Inkjet-Druck funktionaler Materialien

Hochgradig individualisierte Funktionsintegration mit Tintenstrahldruck

Das Tintenstrahl-Drucken funktionaler Materialien ist ein ressourcenschonendes digitales Strukturierungsverfahren, mit dem sich eine Vielzahl verschiedener Materialien kontaktfrei und lokal applizieren lässt. In niedrigviskose Tinten überführte Metalle, Polymere und Keramiken lassen sich damit auf beliebige Oberflächen applizieren. Die Kombination verschiedener Materialien ermöglicht die Herstellung zahlreicher Strukturen wie z. B. elektrische Leiterbahnen und sensorische Oberflächen, aber auch komplexere Komponenten wie beispielsweise Aktoren, organische LEDs, organische Solarzellen und vieles mehr.

Der Tintenstrahldruckprozess findet zumeist an Normalatmosphäre und bei geringen Prozesstemperaturen statt. Dadurch wird das gesamte Verfahren sehr kostengünstig und eignet sich aufgrund des hohen Individualisierungspotenzials der einzelnen gedruckten Strukturen insbesondere für die Fertigung von Einzelkomponenten und ein Rapid Prototyping. Die Skalierung hin zu hohen Stückzahlen ist aufgrund des digitalen Charakters problemlos möglich.

Am Fraunhofer IOF wird die gesamte Prozesskette von der Vorbehandlung der Substrate, über die Entwicklung des Druckprozesses, bis hin zur gezielten Nachbehandlung der gedruckten Strukturen untersucht und entwickelt. Unsere langjährigen Erfahrungen führen dabei zu einer zielgerichteten Parameteroptimierung des gesamte Druckprozesses.

Unser Leistungsangebot

Wir realisieren für unsere Kunden maßgeschneiderte Lösungen mit der Entwicklung von Einzelprozessen und Prozessketten. Unser Leistungsspektrum umfasst dabei u. a. die Auswahl geeigneter Materialien und die Entwicklung von Tinten, die Entwicklung gezielter Substratvorbereitungsprozesse, die Entwicklung der Druckprozesse der verschiedenen Materialien und Tinten, sowie die gezielte Nachbehandlung gedruckter Strukturen. Zudem erfolgt auf Kundenwunsch eine umfangreiche optische, elektrische und mechanische Charakterisierung der gedruckten Strukturen.

Märkte und Anwendungen für den Tintenstrahldruck

 

Der Tintenstrahldruck funktionaler Materialien ist für viele Anwendungsfälle und insbesondere für die Herstellung von Kleinserien und individualisierten Produkten interessant. Am Fraunhofer IOF werden bereits Applikationen im Bereich der Medizintechnik, der Lebenswissenschaften, der Automobilindustrie, der Multimediatechnik und der Halbleiterindustrie entwickelt. Dabei ermöglicht der Tintenstrahldruck flexible Lösungen für die Herausforderungen unserer Kunden.

In zahlreichen Projekten wurden am Fraunhofer IOF Funktionen für den Einsatz in mikrofluidischen Chips und zur Entwicklung eines Lab-on-a-Chip zur patientennahen Diagnostik entwickelt und im praktischen Einsatz getestet. Zu den entwickelten vollständig gedruckten Funktionalitäten gehören unter anderem:

  • Transparente Heizstrukturen
  • Elektroden für die Elektrophorese
  • Fluoreszenzdetektoren (OLEDs, Photodioden) (Pressemitteilung zu Fluoreszenzchips)
  • Optisch wirksame Oberflächen (Spiegel, optische Filter)
  • Mikropumpen
  • Verschiedene sensorische Oberflächen
  • Digitale Mikrofluidik
Mit Inkjet gedruckte Funktionalitäten für flexible und kostengünstige »Lab-on-a-Chip«-Systeme.
© Fraunhofer IOF
Mit Inkjet gedruckte Funktionalitäten für flexible und kostengünstige »Lab-on-a-Chip«-Systeme.
Gedruckte Funktionalitäten auf einer flexiblen Polymerfolie zur Abdeckung von Mikrofluidik-Chips.
© Fraunhofer IOF
Gedruckte Funktionalitäten auf einer flexiblen Polymerfolie zur Abdeckung von Mikrofluidik-Chips.
Inkjet-gedruckte Frontseitenmetallisierung auf einer Solarzelle.
© Fraunhofer IOF
Inkjet-gedruckte Frontseitenmetallisierung auf einer Solarzelle.

Ihre Vorteile an der Zusammenarbeit mit uns

 

Wir entwickeln hochindividuelle 2D-Strukturen auf verschiedenen Materialien mit Hilfe der Inkjet-Drucktechnologie.

Die Kombination aus unserer Erfahrung und der Leidenschaft, mit der wir technologische Grenzen herausfordern, ermöglicht es uns, außergewöhnliche, maßgeschneiderte Multilayer- und Multimaterialfunktionalitäten auf unterschiedlichen Substraten zu entwickeln.

