säng fusion), och 4) en pärm jetting process där, vanligen, en inkjet skrivhuvudet flyttar över ett pulver substrat och doserar bindemedel.

Beroende på processen ställer respektive tillverkade proverna ut olika yta och strukturella egenskaper7. Dessa olika egenskaper måste beaktas i ytterligare ansträngningar för att ytterligare functionalize de tryckta delarna (t.ex., genom att tillverka sensorer på deras ytor).

I motsats till 3D-printning, utskriva bearbetar för att uppnå sådan en funktionalisering (t.ex., skärm och bläckstråleutskrifter) täcker endast begränsade objekt höjder från mindre än 100 nm9 upp till några mikrometer, och är således ofta kallas även 2.5 D-utskrift. Alternativt laser-baserade lösningar för högupplösta mallning har också föreslagna10,11. En omfattande översyn av tryckprocesser, den termiskt beroende smälta temperaturen av nanopartiklar, och programmen ges av Ko12.

Även om screentryck är väl etablerad i litteratur13,14, ger bläckstråleutskrifter en förbättrad uppskalning förmåga, tillsammans med en ökad upplösning för utskrift av mindre funktionen storlekar. Förutom att är det en digital, kontaktfria utskriftsmetod som möjliggör flexibel nedfall av funktionella material på tredimensionella. Vårt arbete är därför inriktad på bläckstråleskrivare.

Inkjet trycktekniken har redan använts vid tillverkning av metall (silver, guld, platina, etc.) fjärranalys elektroder. Tillämpningsområden är temperatur mätning15,16, tryck och påfrestningar fjärranalys17,18,19, och biosensing20,21, samt gas eller ånga analys22,23,24. Härdning av sådana tryckta strukturer med begränsad höjd förlängning kan vara klar med hjälp av olika tekniker, baserat på termiska25, mikrovågsugn26, elektriska27, laser28, och fotoniska29 principer.

Fotoniska härdning för inkjet-tryckt strukturer tillåter forskare att använda high-energy, botas, konduktiv bläck på substrat med en låg-temperaturbeständighet. Att utnyttja denna omständighet, kombinationen av 2.5 kan D - och 3D-printing processer vara anställd att fabricera mycket flexibel prototyper i området i smarta förpackningar30,31,32 och smart avkänning.

Conductivityen av 3D-tryckt metall substrat är av intresse till flygindustrin, liksom för den medicinska sektorn. Det förbättrar inte bara den mekaniska stabiliteten i vissa delar men är fördelaktigt i nära-fält samt kapacitiv avkänning. Ett 3D-tryckt metallhölje ger ytterligare avskärmning/bevakning av sensorns front-end eftersom det kan vara elektriskt ansluten.

Syftet är att fabricera enheter med AM teknik. Dessa enheter bör ge en tillräckligt hög upplösning i den mätning som de är anställda för (ofta på mikro- eller nanoskala) och, samtidigt, bör de uppfylla höga krav på tillförlitlighet och kvalitet.

Det har visats att AM teknik presenterar användaren med tillräcklig flexibilitet för att fabricera optimerade konstruktioner33,34 som förbättra den övergripande kvaliteten för mätning som kan uppnås. Dessutom har kombinationen av polymerer och lager bläckstråleutskrifter presenterats i tidigare forskning35,36,37,38.

I detta arbete, tillgängliga studier förlängs, och en recension om de fysiska egenskaperna hos AM-substrat, med fokus på metaller och deras förenlighet med multilayer bläckstråleutskrifter och fotoniska härdning tillhandahålls. En exemplarisk multilayer spolen design finns i kompletterande Figur1. Resultaten används för att ge strategier för inkjet utskrift av multilayer sensor strukturer på AM metall substrat.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Varning: Innan du använder den ansedda trycksvärta och klister, vänligen kontakta de relevanta Material säkerhetsdatablad (MSDS). De sysselsatta nanopartiklar bläck och lim kan vara giftig eller cancerframkallande, beroende av spackel. Använd alla lämpliga säkerhetsrutiner när du utför bläckstråleutskrifter eller beredning av prover och kontrollera att bära lämplig personlig skyddsutrustning (skyddsglasögon, handskar, labbrock, hellånga byxor, stängd tå skor).

Obs: Protokollet kan pausas efter alla steg utom steg 6,3-6,6 och steg 9,2-9,5.

1. beredning av 3D-tryckt substrat

  1. Förbereda datorstödd konstruktion (CAD) teckningar, helst med formatet stereolithography .stl fil.
    Obs: De begagnade mönster illustreras i kompletterande diagram 2 och kompletterande figur 3.
  2. Välj AM processen utifrån de väsentliga egenskaper som krävs av ett målprogram (se tabell 1 för respektive process begränsningar).
    Obs: I detta arbete använde vi prover gjorda av 3D-tryckt koppar, samt 3D-tryckt keramik.
  3. Tillverka koppar substratet genom 3D-utskrift med vax och förlorat vax casting39.
  4. Tillverka keramiska substratet genom litografi-baserad keramisk tillverkning (LCM) teknik40 (se Video 1).
  5. Fabricera akrylat substratet med en högupplöst polymer 3D-skrivare37 och avlägsna stödjande vaxet från den tryckta delen.
    1. Sätta den tryckta delen inuti en ugn på 65 ° C i 1 h att smälta stödjande vaxet.
    2. När den tryckta delen ur ugnen, lägga den i oljebad ultraljud vid 65 ° C ta bort vaxet från hål, små öppningar, etc.
  6. Ren de substrat med en wiper fuktad med aceton, som möjligt ytliga orenheter kraftigt påverka senare inkjet utskriftskvaliteten.
    Obs: Beredning av AM substrat kan göras med olika utrustning och processer. Beroende på den tillverkning strategin variera egenskaperna yta och bulk samt. Det är därför viktigt att kontrollera dessa egenskaper med hjälp av inspektion tekniker rekommenderas senare (se, exempelvis, avsnitt 4 i detta protokoll).

2. tillverkning av Interconnects

Obs: Tillverkning av interconnects skiljer sig beroende på (konduktiv/oledande) substrat.

