Aerosol Jet Printing: 3D-gedruckte Sensoren & Leiterbahnen auf Freiformflächen
Leitfaden zu Aerosol Jet Printing (AJP): Funktionsdruck von Nano-Silber- und Kupfertinten auf 3D-Metalloberflächen, Dehnungsmessstreifen und Embedded Sensors.
Das Aerosol-Jet-Verfahren (Aerojet / AJP) ist ein maskenloses, berührungsloses Druckverfahren für funktionale 3D-Elektronik. Nanopartikel-Tinten (Silber, Gold, Kupfer, Kohlenstoff) werden aerodynamisch zerstäubt und über einen fokussierten Schutzgas-Mantelstrom mit Strukturauflösungen bis 10 µm direkt auf gekrümmte metallische oder keramische 3D-Oberflächen gedruckt. Dies ermöglicht smarte Bauteile mit integrierter Sensorik für Structural Health Monitoring (SHM).
- Berührungsloser Druck mit bis zu 5 mm Düsenabstand auf komplexe 3D-Freiformflächen.
- Auflösungen ab 10 Mikrometern Leiterbahnbreite für hochdichte Schaltungen und Antennen.
- Ermöglicht integrierte Dehnungsmessstreifen (DMS) und Temperatursensoren direkt in AM-Bauteilen.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Kriterium | Aerosol Jet Printing (AJP) | Inkjet-Druck | Siebdruck |
|---|---|---|---|
| 3D-Freiform-Fähigkeit | Hervorragend (5-Achs-kinematisch) | Eingeschränkt (flach / 2.5D) | Nur planar (2D) |
| Düsenabstand zum Bauteil | 1 bis 5 mm (großes Prozessfenster) | < 1 mm (Kollisionsgefahr) | Berührend (Kontakt) |
| Linienbreite | 10 bis 100 µm | 40 bis 150 µm | > 100 µm |
| Partikelgrößen | Bis zu 500 nm Nanopartikel | < 50 nm (Verstopfungsgefahr) | Mikrometerbereich |
Aerodynamische Strahlfokussierung ohne Verstopfungsrisiko
Im Zerstäuber wird die Flüssigtinte per Ultraschall oder Pneumatik in Tröpfchen von 1 bis 5 Mikrometern zerlegt. Der Aerosolstrom wird in die Düse geleitet, wo ihn ein ringförmiger Stickstoff-Mantelgasstrom umhüllt. Der Mantelstrom fokussiert das Aerosol auf einen winzigen Punktstrahl, ohne dass die Tinte die Düsenwand berührt – Düsenverstopfungen (Nozzle Clogging) sind physikalisch ausgeschlossen.
Smarte Bauteile: Sensordruck auf Turbinenschaufeln
Auf einer additiv gefertigten Turbinenschaufel oder einem Strukturknoten wird zunächst eine dielektrische Isolationsschicht (z.B. Keramik oder Polyimid) gedruckt. Direkt darauf trägt das Aerosol-Jet-System feine Mäanderbahnen aus Platin oder Silber auf, die als Dehnungs- oder Temperatursensoren fungieren. Das Bauteil überwacht seine eigene mechanische Spannung im Betrieb in Echtzeit.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Wie werden die gedruckten Tinten elektrisch leitfähig?
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