Der Inkjet Druck ermöglicht eine berührungslose Beschichtung unterschiedlicher Materialen. Dabei werden exakte Materialmengen positionsgenau platziert, wodurch der produzierte Abfall auf ein Minimum reduziert wird. Durch den Einsatz von digitalen Prozessketten können hoch individualisierte Produkte hergestellt werden. Die Entwicklung von funktionellen Tinten ermöglich die Herstellung von Beschichtungen mit spezifischen Eigenschaften bzw. Funktionen, wie zum Beispiel: elektrische Leitfähigkeit, Lichtleiter und Organische Elektronik.
Bei der Fertigung von funktionellen Bauteilen ist häufig ein Inkjet Druck in mehreren Lagen notwendig. Die Abstimmung der jeweiligen Tinten auf das zu bedruckende Substrat und dessen Geometrie ist von höchster Wichtigkeit. Dies beinhaltet einerseits geeignete Verfahren zur Vorbehandlung des Substrates sowie entsprechende Aushärteverfahren der Tinten. Inkjet Druck wird derzeit vor allem meist bei flachen Substraten eingesetzt. Jedoch gewinnt die Herstellung von individualisierten Beschichtungen auf nicht flachen Substraten zunehmend an Bedeutung.
Eine besondere Form des additiven Inkjet Drucks ist das „Voxel Printing“ – Voxel steht für „volumetric pixel“ und bezeichnet einen Gitterpunkt in einem dreidimensionalen Gitter. Diese Form des 3D Drucks basiert im Wesentlichen auf der Verwendung von Inkjet Druckköpfen, mit denen vernetzbare, flüssige Photopolymere aufgebracht werden können. Die Tropfen werden beim Druckprozess direkt nach dem Absetzen ausgehärtet, das ermöglicht die Herstellung von dreidimensionalen Objekten. Durch die hohe Schichtauflösung (1 Tropfen entspricht einem Voxel) können komplexe Geometrien mit aufwändigen Details und feinen Oberflächen geschaffen werden. Der Einsatz von verschiedenen Tinten während eines Druckvorgangs ermöglicht die Herstellung von Objekten aus „digitalen Materialen“. Diese Eigenschaften können mit herkömmlichen Verfahren kaum hergestellt werden. Eine Erweiterung der Materialpalette ist jedoch sinnvoll, um die Eigenschaften der gedruckten Objekte maßgeblich zu verbessern und zusätzliche Funktionalitäten zu integrieren. So können zum Beispiel durch den Einsatz von Tinten mit metallischen Nanopartikel Leiterbahnen in Objekten gedruckt werden.
Bei der Entwicklung von Prozessen und Materialien widmet sich PROFACTOR diesen Herausforderungen:
- Vorbehandlung von Substraten und Tintenfixierung: Für die ideale Haftung der Tinten an Substraten ist häufig eine Vorbehandlung des Substrates (in Kombination mit der entsprechenden Tintenentwicklung) notwendig. Basierend auf dem Aushärtemechanismus der Tinte werden die entsprechenden Fixierungsmethoden gewählt, zum Beispiel: Aushärtung durch UV-Licht oder Lösungsmittelverdampfen durch IR Strahlung. Bei gewissen Tinten ist nach der Fixierung noch ein weiterer Behandlungsschritt notwendig um die Funktionalität voll ausschöpfen zu können, zum Beispiel: Sintern von elektrisch leitfähigen Tinten.
- Freiformflächen: Auch Freiformflächen müssen – zum Beispiel mittels robotischer Führung des Druckkopfes – verlässlich bedruckt werden können. Dabei ist vor allem auf die Nachführung des Druckkopfs entsprechend der Oberflächentopologie wichtig, da der Abstand des Druckkopfs zur Substratoberfläche für ein exaktes Druckbild entscheidend ist. Auch die Fixierung der Tinten auf Freiformflächen ist ein wichtiges Thema.
- Materialentwicklung: Die Tinten müssen für die Anforderungen von additiven Prozessen modifiziert werden. Die Haftung der Tinten an die Substratoberfläche kann durch Einstellen der chemischen Zusammensetzung der Tinten deutlich verbessert werden. Bei der Tintenentwicklung ist die Kompatibilität der Tinten mit den Druckköpfen – zum Beispiel hinsichtlich der chemischen Beständigkeit – ein wesentlicher Punkt.
Projekte
Publikationen
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J. Kastner, I. Gnatiuk, B. Unterauer, I. Bergmair, O. Lorret, G. Hesser, K. Hingerl, D. Holzinger, M. Mühlberger; Liquid Phase Exfoliation of graphite in alcohols, Graphene 2013
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