  1. Fabricera interconnects på oledande (keramiska) substrat.
    1. Undvara en tidspress microdispenser monterad på en microassembly station i den lämpliga vias tryckta delar låg temperatur botas ledande limmet.
    2. Lämna den fabricerade interconnects för att torka i 10 min vid 23 ° C och med omgivande pressar.
      Obs: för den keramiska substraten, de interconnects kan också vara fabricerade med hjälp av lodpasta och hög temperatur härdning.
  2. Fabricera interconnects på ledande substrat.
    1. Fördela det isolerande bläcket över hela vias' (hål/hål i underlaget) omkrets via en tidspress microdispenser.
    2. Utföra fotoniska härdning med intensivt pulserande ljus som föreslagits av bläck leverantören.
      1. Öppna facket fotoniska bota utrustning som innehåller tabellen substrat.
      2. Flytta koppar provet till tabellen substrat av fotoniska bota utrustningen och fixa det med hjälp av den medföljande magnetiska fixturer.
      3. Justera höjden på utrustningens substrat tabell flytta provet till fokus planet bota utrustning.
      4. Stäng facket och justera bota profilen som rekommenderas av materialets leverantör för det tryckta materialet i utrustningens programvarugränssnitt och tryck på startknappen.
    3. Fyll i via med låg temperatur härdning konduktiv klistra in (Tabell för material).
      Obs: I allmänhet, det är möjligt att använda alla former av en-komponent, epoxy-baserat ledande lim som är temperatur aktiveras.
    4. Torka den fabricerade interconnects för 10 min vid 23 ° C.

3. beredning av systemet för bläckstråle-utskrift

  1. Rengör/purge skrivarhuvudets munstycken med laxermedel inställning i skrivarprogrammet, använder den lämpliga kemiskt för respektive bläck: Använd isopropanol för isolerande tryckfärger. använda tiethylene glykoleter monometylfumarat för konduktiv bläcket. Rensa munstyckena genom att trycka på knappen Rensa i skrivarens programvarugränssnitt tills lösningen matas ut från respektive munstycken är klar.
    Obs: Mängden kemiska nödvändigt beror på skrivaren, munstycke och kemiska. I detta experiment användes ca 2 mL.
  2. Fyll bläck behållarna med ca 1,5 mL nanopartiklar silver bläck med 50 wt.% metall lastning och en genomsnittlig partikelstorlek av 110 nm med en spruta, exempelvis med en 3 mL fat och en 18 G luerlock dispensering nål.
  3. Använd en skrivhuvudet för att jet bläck genom att trycka på knappen Starta huvud i skrivarens programvarugränssnitt.
  4. Använd före justerade jetting profilen för skrivaren för den bestyckningen av konduktiv bläck.
    1. Flytta skrivhuvudet till dropview position med alternativet gå till dropview position i skrivarens programvarugränssnitt och observera den bestyckningen av bläck.
    2. Ändra parametrarna för den spänning profil som är förinstallerat för skrivhuvudet och skrivhuvudet temperaturen för att justera släpp velocity, form och volym. Justera bläck trycket att undvika eventuella spill av bläck och minska bildandet av satellit droppar.
      Obs: För utskriftssystemet används i detta protokoll, den maximala jetting driftspänning sattes till 40 V och en jetting profil 1 µs uppgång/nedgång tid med 10-14 µs håll tid användes. Det silver bläcket var passpoalerade vid 45 ° C. Optimal bläck trycket är beroende av bläcknivån. Spänningen i spänning profilen måste ökas eller minskas beroende på tillstånd (t.ex., temperatur, viskositet) bläck och aktuell temperatur av huvudet, samt delstaten används skrivhuvudet. För att uppnå korrekt bestyckningen, rekommenderar vi att du ändrar spänningen uppåt i små steg 1 V. Om det finns någon förbättring i formen droppe, minska spänningen i små steg 1 V. Följ proceduren tills en stabil släppa uppnås.
  5. Justera utskrift parametrarna för isolerande bläcket på samma sätt som gjort i silver bläck.
    1. Använd en annan skrivhuvudet för att jet låg-k dielektriska materialet, som är en blandning av akrylat-typ monomerer.
      Obs: Igen, en jetting driftspänning 40 V och 1 µs uppgång/nedgång tid med 8 µs håll tid användes i detta protokoll. Det dielektriska bläcket kunde vara passpoalerade vid 50 ° C. Optimal bläck trycket beror på den faktiska bläcknivån. Generellt beroende används parametrar mycket av egenskaperna av bläck, liksom av substrat eller lager där det ska skrivas. Under tillverkningsprocessen kanske utskriftsparametrarna justeras dynamiskt. Se användarhandboken för utskriftssystemet på hur justera skrivaren parametrar.

4. inspektion av ytegenskaper av de respektive substratesna för tryckbarhet och justering av skrivaren parametrar för första skiktet

  1. Utföra profilometer mätningarna för att bestämma ytjämnheten.
    1. Lägga provet på tabellen substrat (scenen) av profilometer.
    2. Om inte homing, hem scenen med hemknappen i programvarugränssnitt.
    3. Välja respektive upplösning och område som mappas i programvarugränssnitt.
    4. Plats chefen mätning på startpositionen och påbörja mätningen med alternativet jogga och start-knappen i programvarugränssnitt.
    5. När mätningen är klar, kontrollera resultatet för konsekvens (t.ex., är visad höjderna rimliga för antalet utskrivna lager) och spara data.
  2. Utföra SEM inspektioner enligt bruksanvisningen att analysera ytkvalitet.
  3. Utför kontaktvinkel mätningar som beskrivs i användarhandboken för SEM stationen för att bestämma Vätbarheten egenskaper.
  4. Fixa underlaget på tabellen substrat med tejp och markera dess position på lämpligt sätt.
  5. Justera munstycket och utskriftsparametrar i inställningarna för den programvara som gränssnittet genom att redigera egenskaperna för skrivhuvudet i skrivarens programvarugränssnitt.
    1. Igen, flytta skrivhuvudet till dropview position med alternativet gå till dropview position i skrivarens programvarugränssnitt och observera den bestyckningen av bläck. Om nödvändigt, justera utskrift parametrar för att optimera den bestyckningen.
    2. Välja ett munstycke som matar väl avgränsad och homogen droppar bläck för utskrift.
    3. Ange antalet valda munstycket i skrivarens inställningar.
  6. Utföra de droppe storlek testerna för att fastställa storleken på en tryckt droppe på respektive substraten.
    1. Skriva ut en droppe mönster, med hjälp av en känd skrivarkonfiguration.
    2. Bestämma den uppnådda droppe storlek med hjälp av en kalibrerad Mikroskop eller inbyggda kamerasystemet av skrivaren.
    3. Säkerställa att därefter används utskriftsupplösningen är lämplig för den observerade bläck vätning att fabricera en homogen och sluten yta (t.ex., välja en utskrift upplösning på 900-1000 dpi för en droppe storlek 40-50 µm).
  7. Utföra en FIB analys (Tabell för material), enligt tillverkarens instruktioner, att säkerställa en tillräcklig bulk homogenitet för ledande substrat.

