Fertigungsqualität Inkjet-gedruckter metallischer Messgitter
Seiten
2024
Apprimus Verlag
978-3-98555-230-6 (ISBN)
Apprimus Verlag
978-3-98555-230-6 (ISBN)
Die unzureichende Fertigungsqualität Inkjet-gedruckter metallischer Messgitter erschwert eine kommerzielle Nutzung, z.B. in Sensoren wie Dehnungsmesstreifen. Ohne Modifikation der eingesetzten Systemtechnik oder Werkstoffe stellt diese Arbeit mehrere Ansätze auf Basis digitaler Datenaufbereitung vor, um die elektrische Verstimmung der hergestellten Messgitter zu reduzieren. Für Sensoren mit bis zu drei unterschiedlichen Messgitter-Orientierungen wird eine Reduktion um eine Größenordnung gezeigt.
Additive Fertigungsverfahren haben sich im produzierenden Gewerbe innerhalb der letzten Jahre erfolgreich etabliert. Die Stärken liegen in der individuellen Produktion kleiner Stückzahlen bis Losgröße 1, erweiterten gestalterischen Möglichkeiten, sowie einer werkzeuglosen Fertigung auf Basis digitaler Daten. Entscheidend für den wirtschaftlichen Erfolg ist neben den Kosten auch immer die erzielbare Fertigungsqualität. Bei der Herstellung Inkjet-gedruckter metallischer Messgitter, wie diese z.B. in Dehnungsmessstreifen (DMS) zum Einsatz kommen, unterliegen die erzielbaren elektrischen Eigenschaften einer Streuung im zweistelligen Prozentbereich. Die Fertigungsqualität kann damit die gestellten Anforderungen nur unzureichend erfüllen. Die additive Herstellung mittels Inkjet von Messgittern mit unterschiedlichen Leiterorientierungen, wie sie in DMS-Rosetten und DMS-Vollbrücken angewendet werden, sind unzureichend oder gar nicht systematisch untersucht.
Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines angepassten Inkjet-Druck-Verfahrens, um unter Berücksichtigung der Messgitterorientierung die Fertigungsqualität von DMS-Messgittern zu steigern. Zur Zielerreichung und Entwicklung neuer Lösungsstrategien wird Wissen über Transportmechanismen in flüssigen Schichten, sowie der Einfluss der Druckrichtung auf die Schichtmorphologie von DMS-Messgittern genutzt. Diese Strategien sind ohne Modifikation der eingesetzten Systemtechnik oder Werkstoffe umsetzbar und basieren auf digitaler Datenaufbereitung der zu druckenden Bildinformationen. Die entwickelten Methoden beruhen auf 1) einem Mehrlagendruck zur Unterdrückung von Materialtransport in flüssigen Schichten, 2) Rotationsgittern für die verlustfreie Bildtransformation von Druckvorlagen und 3) hexagonalen Gittern zur Erweiterung der Freiheitsgrade bei der Auslegung von Messgittern durch eine Erhöhung der rotatorischen Symmetrieachsen.
Für DMS-Vollbrücken mit zwei Messgitter-Orientierungen wird eine Reduktion der Brückenverstimmung von 32,37 % auf 1,04 % gezeigt und Dickenschwankungen in getrockneten Schichten werden reduziert. Anhand von DMS-Rosetten wird erstmals der Inkjet-Druck unter Berücksichtigung von drei Messgitter-Orientierungen gezeigt und ein Benchmark aufgestellt. Dieser beträgt 9,37 % für Delta-Rosetten und 1,50 % für Rechtwinkel-Rosetten. Der datengestützte methodische Ansatz verspricht eine einfache Integration in bestehende und neue digitale Prozessketten mit kurzen Innovationszyklen.
Additive Fertigungsverfahren haben sich im produzierenden Gewerbe innerhalb der letzten Jahre erfolgreich etabliert. Die Stärken liegen in der individuellen Produktion kleiner Stückzahlen bis Losgröße 1, erweiterten gestalterischen Möglichkeiten, sowie einer werkzeuglosen Fertigung auf Basis digitaler Daten. Entscheidend für den wirtschaftlichen Erfolg ist neben den Kosten auch immer die erzielbare Fertigungsqualität. Bei der Herstellung Inkjet-gedruckter metallischer Messgitter, wie diese z.B. in Dehnungsmessstreifen (DMS) zum Einsatz kommen, unterliegen die erzielbaren elektrischen Eigenschaften einer Streuung im zweistelligen Prozentbereich. Die Fertigungsqualität kann damit die gestellten Anforderungen nur unzureichend erfüllen. Die additive Herstellung mittels Inkjet von Messgittern mit unterschiedlichen Leiterorientierungen, wie sie in DMS-Rosetten und DMS-Vollbrücken angewendet werden, sind unzureichend oder gar nicht systematisch untersucht.
Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines angepassten Inkjet-Druck-Verfahrens, um unter Berücksichtigung der Messgitterorientierung die Fertigungsqualität von DMS-Messgittern zu steigern. Zur Zielerreichung und Entwicklung neuer Lösungsstrategien wird Wissen über Transportmechanismen in flüssigen Schichten, sowie der Einfluss der Druckrichtung auf die Schichtmorphologie von DMS-Messgittern genutzt. Diese Strategien sind ohne Modifikation der eingesetzten Systemtechnik oder Werkstoffe umsetzbar und basieren auf digitaler Datenaufbereitung der zu druckenden Bildinformationen. Die entwickelten Methoden beruhen auf 1) einem Mehrlagendruck zur Unterdrückung von Materialtransport in flüssigen Schichten, 2) Rotationsgittern für die verlustfreie Bildtransformation von Druckvorlagen und 3) hexagonalen Gittern zur Erweiterung der Freiheitsgrade bei der Auslegung von Messgittern durch eine Erhöhung der rotatorischen Symmetrieachsen.
Für DMS-Vollbrücken mit zwei Messgitter-Orientierungen wird eine Reduktion der Brückenverstimmung von 32,37 % auf 1,04 % gezeigt und Dickenschwankungen in getrockneten Schichten werden reduziert. Anhand von DMS-Rosetten wird erstmals der Inkjet-Druck unter Berücksichtigung von drei Messgitter-Orientierungen gezeigt und ein Benchmark aufgestellt. Dieser beträgt 9,37 % für Delta-Rosetten und 1,50 % für Rechtwinkel-Rosetten. Der datengestützte methodische Ansatz verspricht eine einfache Integration in bestehende und neue digitale Prozessketten mit kurzen Innovationszyklen.
| Erscheint lt. Verlag | 7.10.2024 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Ergebnisse aus der Additiven Fertigung |
| Verlagsort | Aachen |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 392 g |
| Themenwelt | Technik ► Maschinenbau |
| Schlagworte | Additve Fertigung • gedruckte Elektronik • Laserstrukturieren |
| ISBN-10 | 3-98555-230-4 / 3985552304 |
| ISBN-13 | 978-3-98555-230-6 / 9783985552306 |
| Zustand | Neuware |
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