Das Gemeinschaftsforschungsprojekt „PrESens“ untersucht die Herstellbarkeit und Integration resistiver Sensoren (Dehnung, Temperatur) in industrielle Baugruppen. Im Projekt „PrESens“ werden, zusammen mit mehreren Partnern aus Industrie und Universität, Grenzen digitaler Drucktechnologien für polymere sowie beschichtete metallische Grundkörper in Verbindung mit konvektiven sowie photonischen Sinterverfahren zur Realisierung integrierter resistiver Sensoren erforscht. Durch neue Prozesse im Bereich Multi-Achs-Digitaldruck und Sintertechnologien soll zukünftig eine kostengünstige und individuelle Fertigung gedruckter resistiver Sensoren direkt am Messort ermöglicht werden. Das Projekt der Forschungsvereinigung "Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e. V". wird über die AiF im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Zur Messung von Dehnung bzw. zur Spannungsanalyse werden üblicherweise resistive Sensoren in Form von Dehnungsmessstreifen eingesetzt. Diese bestehen aus mehreren Lagen - Trägerschicht, metallische Phase sowie eine Deckschicht. Als Trägermaterial wird meist eine dünne Polyimid (PI)-Folie verwendet. Darauf befindet sich der sensierende metallische Bereich (Messgitter) in Form von Mäanderstrukturen. Heute werden DMS über Lithografie- sowie Ätzprozesse in mehreren Schritten hergestellt und müssen manuell von erfahrenen Fachkräften auf das Messobjekt aufgeklebt sowie mit Messsystemen verbunden werden. Durch das Aufbringen sensierender Strukturen über 3D-fähige Druckprozesse direkt am Messort würden die Klebeschicht sowie die anschließenden Montageschritte entfallen. Dies würde die Gesamtzahl an Produktionsschritten und Materialmenge reduzieren und die Genauigkeit gegebenenfalls verbessern. Dadurch könnten sensierende Strukturen direkt am Werkstück bereits im Produktionsprozess integriert werden.

Im Rahmen des Forschungsprojekts „PrESens“ sollen zunächst die Druckbarkeit unterschiedlicher Materialkombinationen auf polymeren sowie isolierten metallischen 2D-Substratoberflächen systematisch untersucht, umfassend bewertet und daraus die Grenzen entsprechender Drucktechnologien abgeleitet werden. Im Anschluss werden zielführende Kombinationen aus Material und Drucktechnologie ausgewählt und Sensoren für Dehnung sowie Temperatur in Form von Demonstratoren beispielhaft hergestellt und bewertet.  

Neben der Bewertung unterschiedlicher Druckprozesse sollen die dafür erforderlichen Materialsysteme (insb. auf Basis von Cu, Ag, Kohlenstoff, leitfähigen Polymeren) erforscht werden, Erkenntnisse bzgl. Materialwechselwirkungen gewonnen werden und die Zuverlässigkeit gedruckter resistiver Sensoren evaluiert werden. Am Ende des Projekts soll für den Anwender ein Leitfaden zur Verfahrensauswahl in Abhängigkeit von den erzielbaren Eigenschaften (DMS- bzw. Temperatursensor-Layout, Zielwiderstand, TCR, k-Faktor) erstellt werden.  

Projektleiter: Prof. Dr. Marcus Reichenberger

Bearbeiter: Jewgeni Roudenko, M. Sc.

Beteiligte Partner: Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik, Friedrich Alexander Universität Erlangen-Nürnberg

Assozierte Partner: 2E mechatronic; AHMT; ATN Automatisierungstechnik Niemeier; Bosch Rexroth; Horeich; Neotech AMT; peptech; Schaeffler; Seho; Sensodrive; Sentinum; Vierling Production; Vitesco Technologies; WIKA

Gefördert durch: Industrielle Gemeinschaftsforschung IGF-Vorhaben 09739

Zeitraum: 01. Oktober 2020 – 30. September 2022