5. härdning Parameter justeringar för det första lagret

  1. Skriva ut flera strukturer, med ett lager av det bläck som används för den första enheten lagret, på en dummy substrat (dvs, ett prov av samma material som senare kan tas om hand och används för provande avsikterna bara).
  2. Använda termisk härdning i ugn vid 130 ° C i minst 30 min vid omgivningstryck för tryckta ledande silver mönster på ett keramiskt substrat.
    Obs: Beroende på storleken på urvalet, använda en pod för att hålla provet inuti ugnen.
  3. Använd fotoniska härdning för isolerande bläcket på metall substratet.
    1. Öppna facket fotoniska bota utrustning som innehåller tabellen substrat.
    2. Flytta provet till tabellen substrat av fotoniska bota utrustningen och fixa det med detta (hjälp, till exempel tillhandahålls magnetiska fixturer).
    3. Justera höjden på utrustningens substrat tabell, använder tabellen spindeln för att flytta provet till fokus planet bota utrustning.
    4. Stäng facket och justera bota profilen som rekommenderas av leverantören för det tryckta materialet i utrustningens programvarugränssnitt och tryck på startknappen.
  4. Kontrollera ytan kvalitativt med Mikroskop och kvantitativt med hjälp av en profilometer homogenitet.
    1. Lägga provet på tabellen substrat (scenen) av profilometer.
    2. Om inte homing, hem scenen med respektive knapp i programvaran.
    3. Välja respektive upplösning och området som ska mappas.
    4. Placera mätning huvudet på startpositionen och starta mätningen.
    5. När mätningen är klar, kontrollera resultatet för konsekvens och spara data.
  5. Upprepa fotoniska eller termisk härdning förfaranden använda antog bota parametrar vid behov.
    1. Öka den används fotoniska energin i små steg av, exempelvis 5 V i programvarugränssnitt av fotoniska bota utrustningen om uppnådda motståndet är för hög. Minska energin som används om provet visar tecken på bränning.
  6. Justera parametrarna utrustning för att bota det första funktionella enhet lagret så att en konduktivitet som är tillräcklig för ansökan till hands nås, men ännu ingen förbränning av tryckta strukturen uppstår.

6. bläckstråleutskrifter och härdning av lagrets första enhet

  1. Fixa underlaget på tabellen substrat med tejp och markera dess position på lämpligt sätt.
  2. Som det första lagret är ledande, för keramik och akrylat typ substratet, använda substrat tabell uppvärmning av 60 ° C.
    Obs: Temperaturen får inte överstiga en temperatur som kan påverka respektive substratet (t.ex., akrylat tolererar endast upp till 65 ° C). Denna justering kan göras i skrivarinställningarna.
  3. Justera munstycket och utskriftsparametrar i inställningarna för programvarugränssnitt.
    1. Flytta skrivhuvudet till dropview position och observera den bestyckningen av bläck.
    2. Välja ett munstycke som matar väl avgränsad och homogen droppar bläck för utskrift.
    3. Ange antalet valda munstycket i skrivarens inställningar.
  4. Justera används upplösningen av skrivhuvudet att deponera en homogen lager av bläck enligt tidigare fastställd substrat egenskaper: låg-Vätbarheten substrat, exempelvis en stora kontaktvinkel och liten droppe storlek öka för utskrift upplösning. Sänk upplösningen för hög-Vätbarheten substrat.

    Obs: Justering av utskrift parametrarna kan göras i skrivarinställningarna.
  5. Välj lämplig referenspunkt att skriva ut mönstret och lagra dess koordinater.
  6. Läsa in respektive scalable vector graphic (.svg) filen och välj en lämplig upplösning och storlek, beroende på önskat mönster och dimensioner på substratet i skrivarprogrammet.
  7. Utföra utskrift. Upprepa utskriften av ett skikt av bläck tills Skriv ut homogenitet är tillfredsställande.
  8. Kontroll homogenitet tryckta lagret med hjälp av en kalibrerad Mikroskop eller inbyggda kamerasystemet av skrivaren.
    1. Flytta kameran skrivarens utskriftspositionen och observera kvaliteten på utskriften i skrivarens programvarugränssnitt.
  9. Bota det första lagret med hjälp av parametrar som fastställs i avsnitt 5 i detta protokoll.
    1. För silver bläck på en polymer substrat (akrylat, folie), använda en 1 ms puls vid 250 V med en reducerad mängd energi (525 mJ/cm2).
    2. För silver bläck på ett keramiskt substrat, använda värme härdning i ugn som rekommenderas med bläck (t.ex., 130 ° C i 30 min).
    3. Bota det tryckta dielektriska bläcket på 200 V med 1 ms pulser och upprepa pulserna 8 x på frekvensen 1 Hz.
      Obs: Spektra av utsända ljuset används fotoniska bota är ganska bred (ultra-violett – nära infrarött [UV-NIR]). Fortfarande, mängden UV-ljus är tillräcklig för att inleda fotopolymerisation och bota det isolerande lagret.

7. inspektion av ytegenskaper av de respektive substratesna för tryckbarhet och justering av skrivaren parametrar för efterföljande lager

Obs: Vänligen se användarhandböcker av mätutrustningen att utföra profilometer mätningarna och mikroskopi inspektioner.

