Druck- und Sintertechnik

FFF-Drucker

FFF-Drucker (Fused Filament Fabrication)
© Fraunhofer IWS Dresden
FFF-Drucker (Fused Filament Fabrication)
FFF-Drucker (Fused Filament Fabrication)
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FFF-Drucker (Fused Filament Fabrication)

Die Gruppe Drucken verfügt über unterschiedliche FFF- Drucker mit denen Polymerfilamente und Polymerkomposite verarbeite werden können. So können aus Polymeren und Polymerkompositen 3D-Strukturen erzeugt werden.

Aerosoldrucker Aerosoljet CE 300 System (Optomec)

Aerosoljet-Drucker zur Aufbringen filigraner Strukturen
© Fraunhofer IWS Dresden
Aerosoljet-Drucker zur Aufbringen filigraner Strukturen
Aerosoljet-Drucker zur Aufbringen filigraner Strukturen
© Fraunhofer IWS Dresden
Aerosoljet-Drucker zur Aufbringen filigraner Strukturen
Mittels Aerosoljet gedrucktes Heizelement auf Glas
© Fraunhofer IWS Dresden
Mittels Aerosoljet gedrucktes Heizelement auf Glas

Der Aerosoldrucker stellt ein neuartiges Druckverfahren zum Drucken von funktionalen Tinten dar und eignet sich besonders für das Drucken von feinen und hoch aufgelösten Strukturen wie Leiterbahnen, Kontaktpads, Elektroden oder funktionalen aktiven Elementen (wie z.B. Sensorelementen). Die minimale Auflösung beträgt ca. 10 µm. Beim Aerosoldruck können starre und flexible Substrate auf einer Fläche von 300 mm x 300 mm masken- und berührungslos bedruckt werden. Durch die CAD gesteuerte Programmierung der Druckmuster können schnell und effektiv Geometrievariationen untersucht und optimiert sowie komplexe Druckbilder erzeugt werden.

Vorteil gegenüber dem Ink-Jet Verfahren ist die Möglichkeit des Druckens auf unebenen oder gekrümmten Substraten, einer nahezu vollständigen Materialausbeute und einem größeren Verarbeitungsfenster für Tinten welches die Entwicklungsarbeit für neue Tintenmaterialien verringert.


Druckprinzip

Die verwendete Tinte wird pneumatisch durch Verdüsen oder durch Ultraschall vernebelt und in ein Aerosol überführt. Ein Trägergas transportiert das Aerosol in den Druckkopf und wird mit Hilfe eines Mantelgases fokussiert und auf das Substrat gelenkt. Die etwa 1 - 5 µm großen Tintentröpfchen landen und benetzten das Substrat und bilden eine zusammenhängende Beschichtung welche im Anschluss einer Wärmebehandlung unterzogen wird.


Merkmale des Aerosol-Jet-Drucksystems

  • Linienbreite: 10 - 150 µm
  • Viskosität Tinten: bis 1 Pa·s
  • Druckgeschwindigkeit: bis 200 mm/s
  • Abstand Substrat-Düse: 2 - 5 mm
  • Substratheizung: bis 150 °C

Dispenser Dispense Mate D-583 (Smartec)

Dispenserdrucker zum Aufbringen von PEDOT- und Silberkontakten
© Fraunhofer IWS Dresden
Dispenserdrucker zum Aufbringen von PEDOT- und Silberkontakten

Der Dispenserdrucker eignet sich zum verdrucken von hochviskosen Pasten. Diese Pasten können z.B. Metall-, Keramik- oder auch Polymerpasten sowie Komposite sein. Beim Dispense-Druck-Verfahren wird die Paste durch eine Kapillare auf das Substrat berührungslos abgelegt und das Druckbild abgerastert. Sowohl starre auch als flexible Substrate mit einer Größe von 300 mm x 300 mm können bedruckt werden.

Im Vergleich zum Siebdruckverfahren zeichnet sich der Dispensdruck durch einen maskenlosen Druck aus, was eine schnelle Anpassung und Flexibilität hinsichtlich des Druckbildes erlaubt.

Anwendung findet der Dispenserdrucker bereits im industriellen Auftragen von Klebstoffen oder beim Drucken von Leiterbahnen (Bus Bars) auf kristallinen Photovoltaikzellen.


Druckprinzip

Die Paste wird druckgesteuert aus einer Kartusche zum Druckkopf gefördert. Zwischen Kartusche und Druckkopf befindet sich eine Mischschnecke, welche die strukturviskose Paste nochmals schert und homogenisiert bevor diese durch eine feine Kapillare austritt. Die Paste wird dann auf das Substrat gedruckt. Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung um Lösemittel zu entfernen und ggf. vorhandene Partikel zu sintern.


Merkmale des Dispenser-Drucksystems

  • Linienbreite: 100 µm bis mm
  • Viskosität: bis 100 Pa·s
  • Druckgeschwindigkeit: bis 500 mm/s

RTA-Ofen Jetfirst 200 (Qualiflow Therm)

Infrarotofen JIPELEC JetFirst 200
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Infrarotofen JIPELEC JetFirst 200

Der Infrarotofen ist speziell für flache und bis zu 156 mm x 156 mm große Substrate ausgelegt. Infrarot-Strahler erwärmen das Substrat über direkte Wärmeübertragung. Je nach Einstellung kann dieser Vorgang innerhalb von wenigen Sekunden erfolgen.

Ein Infrarot-Lampensystem in der Haube des Ofens sowie das automatisch geregelte Temperaturmess- und Kontrollsystem führen zu einer homogenen Erwärmung des Substrats über den programmierten Temperaturbereich. Ein mit Siliziumcarbid beschichteter Graphitsubstrathalter ermöglicht die Wärmebehandlung von Isolatoren und Halbleitermaterialien (z. B. bei der Benutzung von Keramiksubstraten).

Mögliche Anwendungen des Infrarotofens sind: schnelle thermische Oxidation oder Nitrierung, Ausheizen und Aktivieren von Schichten im Bereich der Photovoltaik, oxidfreies Sintern von Materialien, Kristallisation.


Ausstattung

  • Modell: JIPELEC JetFirst 200 (Qualiflow Therm)
  • Substratgrößen: bis zu 156 mm x 156 mm
  • Temperaturregime: Raumtemperatur bis 1300 °C
  • Temperaturkontrolle: über Thermoelement oder Pyrometer
  • Rampenrate: 1 K/s bis 300 K/s
  • einstellbare Atmosphäre in Prozesskammer: Luft, Stickstoff, Argon, H2 in Ar
  • Vakuumprozess möglich
  • gesamte Ofensteuerung durch PC-Software kontrollierbar

Plasmatreat-Anlage

Plasmatreat-Anlage
© Fraunhofer IWS Dresden
Plasmatreat-Anlage

Die Plasmavorbehandlung wird in erster Linie dazu genutzt die zu bedruckenden Teile (Substrat) zu reinigen und zu aktivieren. Dadurch wird eine optimale Benetzung der Tinte/Paste sichergestellt, welche in homogeneren Schichten sowie einer verbesserten Haftfestigkeit resultiert. Zudem wird die Anlage genutzt, um gedruckte Tinten/Pasten zu sintern und thermisch nachzubearbeiten. Es können verschiedene Plasmen bzw. Gase hier verwendet werden.