Unsere Palette an druckbaren Materialien und Anwendungen

  • Silber / Gold / Graphit
    • Widerstandsheizungen
    • Verdrahtung / Elektroden
    • Spiegel
    • Temperatursensoren (Thermoelemente, Widerstandsthermometer)
    • Digitale Mikrofluidik
  • PEDOT:PSS (Polymer: Ersetzt ITO)
    • Transparente Elektroden
    • Transparente Widerstandsheizer
  • PVDF-TrFE-(CTFE) (piezoelektrisch)
    • Aktuatoren (z. B. Pumpen)
    • Drucksensoren
  • Verschiedene Funktionspolymere
    • OLEDs
    • Photodioden
    • Lichtfilter
Integrierte Funtionalitäten (LEDs, Baffles, gedruckte Silberspiegel) in tintenstrahlgedruckte Formkörper aus Ormocomp®.
© Fraunhofer IOF
Integrierte Funtionalitäten (LEDs, Baffles, gedruckte Silberspiegel) in tintenstrahlgedruckte Formkörper aus Ormocomp®.

Die Vorteile unserer Druck-Technologie im Überblick

 

  • Kostengünstiger Materialauftrag
  • Digitale Drucktechnik
    • Materialeinsparung
    • Einfacher Designwechsel
    • Fähigkeit zum Rapid Prototyping
  • Maskenfreie, berührungslose Abscheidung
  • Abscheidung bei Normalatmosphäre
  • Verarbeitung bei Raumtemperatur
  • Kompatibel mit Glas-, Polymer- und Papiersubstraten

Technische Ausstattung im Bereich Tintenstrahldruck

  • Zur Reinigung und Aktivierung verschiedenster Substrate (Glas, Kunststoff, Metall, Keramik, Papier) stehen uns eine nasschemische Reinigungsstraße sowie Plasmaöfen zur Verfügung.
  • Für den Druck verwenden wir kommerzielle Tintenstrahldrucker im Desktop-Format.
  • Der Einsatz laminarer Flow Box Module ermöglicht nahezu partikelfreie Druckergebnisse.
  • Tinten, welche eine inerte Atmosphäre benötigen, verdrucken wir in einer Stickstoffatmosphäre unter Ausschluss von Sauerstoff und Wasser.
  • Die Verwendung verschiedener industrietauglicher Druckköpfe renommierter Hersteller ermöglicht uns den Einsatz verschiedenster Tinten in einem großen Viskositätsbereich.
  • Heizbare Substrattische führen zu einem optimierten Druckergebnis.
  • UV-Lampen mit unterschiedlichen Wellenlängen gestatten eine Aushärtung UV-vernetzender Materialien.
  • Für die Nachbehandlung verwenden wir Heiz- und Plasmaöfen sowie Vakuumkammern, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.
Modifizierte Druckeranlage zum Drucken funktionaler optischer Komponenten.
© Fraunhofer IOF
Modifizierte Druckeranlage zum Drucken funktionaler optischer Komponenten.

Unsere Forschungsstärke

 

Jahresberichtsbeiträge

Die Forschungsstärke unserer Expertinnen und Experten zeigt sich u. a. in den Beiträgen des Fraunhofer IOF Jahresberichts. In diesem werden jährlich ausgewählte Forschungsergebnisse aus dem vorherigen Jahr (Archiv Jahresberichte) veröffentlicht. Hier finden Sie die Beiträge zu den Entwicklungen rund um das Inkjet-Drucken aus den vergangenen Jahren:

 

Exzellente wissenschaftliche Publikationen

Eine Vielzahl wissenschaftlicher Ergebnisse wird von unseren Forscherinnen und Forschern in Fachzeitschriften publiziert. Eine Auflistung von Fachbeiträgen zum Druck funktionaler Materialien finden Sie nachfolgend:

Auswahl an wissenschaftlichen Publikationen

Tropfen auf dem Weg zu Analyse. Wir realisieren die Funktionalität eines biochemischen Labors auf der Größte einer Chipkarte.
© Fraunhofer IOF
Tropfen auf dem Weg zu Analyse. Wir realisieren die Funktionalität eines biochemischen Labors auf der Größte einer Chipkarte.

Alles wichtige auf einen Blick

 

Finden Sie die wichtigen Informationen zusammengefasst in unserem Datenblatt zum Thema Drucken funktionaler Materialien.

Es ist etwas unklar?

 

Stellen Sie uns Ihre Fragen.
Wir helfen gern weiter.

Bei Fragen zur Zusammenarbeit mit uns, finden Sie unter folgendem Link weitere Infos:

 

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Wir entwickeln maßgeschneiderte Lösungen für photonische Fragestellungen aus der Wirtschaft und Wissenschaft.

Weiterführende Informationen

3D-gedruckte optische Komponenten

Im Bereich des 3D-Drucks optischer Systeme entwickeln wir hochindividuelle Feature-Integrationen auf verschiedenen Materialien mittels Inkjet-Drucktechnologie.

3D-Inkjet-Druck von optischen Elementen

Opto-mechatronische Komponenten und Systeme

Erhalten Sie einen Überblick über das gesamte Leistungsangebot unserer wissenschaftlichen Fachabteilung »Opto-mechatronische Komponenten und Systeme« am Fraunhofer IOF.

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Additive Fertigung von Metalloptiken

Am Fraunhofer IOF werden Technologien zur Additiven Fertigung von metallischen Hochleistungs-Komponenten mittels selektivem Laserschmelzens entwickelt.

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