  1. Utföra profilometer mätningarna för att bestämma den råhet och tjocklek av lagrets tryckta.
    1. Lägga provet på tabellen substrat av profilometer.
    2. Om inte homing, hem scenen med respektive knapp i programvaran.
    3. Välja respektive upplösning och område som behöver mappas.
    4. Placera mätning huvudet på startpositionen och starta mätningen.
    5. När mätningen är klar, kontrollera resultatet för konsekvens och spara data.
  2. Utföra kontaktvinkel mätningar för att bestämma Vätbarheten egenskaper.
    Obs: Se användarmanualen för mätutrustningen till hands om hur man korrekt utföra kontaktvinkel mätningar.
  3. Utföra droppe storlek tester för att fastställa storleken på en tryckt droppe på respektive substraten.
    1. Skriva ut en droppe mönster med hjälp av en känd skrivarkonfiguration.
    2. Bestämma den uppnådda droppe storlek med hjälp av en kalibrerad Mikroskop eller skrivarens inbyggda kontrollsystem.
  4. Justera används upplösningen av skrivhuvudet att uppnå en homogen lager av bläck: för låg-Vätbarheten substrat, exempelvis en stora kontaktvinkel och liten droppe storlek öka utskriftsupplösningen. Sänk upplösningen för hög-Vätbarheten substrat.
  5. Styra elektriska egenskaper av det första lagret: för ett ledande första skikt, använda sonden fyra-peka för att avgöra den uppnådda ledningsförmågan.
    1. Lägg provet på tabellen substrat.
    2. Lägre mätning huvudet på ledande banan, att se till att sonden har bra kontakt med tryckta strukturen, analyseras.
  6. Kontrollera ytan täcker likartad dirigenten nedan för ett isolerande första skikt. Använda Mikroskop för att bekräfta. Kontrollera isolerande egenskaperna med hjälp av en multimeter.

8. härdning Parameter justeringar för efterföljande lager

  1. Skriva ut flera strukturer, med ett lager av det bläck som används för nästa enhet lager, på en dummy substrat med en motsvarande föregående lager.
  2. Använd endast fotoniska bota för alla underlag.
  3. Efter härdning, kontrollera de elektriska och strukturella egenskaperna av lagrets tryckt: för att avgöra om konduktiviteten är tillräcklig, använda en fyrgradig sonden mätning.
  4. Kontrollera ytan kvalitativt med Mikroskop och kvantitativt med hjälp av profilometer homogenitet.
  5. Upprepa fotoniska bota förfaranden om.
  6. Justera parametrarna utrustning för härdning av lagrets efterföljande funktionell enhet.

9. bläckstråleutskrifter och härdning av efterföljande enhet lager

  1. Fixa underlaget på substrat bordet på lämpligt sätt vid den tidigare markerade punkten.
  2. Justera munstycket och utskrift parametrar som bestäms från föregående steg.
  3. Välj lämplig referenspunkt att skriva ut mönstret och se till att de tryckta mönsterna är väl anpassade till varandra för att säkerställa att enheten fungerar korrekt efteråt.
  4. Läsa in respektive .svg filen med rätt upplösning och storlek.
  5. Utföra utskrift. Upprepa utskriften av ett skikt av bläck tills Skriv ut homogenitet är tillfredsställande.
  6. Styra homogenitet av lagrets tryckt under ett mikroskop (här inbyggda kamerasystemet av skrivaren används).
  7. Använd fotoniska härdning endast för härdning av detta skikt. Använda de parametrar som fastställts i förväg för ett isolerande skikt eller ett ledande skikt på isolatorn.
  8. Efter härdning, kontrollera de elektriska och strukturella egenskaperna av lagrets tryckt: för att avgöra om ledningsförmåga spänna av det ledande skiktet är acceptabelt, använda en multimeter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Från de SEM-bilder som visas i figur 1, kan slutsatser om tryckbarhet på de respektiva substratesna dras. Skala barerna är annorlunda på grund av det olika spänner av ytjämnheten. I figur 1avisas ytan av koppar substratet, vilket är överlägset de jämnaste. Figur 1 c, däremot, visar stål, ett substrat som inte är användbara för bläckstråleskrivare på grund av den höga porositeten och instabila kontaktvinkel (se även tabell 2). En SEM-bild av brons substratet visas i figur 1b, och i figur 1 d, Titan prov ytan illustreras.

I figur 2 och figur 3ges resultaten av profilometer mätningarna. Dessa utvärderingar är nödvändiga för att bestämma ytjämnheten av de respektive substratesna. De metall substratesna med en råhet långt över ~ 1 µm (aluminium, Titan och stål) är inte användbara för bläckstråleskrivare, eftersom bläcket tenderar att absorberas på grund av den höga porositeten och, därför, hämmar tillverkningen av homogena skikt och reproducerbara strukturer. Aluminiumoxid-baserade keramiska substrat har en jämförbar ojämnheter, men på grund av olika tillverkningsprocessen, uppvisar sådana höga yta porositeter och kan således användas.

Släppa storlek tester, såsom kvalitativt illustreras i figur 4 och samlat kvantitativt i tabell 3, ge möjlig droppe storlek och därmed också Vätbarheten egenskaperna för kombinationen av respektive substrat och bläck. Substrat där inga distinkta droppar är bildade antingen har för lite Vätbarheten (detta är sant för de AM metallerna med en låg ytråhet) eller om de är alltför porös (detta är sant för de AM metallerna med en hög ytjämnhet [e.g., figur 4 d]). I figur 4aillustreras skrivresultatet på brons. Figur 4b visar koppar, figur 4 c visar keramik, och figur 4 d illustrerar stål provet resultatet.

I figur 5ges mikroskopiska bilder av resultaten efter härdning av ett ledande skikt av 1 mm bredd på isolerande bläck. Baserat på dessa bilder, kan integriteten av utskrifter bedömas. För ledande bläcket på koppar (Figur 5b), kan bästa resultat uppnås. den ledande spåren på aluminium (figur 5a) är helt förstörd; ledande spåren tryckt på de keramiska substratesna (figur 5 c, d) är intakta, men Visa delaminering. Delaminering beror på svag värme absorption och höga speglar substratesna. Bota-dosen på dessa substrat ger ledande spår som har förbättrat elektriska och strukturella egenskaper.

För att bestämma höjd profiler och ytan kvaliteten på de tryckta skiktade strukturerna, höjd profiler, som är resultatet av profilometer mätningarna, samlas, som anges i figur 6 och figur 7, använder profilometer. Från dessa höjd profiler, kan ledande spåren (jämnhet blå kurvor) ytan homogenitet bestämmas. Ytor som förlorat sin strukturella integritet (aluminium, Titan) kan dessutom identifieras genom de stora lutningarna i deras höjd profiler.

FIB analyserna med koppar (figur 8a), brons (figur 8b), titanium (figur 8 c) och mässing (figur 8 d) visas att illustrera en tillräckligt bulk homogenitet AM metall substrat. Skala barerna är olika här för att optimalt fånga multilayer utskrifter (brister i homogenitet, ledande spår, etc.) strukturella egenskaper. Detta säkerställer tillräcklig elektrisk ledningsförmåga av substratesna så att dessa kan användas för avskärmning i magnetiska och kapacitiv avkänning tillämpningar. Resultat för uppnådda ark motstånd med hjälp av en fyrgradig sond är samlade i tabell 4. Dessutom är en kvalitativ bedömning av de tryckta lagrarna möjligt. Granulat strukturer bildas av härdade nanopartiklar och lagret nedan är det isolerande bläcket. I, exempelvis figur 8b, ser vi nonhomogeneities (hål, air inneslutningar) i tryckt lager. Dessa resulterar från utgasning under härdningen. Utgasning kan uppstå när bota dosen för konduktiv bläck på isolerande bläck är för hög. Denna effekt påverkar negativt integriteten av tryckta konstruktioner, och överdriven outgassing leder till förstörelse.

I figur 9visas mätresultat. Dessa resultat samlas in med hjälp av en demonstrator som sysselsätter en kapacitiv avkänning princip. Jämnhet i kurvorna illustrerar den uppnåeliga högkvalitativt trots de strukturella brister som kan resultera från tryckprocesser.

Figure 1
Figur 1: SEM-bilder av metallunderlag. Dessa bilder visar (en) koppar, (b) brons, (c) stål och (d) Titan. De är tagna vid olika förstoringar som illustreras av skalstapeln i det nedre högra hörnet av varje bild. Baserat på dessa bilder, kan surface homogenitet bedömas. Denna siffra har ändrats från Faller et al. 41. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: Profilometer mätningarna av metalliska och keramiska AM substrat. Den strävhet värden Ren och Rq i nanometer bestäms enligt ISO 4287. För silver, värdena är 689.39 nm och 788.06 nm respektive; för aluminium, de är 2151.19 nm och 2750.38 nm respektive; de är aluminiumoxid-baserade (Al2O3) substrat, 1210.47 nm och 1737.6 nm respektive; zirconia-baserade (ZrO2) substrat, de är 559.97 nm och 681.56 nm. Vågighet är mer brett placerade ytstruktur av substratet. Vågighet är återstående textur i-homogenitet med komponenten ojämnheter bort. Denna siffra har ändrats från Faller et al. 41. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: Profilometer mätningarna av metallunderlag. De Ren Rq -värden för de respektiva substratesna var och för mässing, 414.2 nm och 494.49 nm respektive; för Titan, 1099.86 nm och 1448.06 nm respektive; för koppar, 307.63 nm och 358.92 nm respektive; för stål, 1966.95 nm och 2238.78 nm, respektive. Denna siffra har ändrats från Faller et al. 41. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: släpp storlek tester för metalliska och keramiska substrat. Dessa bilder visar (en) brons, (b) koppar, (c), ZrO2, och (d) stål. Distinkta droppar mätt här markeras (om möjligt) med pilar i respektive bild. De beslutsamma droppe storlekarna är samlade i tabell 3. Denna siffra har ändrats från Faller et al. 41. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5: mikroskopiska bilder av konduktiv bläck tryckt på isolator och en AM metallsubstrat efter fotoniska härdning. Substratesna är (en) aluminium, (b) koppar, (c), Al2O3och (d), ZrO2. Bredden på den ledande strukturen i varje bild är w = 1 mm. Integriteten hos den ledande strukturen på aluminium är helt förstörd, medan strukturerna på koppar och Al2O3 förbli intakt. Denna siffra har ändrats från Faller et al. 41. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: höjd profiler för ledande spåren på isolator för metall substrat, fastställs med hjälp av profilometer. Denna siffra har ändrats från Faller et al. 41. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7: höjd profiler för ledande spåren på metall och keramiska substrat, fastställs med hjälp av profilometer. Denna siffra har ändrats från Faller et al. 41. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8: FIB bilder av konduktiv bläck på de isolator och metalliska substratesna. Dessa bilder visar (en) koppar, (b) brons, (c) Titan och (d) mässing. Denna siffra har ändrats från Faller et al. 41. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 9
Figur 9: tomt på mätningen resulterar från en demonstrator-enhet som tillverkas efter den föreslagna metodiken. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

minsta Detaljer /
mm		 minsta noggrannhet /
% featuresize		 processen
Silver 0,25 5,00 vax 3D-printing & lost vax gjutning
Titanium 0,1 0,2 direkt metall lasersintring
Stål 0,35 2 till 3 kemisk bindning & sintring @ 1300 ° C
Brons 0,35 5,00 vax 3D-printing & lost vax gjutning
Mässing 0,35 5,00 vax 3D-printing & lost vax gjutning
Aluminium 0,25 0,2 direkt metall lasersintring
Koppar 0,35 5,00 vax 3D-printing & lost vax gjutning
Al2O3 0,025-0,1 0,04 LCM-teknik
ZrO2 0,025-0,1 0,04 LCM-teknik

Tabell 1: 3D-printing processerna begränsningar och toleranser. Den här tabellen har ändrats från Faller et al. 41.

Titanium stål brons mässing koppar
enc / ° 85,9 71.15 100,3 100.03 88.54
Σen 7.27 17,64 3.17 2,25 6,84

Tabell 2: samlade kontakt vinklar en c och deras standardavvikelsen σ en i grader. Den här tabellen har ändrats från Faller et al. 41.

Titanium brons mässing koppar Al2O3 ZrO2
dropsize / µm 23,97 31,3 36.04 29.03 69 69,3

Tabell 3: samlade droppe diametrar d d i mikrometrar. Den här tabellen har ändrats från Faller et al. 41.

r□ i mΩ/□ Kommentarer
Titanium 3000
Stål 600
Brons 2000
Mässing 300
Aluminium 30000
Koppar 180
Al2O3 150.00 annan energi som används för fotoniska härdning: 527 mJ/cm²
ZrO2 20.00 ledande spår avlägsnades

Tabell 4: Samlade blad motstånd r□ i mΩ/□. Sheet motstånd betecknas med ett torg (□) index vilket innebär ohm per square. Denna term hänvisar vanligen till 2D-strukturer och således innebär också att det nuvarande flödet är längs med bladet plan. Sheet motståndet kan multipliceras filmtjockleken ge det bulk resistivitet. Den här tabellen har ändrats från Faller et al. 41.

Video
Video 1: LCM processen. Denna process används för att tillverka de keramiska substratesna (tagningar artighet av Lithoz). Vänligen klicka här för att se denna video. (Högerklicka för att ladda ner.)

Kompletterande Figur1: exempel på en multilayer spolen design. Vänligen klicka här för att ladda ner denna siffra.

Kompletterande bild 2: Exempel för datorstödd konstruktion (CAD) teckningar, används för 3D-utskrift av multilayer spole strukturer.   Vänligen klicka här för att ladda ner denna siffra.

Kompletterande bild 3: Exempel på datorstödd konstruktion (CAD) teckningar, används för 3D-utskrift av multi elektrod kapacitiva sensorer.   Vänligen klicka här för att ladda ner denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Ett sätt att tillverka multilayer sensor strukturer på 3D-tryckt substrat och folie demonstreras. AM metall, samt keramik och akrylat typ och folie substrat visat sig lämplig för multilayer inkjet printing, som vidhäftning mellan underlaget och de olika lagrarna är tillräcklig, liksom respektive ledningsförmåga eller isolering kapacitet. Detta kan visas genom utskrift lager av ledande strukturer på isolerande material. Dessutom utfördes framgångsrikt tryckning och bota processer för alla skikt utan att försämra varandra.

Fabrication strategierna presenteras i detta arbete är mycket känsliga för samspelet mellan de olika material och ytegenskaper. Reproducerbarheten av utförda steg är följaktligen beroende av respektive tillverkningsprocessen. För beredningen av de AM-material som används måste det anses att ytan och bulk egenskaper kan variera kraftigt beroende på metoden fabrication (figur 1 och tabell 2). För bläckstråleskrivare har de föreslagna parametrarna justeras noggrant använda utskriftssystemet samt till de respektiva bläck42,43,44. Jettability av olika Ag nanopartiklar bläck kan variera avsevärt, beroende på utformningen. Detta innebär att bläckets lösningsmedel och vissa tillsatser avgöra dess specifika viskositet och ytspänning kokpunkt.

En annan punkt att överväga lagras gytter av fast innehåll när bläcket åldrar eller är inte korrekt, vilket kan snedvrida den bestyckningen kvaliteten. Förutom att den specifika utformningen av skrivhuvudet själv är också avgörande, särskilt dimensionerna av munstycket öppningen. Den bestämmer de faktiska jetting parametrarna, såsom jetting spänningen, vågform, dia, samt och den resulterande droppe storleken (figur 4 och tabell 3). Under tryckprocessen själv, kan en uppvärmd substrat tabell också öka temperaturen på skrivhuvudet på grund av den rumsliga närheten, vilket resulterar i en förändring och eventuella försämring av utskriftsfunktionen. Därför är det viktigt att övervaka skrivhuvudet temperaturen under bearbetning.

En annan faktor som kan påverka beteendet sprutas under utskrift är bläck trycket som det kan behöva minskas som de bläck nivå sänker under bearbetning. Tillverkning av de interconnects på ett ledande substrat är inte trivialt, som det expedierade isolerande lagret måste ha en tillräcklig tjocklek för att undvika kortslutning, men fortfarande behöver lämna tillräckligt utrymme att bilda de interconnects med konduktiv lödtenn klistra in.

Vidhäftning mellan de tre materialen har dessutom vara acceptabelt att bilda stabila vias. Under härdningsprocessen måste temperatur toleransen för det isolerande lagret övervägas liksom. Låg temperatur härdning lodpasta har därför använts för respektive interconnects. Efter utskrift funktionella lager, behöver de bli botade för att ge önskad ark motståndet (tabell 4). Termiska sintring är en lämplig och effektiv metod för silver mönster om substratet eller underliggande lager har en tillräckligt hög temperatur tolerans45. Detta är inte fallet för de isolerande lagrarna, varför fotoniska härdning är anställd (figur 5). Under fotoniska härdningsprocessen överförs en stor mängd energi till provet. Därför är det viktigt att se till att de tryckta mönsterna har tillräckligt torkat innan härdning som, annars de återstående lösningsmedel kan nå sin kokpunkt och kan förstöra de tryckta lagrarna på grund av flytande expansion och bildandet av bubblor (figur 8).

Det är vidare nödvändigt att skapa lager med homogen tjocklek (figur 6 och figur 7) tillräcklig torkning. Homogen tjocklek är nödvändigt för applikationer där nanometer mätningar utifrån, exempelvis en kapacitiv princip är anställd (figur 9). Här, kan ett jämnt avstånd från avkännande elektroden väsentligt påverka den kvalité46.

Sammantaget kan konstateras att valet av optimal fotoniska bota parametrar för enheten lagren på en isolator är en avgörande faktor: om den introducerade energin är inte tillräckligt, konduktiv bläcket förblir Osintrade och ark motståndet är för hög för de enheter att vara elektriskt funktionell; genom att införa alltför mycket energi, överdriven värme kommer att produceras i filmen och, följaktligen, konduktiv spåret förstörs. Koppar underlaget gav det bästa resultatet i form av ark motstånd (se tabell 4) och också i uppnådda ytkvalitet och integritet av tryckt metall spår. Detta kan bero på dess ytjämnhet som det lägsta bland alla ansedda substrat. Den substrat reflektionsförmåga kunde identifieras som påverkar fotoniska bota resultatet avsevärt. Den respektiva substrat reflektionsförmåga måste anses i härdning för att uppnå en optimerad resultat med avseende på tillämpad fotoniska bota spektrum och profil. Detta måste anpassas för enskilda substrat och bläck kombinationer.

I detta arbete visades AM substrat och folie för bläckstråleutskrifter lämplighet. Dessutom bestämdes materialets egenskaper tillsammans med faktorerna som är avgörande för processen. En strategi för att fabricera fungerande sensor prototyper på folien och AM metall och polymer substrat presenterades. Slutligen visades uppnåbara mätning kvaliteten baserat på mätningar som görs med en demonstrator system. Detta synsätt utgör ett viktigt bidrag till den framtida elektriska funktionalisering av ytor, höljen och andra strukturer som hittills har haft en uteslutande mekaniska syfte i utformningen av ett flertal enheter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete har stötts av komet K1 ASSIC österrikiska Smart System Integration Research Center. KOMET-kompetens centra för utmärkt teknik-Program stöds av BMVIT, BMWFW och federala provinserna Kärnten och Steiermark.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
PiXDRO LP 50 Meyer Burger AG Inkjet-Printer with dual-head assembly.
SM-128 Spectra S-class Fujifilm Dimatix Printheads with nozzle diameter of 50 µm, 50 pL calibrated dropsize and 800 dpi maximum resolution.
DMC-11610/DMC-11601 Fujifilm Dimatix Disposable printheads with nozzle diameter 21.5 µm, 1 or 10 pL calibrated dropsize
Sycris I50DM-119 PV Nanocell Conductive silver nanoparticle ink with 50 wt.% silver loading, with an average particle size of 120 nm, in triethylene glycol monomethyl ether.
Solsys EMD6200 SunChemical Insulating, low-k dielectric ink which is a mixture of acrylate-type monomers. Viscosity is 7-9 cps.
Dycotec DM-IN-7002-I Dycotec UV curable insulator, Surface Tension: 37.4 mN/m
Dycotec DM-IN-7003C-I Dycotec UV curable insulator, Surface Tension: 29.7 mN/m
Dycotec DM-IN-7003-I Dycotec UV curable insulator, Surface Tension: 31.4 mN/m
Dycotec DM-IN-7004-I Dycotec UV curable insulator, Surface Tension: 27.9 mN/m
Pulseforge 1200 Novacentrix Photonic curing/sintering equipment.
DektatkXT Bruker Stylus Profiler with stylus tip of 12.5 µm diameter and constant force of 4 mg.
C4S Cascade Microtech Four-point-probe measurement head.
2000 Keithley Multimeter to evaluate the measurements using the four-point-probe.
Helios NanoLab600i FEI Focused Ion Beam analysis station which provides high-energy gallium ion milling.
SeeSystem Advex Instruments Water contact angle measurement device.
Projet 3500 HDMax 3D Systems Professional high-resolution polymer 3D-printer. See also (accessed Sep. 2018): https://www.3dsystems.com/sites/default/files/projet_3500_plastic_0115_usen_web.pdf
Polytec PU 1000 Polytec PT Electrically conductive adhesive based on Polyurethane, available
Microdispenser Musashi Needle for microdispensing.
Micro-assembly station Finetech Equipment for assembly of, e.g., printed circuit boards (PCBs) and placing of chemicals (e.g. solder) and SMD parts.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. ASTM International. Standards Worldwide. , Available from: https://www.astm.org/ (2012).
  2. Morris, M., et al. Mars Ice House: Using the Physics of Phase Change in 3D Printing a Habitat with H2O. AIAA SPACE Forum. , Long Beach, CA. (2016).
  3. Jacobs, P. F. Rapid Prototyping & Manufacturing: Fundamentals of StereoLithography. Society of Manufacturing Engineers. , (1992).
  4. Kief, C. J., et al. Printing Multi-Functionality: Additive Manufacturing for CubeSats. AIAA SPACE Forum. , San Diego, CA. (2014).
  5. Sing, S. L., An, J., Yeong, W. Y., Wiria, F. E. Laser and Electron-Beam Powder-Bed Additive Manufacturing of Metallic Implants: A Review on Processes, Materials and Designs. Journal of Orthopedic Research. 34 (3), 369-385 (2016).
  6. Garcia-Corso, M., Gonzalez, J. M., Vermeulen, J., Rossmann, C., Kranz, J. Additive Manufacturing Hot Bonded Inserts in Sandwich Structures. European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Environmental Testing. , Toulouse, France. (2016).
  7. Murr, L. E., Johnson, W. L. 3D metal droplet printing development and advanced materials additive manufacturing. Journal of Materials Research and Technology. 6 (1), 77-89 (2017).
  8. Stavropoulos, P., Foteinopoulos, P. Modelling of additive manufacturing processes: a review and classification. Manufacturing Review. 5 (2), (2018).
  9. Le, D. D., Nguyen, T. N. N., Doan, D. C. T., Dang, T. M. D., Dang, M. C. Fabrication of interdigitated electrodes by inkjet printing technology for apllication in ammonia sensing. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 7 (2), 1-7 (2016).
  10. Hong, S., Lee, H., Yeo, J., Hwan Ko,, S, Digital selective laser methods for nanomaterials: From synthesis to processing. Nano Today. 11, 547-564 (2016).
  11. Pan, H., et al. High-Troughput Near-Field Optical Nanoprocessing of Solution-Deposited Nanoparticles. Small. 6 (16), 1812-1821 (2010).
  12. Ko, H. S. Low temperature thermal engineering of nanoparticle ink for flexible electronics applications. Semiconductor Science and Technology. 31, (2016).
  13. Mattana, G., Briand, D. Recent Advances in Printed Sensors on Foil. Materials Today. 19 (2), 88-99 (2016).
  14. Sekine, T., et al. Fully Printed Wearable Vital Sensor for Human Pulse Rate Monitoring using Ferroelectric Polymer. Scientific Reports. 8, (2018).
  15. Molina-Lopez, F., Vásquez Quintero, A., Mattana, G., Briand, D., de Rooij, F. N. Large-Area Compatible Fabrication and Encaplsulation of Inkjet-Printed Humidity Sensors on Flexible Foils with Integrated Thermal Compensation. Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (2), (2013).
  16. Aliane, A., et al. Enhanced Printed Temperature Sensors on Flexible Substrates. Microelectronics Journal. 45 (12), 1612-1620 (2014).
  17. Narakathu, B. B., et al. A novel fully printed and flexible capacitive pressure sensor. IEEE Sensors. , Taipei, Taiwan. (2012).
  18. Zirkl, M., et al. PyzoFlex: a printed piezoelectric pressure sensing foil for human machine interfaces. Proceedings Volume 8831, Organic Field-Effect Transistors XII; and Organic Semiconductors in Sensors and Bioelectronics VI. SPIE Organic Photonics + Electronics. , San Diego. 883124 (2013).
  19. Manunza, I., Sulis, A., Bonfiglio, A. Pressure Sensing by Flexible, Organic, Field Effect Transistors. Applied Phyics Letters. 89 (14), (2006).
  20. Jensen, G. C., Krause, C. E., Sotzing, G. A., Rusling, J. F. Inkjet-Printed Gold Nanoparticle Electrochemical Arrays on Plastic. Application to Immunodetection of a Cancer Biomarker Protein. Physical Chemistry Chemical Physics. 13 (11), 4888-4894 (2011).
  21. Lesch, A., et al. Large Scale Inkjet-Printing of Carbon Nanotubes Electrodes for Antioxidant Assays in Blood Bags. Journal of Electroanalytical Chemistry. 717, 61-68 (2014).
  22. Sarfraz, J., et al. A Printed H2S Sensor with Electro-Optical Response. Sensors and Actuators B: Chemical. 191, 821-827 (2014).
  23. Sarfraz, J., et al. Printed Copper Acetate Based H2S Sensor on Paper Substrate. Sensors and Actuators B: Chemical. 173, 868-873 (2012).
  24. Huang, L., et al. A Novel Paper-Based Flexible Ammonia Gas Sensor via Silver and SWNT-PABS Inkjet Printing. SWNT-PABS Inkjet Printing. Sensors and Actuators B: Chemical. 197, 308-313 (2014).
  25. Kamyshny, A., Steinke, J., Magdassi, S. Metal-based inkjet inks for printed electronics. Open Applied Physics Journal. 4, 19-36 (2011).
  26. Perelaer, J., de Gans, B. J., Schubert, U. S. Ink-jet Printing and Microwave Sintering of Conductive Silver Tracks. Advanced Materials. 18, 2101-2104 (2006).
  27. Hummelgard, M., Zhang, R., Nilsson, H. -E., Olin, H. Electrical sintering of silver nanoparticle ink studied by in situ TEM probing. PLoS One. 6, (2011).
  28. Kumpulainen, T., et al. Low temperature nanoparticle sintering with continuous wave and pulse lasers. Optics and Laser Technology. 43, 570-576 (2011).
  29. Schröder, K., McCool, S., Furlan, W. Broadcast Photonic Curing of Metallic Nanoparticle Films. Technical Proceedings of the 2006 NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show. 3, 198-201 (2006).
  30. Lopes, A. J., Lee, I. H., MacDonald, E., Quintana, R., Wicker, R. Laser Curing of Silver-Based Conductive Inks for In-Situ 3D Structural Electronics Fabrication in Stereolithography. Journal Materials Processing Technology. 214 (9), 1935-1945 (2014).
  31. Faller, L. -M., Mitterer, T., Leitzke, J. P., Zangl, H. Design and Evaluation of a Fast, High-Resolution Sensor Evaluation Platform Applied to MEMS Position Sensing. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 67 (5), 1014-1027 (2018).
  32. Faller, L. -M., Zangl, H. Feasibility Considerations on an Inkjet-Printed Capacitive Position Sensor for Electrostatically Actuated Resonant MEMS-Mirror Systems. Journal of Microelectromechanical Systems. 26 (3), 559-568 (2017).
  33. Faller, L. -M., Zangl, H. Robust design of an inkjet-printed capacitive sensor for position tracking of a MOEMS-mirror in a Michelson interferometer setup. Proceedings of SPIE 10246, Smart Sensors, Actuators, and MEMS VIII. , Barcelona, Spain. 1024611 (2017).
  34. Faller, L. -M., Zangl, H. Robust design of a 3D- and inkjet-printed capacitive force/pressure sensor. 2016 17th International Conference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems (EuroSimE). , IEEE. Montpellier, France. (2016).
  35. Mühlberger, M., et al. Digital Printing on 3D Printed Surfaces. , Available from: http://www.addmanu.at/fileadmin/shares/addmanu/docs/PROFACTOR_mmuehl_digital_printing_on_3D_printed_surfaces.pdf (2016).
  36. Wang, P. -C., et al. The inkjet printing of catalyst Pd ink for selective metallization apply to product antenna on PC/ABS substrate. 2013 8th International Microsystems, Packaging, Assembly and Circuits Technology Conference (IMPACT). , IEEE. Taipei, Taiwan. (2013).
  37. Quintero, A. V., et al. Printing and encapsulation of electrical conductors on polylactic acid (PLA) for sensing applications. 2014 IEEE 27th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). , IEEE. San Francisco, CA. (2014).
  38. Unnikrishnan, D., Kaddour, D., Tedjini, S., Bihar, E., Saadaoui, M. CPW-Fed Inkjet Printed UWB Antenna on ABS-PC for Integration in Molded Interconnect Devices Technology. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 14, 1125-1128 (2015).
  39. i.materialise. Lost Wax Printing & Casting. , https://i.materialise.com/en/3d-printing-technologies/lost-wax-printing-casting (2018).
  40. Lithoz. Lithoz' LCM-Technology. , http://www.lithoz.com/en/additive-manufacturing/lcm-technology (2018).
  41. Faller, L. -M., Krivec, M., Abram, A., Zangl, H. AM Metal Substrates for Inkjet-Printing of Smart Devices. Materials Characterization. , (2018).
  42. Hutchings, I. M., Martin, G. D. Introduction to Inkjet Printing for Manufacturing. Inkjet Technology for Digital Fabrication. Hutchings, I. M., Martin, G. D. , John Wiley & Sons Ltd. West Sussex, UK. 1-20 (2013).
  43. Baek, M. I., Hong, M. Equalization of Jetting Performance. Inkjet-Based Micromanufacturing. Korvink, J. G., Smith, P. J., Shin, D. -Y. , WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KG. Weinheim, Germany. 159-172 (2012).
  44. Zhang, T. Methods for Fabricating Printed Electronics with High Conductivity and High Resolution. , Electronic Thesis and Dissertation Repository. London, UK. (2014).
  45. Suganuma, K. Introduction to Printed Electronics. , Springer Science & Business Media. New York, NY. (2014).
  46. Baxter, L. K. Capacitive Sensors: Design and Applications. , John Wiley & Sons. (1997).

Tags

Fråga 143 additiv tillverkning metall 3Dprinting bläckstråle-utskrift multilayer utskrift fotoniska härdning FIB mätningar SEM mätningar ingenjörsvetenskap och ytan karakterisering profilometer mätningarna
Hybrid utskrift för tillverkning av smarta sensorer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Faller, L. M., Zikulnig, J., Krivec, … More

Faller, L. M., Zikulnig, J., Krivec, M., Roshanghias, A., Abram, A., Zangl, H. Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors. J. Vis. Exp. (143), e58677, doi:10.3791/58677 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter