EP3538848A1 - Additiv hergestellter kapazitiver sensor - Google Patents

Additiv hergestellter kapazitiver sensor

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Publication number
EP3538848A1
EP3538848A1 EP17801659.8A EP17801659A EP3538848A1 EP 3538848 A1 EP3538848 A1 EP 3538848A1 EP 17801659 A EP17801659 A EP 17801659A EP 3538848 A1 EP3538848 A1 EP 3538848A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
component
layer
conductive material
printing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17801659.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel BÜNING
Tobi STORZ
Jörg Petri
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bigrep GmbH
Original Assignee
Bigrep GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bigrep GmbH filed Critical Bigrep GmbH
Publication of EP3538848A1 publication Critical patent/EP3538848A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Definitions

  • the present application relates to an additively manufactured capacitive sensor and a method for producing such a sensor, as well as the application of such a sensor to components.
  • Additive manufacturing or additive manufacturing is also called “3D printing” and producing or applying structures by means of additive manufacturing is also called “printing”. This "3D printing” is usually carried out in a device / manufacturing device for additive manufacturing or an “SD printer”.
  • the present invention therefore has for its object to provide a capacitive sensor and method for producing such a sensor / components with such a sensor, which can be produced via additive manufacturing and thus in any geometry.
  • inventions make it possible to convert any component manufactured in a capacitive sensor or to integrate such a sensor in a component. This can be done in one operation without having to connect individual components later.
  • the invention enables the production of a functionally integrated component, regardless of whether this component is manufactured entirely with additive manufacturing, or the sensor is applied by additive manufacturing on an existing component.
  • a capacitive sensor according to the invention which is produced additively, comprises at least a first layer.
  • This at least first layer in turn comprises a first electrically conductive material.
  • the at least first layer is obtained by means of additive manufacturing processes using the first material.
  • the first electrically conductive material is arranged in the at least one layer in tracks or printed conductors, which may have any desired geometries, as long as only electrical continuity is ensured.
  • the at least one layer which comprises a first electrically conductive material, functions according to the known principle of capacitive sensors as a sensor electrode, with which a change in the electric field in the vicinity of the sensor electrode can be detected.
  • An approach to the sensor / sensor electrode changes the capacitance of the sensor and thus makes detection possible.
  • the at least one first layer may comprise a second electrically non-conductive material.
  • the second electrically non-conductive material delimiting the first electrically conductive material from an environment of the sensor. This is advantageous because often the first electrically conductive material can react negatively to environmental influences and lose stability and / or conductivity. It may therefore be advantageous to delimit or protect the first electrically conductive material from an environment of the sensor by the second electrically non-conductive material.
  • the first electrically conductive material As described above, it is desirable for economic reasons only to use the first electrically conductive material, which is quite applicable for special applications. For example, when the sensor / component with sensor is used in an already protected environment (e.g., vehicle interior, inside a property, etc.).
  • an already protected environment e.g., vehicle interior, inside a property, etc.
  • the respective layers may comprise a plurality of materials or only one material as desired.
  • the first electrically conductive material can be printed in the second electrically non-conductive material.
  • the at least one layer of the sensor comprises a closed surface to the outside, formed from the second electrically non-conductive material, and thus protects and / or supported the first electrically conductive material by the closed surfaces of the second electrically non-conductive material is.
  • the second material in material pairings between see the surface to which the sensor is to be applied and the first material act as a "primer" when this pair of materials is not sufficient in terms of adhesion with each other for the particular application.
  • a bonding layer between the surface of the component and the first material can be created.
  • the first electrically conductive material can be enveloped by the second electrically non-conductive material. the.
  • this manufacturing process is more complex, since a higher effort must be operated to surround the first material by the second material, but thus a closed surface of the second material is avoided and the sensor can be filigree designed and to special requirements profile (eg Flow through, mechanical flexibility, etc.) can be adjusted.
  • the first electrically conductive material is, so to speak, "enveloped" by the second electrically non-conductive material or "coated” with it.
  • an inventive sensor can be constructed flat. This is advantageous since, in the case of an additive-produced capacitive sensor according to the present invention, the detection sensitivity can be increased or adapted to the intended use by a planar construction of at least one layer of the first and second material. Furthermore, in a sensor according to the invention, the first electrically conductive material may be arranged in a substantially regular pattern in the at least one layer. This arrangement of the first material in the at least one layer can likewise increase the detection sensitivity or, as a result, the detection sensitivity can be adapted.
  • An inventive method for producing a component with capacitive sensor by additive manufacturing comprises the steps of determining the component geometry, defining a printing area based on the specific component geometry and defining a sensor geometry (number of layers , Number of materials to be printed, patterns of electrically conductive material), printing on at least one layer of the capacitive sensor in the printing area, this layer being printed from at least a first electrically conductive material.
  • the method for producing a component with a capacitive sensor by additive manufacturing may further comprise, in the step of printing, the printing of a second electrically non-conductive material.
  • the method for producing a component with a capacitive sensor by additive manufacturing can further include scanning of the component in the step of determining the component geometry (component data).
  • component data can be obtained from existing CAD data of the component.
  • the method for producing a component with a capacitive sensor by additive manufacturing can further comprise the activation of at least one robot in the step of determining the component geometry and / or in the step of printing (a robot in the sense of this application can be any arrangement and type of axes include).
  • a robot in the sense of this application can be any arrangement and type of axes include.
  • the component can be guided past a corresponding scanner by a robot so that the data of the component can be detected. In this case, the entire component or only a relevant section can be detected / scanned.
  • another or the same robot can lead the component past a printing station or the print heads. Under the printheads or the printing station techn. Means are understood to apply the first and possibly the second material to the component (eg extruder for printing filament in the FDM process).
  • the print heads or printing station mounted on a robot and the component is clamped.
  • both the component and the printing station can be mounted on a robot.
  • Movable clamping devices eg rotary tables
  • for the component are also to be understood as robots in the context of this application.
  • the component can be inserted into the 3D printer (production plant) and then the sensor can be printed in the specified printing area.
  • This insertion can optionally be done by a robot.
  • this robot can already be used in the determination of the component geometry / component data beforehand. The use of a robot together with a 3D printer can e.g. increase manufacturing efficiency.
  • An inventive method for producing a capacitive sensor by additive manufacturing comprises the steps of determining the geometry / the structure of the capacitive sensor, the printing of at least one layer of the capacitive sensor the layer is obtained from at least a first electrically conductive material.
  • the method for manufacturing a capacitive sensor by additive manufacturing may further comprise printing with a second electrically non-conductive material in the step of printing the at least one layer.
  • the printing of the at least one layer of the sensor can be carried out according to all methods described here (robots, 3D printers, etc.) and / or according to the methods known in the prior art.
  • FIG. 1 a shows a schematic exploded view of an exemplary embodiment of a sensor according to the invention
  • Figure 1 b schematically shows the sensor of Figure 1 a in a functional state
  • FIG. 2 schematically shows an example of a sensor according to the invention on / in a free-form surface
  • FIG. 3 is a sequence of a method according to the invention for producing a sensor according to the invention
  • FIG. 4 is a sequence of a method according to the invention for applying a sensor to a component
  • FIG. 5 is another sequence of a method according to the invention for applying a sensor to a component.
  • an inventive sensor 10 is shown in an exploded view to illustrate the structure of this embodiment.
  • the sensor 10 has a multilayer structure.
  • An upper layer 1 1 a and a lower layer 1 1 b of a second electrically non-conductive material a layer 1 1 c from a first electrically conductive material.
  • the first electrically conductive material is arranged in the embodiment of Figures 1 a and 1 b as a honeycomb pattern. However, any pattern may be used as desired or needed and / or considered advantageous for the particular application.
  • the sensor 10 may also be constructed only of the layer 1 1 c, if the purpose no protection / no support through the upper layer 1 1 a and / or the lower layer 1 1 b makes necessary.
  • the electrical connection of the layer 1 1 c is not shown.
  • Figure 1 b shows the sensor 10 of the embodiment in a functional or einbauditionem state, wherein the layers are applied to each other or shown to each other and therefore the honeycomb pattern of the layer 1 1 c dashed / hidden is located. But the layers can also interfere with each other. Thus, projections of the second materials of the layers 11a and 11b may also project into the layer 11c of the sensor 10 or be imprinted thereon.
  • the layers are printed successively, whereby they bind one another and therefore can not be separated as shown in FIG. 1 a.
  • the pressure with binding of the layers with each other is arbitrary and it can also be produced sensors in which the layers have no bond with each other. This may be done, for example, by applying release agents during printing or also adjusting the printing parameters (e.g., printing temperature, feed, etc.).
  • FIG. 2 shows a component 22 with a sensor 20 according to the invention of a further exemplary embodiment, which is printed on or in a free-form surface 21.
  • the sensor 20 in this embodiment is the portion of the component 22 represented by the dark lines of FIG. 2. An electrical connection of the sensor 20 is not shown.
  • the sensor 20 can be printed together with the freeform surface 21, wherein the component 22 comprising the freeform surface 21 can either be present before the printing of the sensor 20, or the component 22 comprising the freeform surface 21 and the sensor 20 can be printed.
  • the shape or extent of the sensor with respect to the component 22 is arbitrary.
  • the sensor 20 is shown in Figure 2 as a "band" in the component 22.
  • the invention is not limited thereto.
  • the sensor 20 may be on or in an arbitrary surface portion of the free-form surface 21 on or imprinted.
  • FIG. 3 shows a sequence of an example method according to the invention for producing a sensor according to the invention.
  • step 100 the geometry or shape and the number of layers and materials of the respective layer of the sensor are determined, for example, by CAD in the form of sensor data.
  • this data is transmitted to an FDM 3D printer.
  • step 102 the sensor is printed in accordance with the sensor data of step 100 by the 3D printer in the FDM (Fused Deposition Modeling) method.
  • FIG. 4 shows a sequence of an example method according to the invention for applying a sensor according to the invention to a component.
  • a step 200 the component is scanned with a 3D scanner. The component is scanned using a robot that moves the component so that the scanner can detect it completely or only a relevant portion of it.
  • a step 201 the component data acquired by the scanning of the component in step 200 are loaded into a CAD program (CAD: “Computer Aided Design”) and the position of the sensor on the component as well as its geometry follows or form and the number of layers and materials of the respective layer of the sensor in the form of sensor data set.
  • CAD Computer Aided Design
  • step 202 the component is inserted by a robot or the robot from step 200 into an FDM-3D printer.
  • the sensor is printed on the basis of the sensor data / the component data to the component by means of the FDM-3D printer.
  • step 204 the component is removed by the robot from the FDM 3D printer.
  • another scan can be done, in which the actual position of the sensor is compared with the component data / the sensor data.
  • FIG. 5 shows a sequence of a further example method according to the invention for applying a sensor according to the invention to a component.
  • the component is scanned with a 3D scanner. The component is scanned using a robot that moves the component so that the scanner can capture it completely or only a relevant portion of it as component data.
  • the component data are recorded in a CAD program and the following is the position of the sensor on the component, as well as its geometry or shape and the number of layers and materials of the respective layer of the sensor (structure of the sensor) set in the form of sensor data.
  • the sensor is guided past the sensor data / the component data to the component by means of the robot at a printing station or printheads for the respective materials that the sensor is printed on the component.
  • another scan can be done, in which the actual position of the sensor is compared with the component data and the sensor data.
  • the second electrically nonconducting material is a HT PLA (High Temperature Polyalkyl Acid) and the first electrically conductive material is a conductive material.
  • a polyamide which is mixed with conductive substances is (graphite fibers and / or other metallic particles). The particles must also undergo percolation after the material has been melted and printed - meaning that they must continue to touch each other in order to ensure the flow of current through the component.

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Abstract

Es wird ein Additiv hergestellter, kapazitiver Sensor (10) vorgestellt, welcher zumindest eine erste Schicht (11c) umfasst. Diese erste Schicht umfasst zumindest ein erstes elektrisch leitendes Material. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit kapazitiven Sensor durch additive Fertigung (additives Fertigungsverfahren für ein Bauteil mit kapazitiven Sensor) vorgestellt. Dieses Verfahren die Schritte von Bestimmen der Bauteilgeometrie, Festlegen eines Druckbereichs anhand der bestimmten Bauteilgeometrie, Aufdrucken von zumindest einer Schicht des kapazitiven Sensors im Druckbereich, wobei diese Schicht aus zumindest einem ersten elektrisch leitenden Material gedruckt wird. Weiterhin wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Sensors durch additive Fertigung vorgestellt. Dieses Verfahren umfasst die Schritte des Festlegens der Geometrie des kapazitiven Sensors, des Druckens von zumindest einer Schicht des kapazitiven Sensors, wobei die Schicht aus zumindest einem ersten elektrisch leitenden Material erlangt wird.

Description

Beschreibung
Titel: Additiv hergestellter kapazitiver Sensor
[0001] Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf einen additiv hergestellten kapazitiven Sensor und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors, sowie das Aufbringen eines solchen Sensors auf Bauteile. [0002] Additive Fertigung bzw. additive Herstellung wird auch "3D-Druck" genannt und das Herstellen oder Aufbringen von Strukturen mittels additiver Fertigung wird auch "drucken" genannt. Dieses "3D-Drucken" erfolgt üblicherweise in einer Vorrichtung/Fertigungseinrichtung zur additiven Fertigung bzw. einem "SD- Drucker".
[0003] Bei bisherigen Herstellungsverfahren von Bauteilen mit Sensoren (funktionsintegrierten Bauteilen) bereitet die Kombination von komplex geformten Bauteilen und integrierter Sensorik erhebliche Probleme, da die Sensorik z.B. nicht mit beliebigen Bauteilgeometrien kombiniert werden kann. Zurzeit werden insb. flächi- ge Sensoren (überwiegende Erstreckung in einer Dimension) z.B. durch Drucken mit leitender Tinte auf Folie hergestellt. Diese bedruckten Folien werden sodann in Bauteile eingeklebt. Diese Folien können aber nur in sehr beschränkte Formen eingebracht werden, da sie z.B. Falten werfen können. Daher war bisher die Herstellung von frei gestalteten und funktionsintegrierten Bauteilen nicht gänzlich möglich.
[0004] Die vorliegende Erfindung hat es daher zur Aufgabe einen kapazitiven Sensor und Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors / Bauteilen mit einem solchen Sensor bereit zu stellen, welche über additive Fertigung und damit in beliebigen Geometrien hergestellt werden kann.
[0005] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand und die Verfahren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstände und Verfahren der abhängigen Ansprüche, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander Ausgestaltungen der Erfindung darstellen können. [0006] Die Erfindung ermöglicht es, jedes beliebig hergestellte Bauteil in einen kapazitativen Sensor zu verwandeln oder einen solchen Sensor in ein Bauteil zu integrieren. Dies kann in einem Arbeitsgang geschehen ohne einzelne Bauteile nachträglich verbinden zu müssen. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines funktionsintegrierten Bauteils und zwar unabhängig davon, ob dieses Bauteil gänzlich mit additiver Fertigung hergestellt wird, oder die Sensorik durch additive Fertigung auf ein bestehendes Bauteil aufgebracht wird.
[0007] Ein erfindungsgemäßer kapazitiver Sensor, welcher additiv hergestellt wird, umfasst zumindest eine erste Schicht. Diese zumindest erste Schicht um- fasst wiederum ein erstes elektrisch leitendes Material . Dabei wird die zumindest erste Schicht vermittels additiver Herstellungsverfahren unter Verwendung des ersten Materials erlangt. Das erste elektrisch leitende Material ist in der zumindest einen Schicht in Bahnen oder Leiterbahnen angeordnet, welche beliebige Geometrien haben können, solange nur elektrischer Durchgang gewährleistet ist.
[0008] Die zumindest eine Schicht, welche ein erstes elektrisch leitendes Material umfasst, fungiert nach dem bekannten Prinzip von kapazitiven Sensoren als Sensorelektrode, mit der eine Änderung des elektrischen Feldes in der Umgebung der Sensorelektrode detektiert werden kann. Eine Annäherung an den Sensor/die Sensorelektrode ändert die Kapazität des Sensors und macht somit eine Detektion möglich.
[0009] Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Sensor die zumindest eine erste Schicht ein zweites elektrisch nichtleitendes Material umfassen.
[0010] Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Sensor das zweite elektrisch nichtleitende Material das erste elektrisch leitende Material von einer Umgebung des Sensors abgrenzen. Dies ist vorteilhaft, da mit den derzeitig ver- fügbaren Materialien oftmals das erste elektrisch leitende Material negativ auf Umwelteinflüsse reagieren und Stabilität und/oder Leitfähigkeit verlieren kann. Daher kann es vorteilhaft sein, das erste elektrisch leitende Material durch das zweite elektrisch nichtleitende Material von einer Umgebung des Sensors abzu- grenzen bzw. zu schützen.
[0011] Wie obenstehend beschrieben ist es bereits aus ökonomischen Gründen wünschenswert nur das erste elektrisch leitende Material zu verwenden, was für spezielle Anwendungen durchaus auch anwendbar ist. Zum Beispiel, wenn der Sensor/das Bauteil mit Sensor in einer ohnehin schon geschützten Umgebung eingesetzt wird (z.B. Fahrzeuginnenraum, im Inneren einer Immobilie, etc.).
[0012] Bei einem Aufbau aus mehreren Schichten können die jeweiligen Schichten mehrere Materialien oder nur ein Material beliebig umfassen.
[0013] Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Sensor das erste elektrisch leitende Material in das zweite elektrisch nichtleitende Material eingedruckt werden. Dies hat den Vorteil, dass die zumindest eine Schicht des Sensors eine geschlossene Fläche nach außen, gebildet aus dem zweiten elektrisch nichtleiten- den Material, umfasst und somit das erste elektrisch leitende Material durch die geschlossenen Flächen des zweiten elektrisch nichtleitenden Materials geschützt und/oder gestützt ist.
[0014] Weiterhin vorteilhaft kann das zweite Material bei Materialpaarungen zwi- sehen der Oberfläche, auf welche der Sensor aufgebracht werden soll und dem ersten Material als "Haftvermittler" wirken, wenn diese Materialpaarung hinsichtlich einer Haftung untereinander nicht ausreichend für den jeweiligen Einsatzzweck ist. In einem solchen Fall kann durch passende Wahl des zweiten Materials eine Haftbrücke zwischen der Oberfläche des Bauteils und dem ersten Material geschaffen werden.
[0015] Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Sensor das erste elektrisch leitende Material von dem zweiten elektrisch nichtleitenden Material umhüllt wer- den. Dieses Herstellungsverfahren ist zwar aufwändiger, da ein höherer Aufwand betrieben werden muss, um das erste Material durch das zweite Material zu umgeben, jedoch wird somit eine geschlossene Fläche aus dem zweiten Material vermieden und der Sensor kann filigraner gestaltet und an spezielle Anforde- rungsprofile (z.B. Durchströmbarkeit, mechanische Flexibilität, etc.) angepasst werden. Das erste elektrisch leitende Material wird sozusagen durch das zweite elektrisch nichtleitende Material "umhüllt" bzw. mit diesem "überzogen".
[0016] Weiterhin kann ein erfindungsgemäßer Sensor flächig aufgebaut sein. Dies ist vorteilhaft, da bei einem additiv hergestellten kapazitiven Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen flächigen Aufbau aus zumindest einer Schicht des ersten und zweiten Materials die Detektionsempfindlichkeit erhöht bzw. an den Einsatzzweck angepasst werden kann. [0017] Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Sensor das erste elektrisch leitende Material in einem im Wesentlichen regelmäßigen Muster in der zumindest einen Schicht angeordnet sein. Diese Anordnung des ersten Materials in der zumindest einen Schicht kann ebenfalls die Detektionsempfindlichkeit erhöhen bzw. kann dadurch die Detektionsempfindlichkeit angepasst werden.
[0018] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit kapazitiven Sensor durch additive Fertigung (additives Fertigungsverfahren für ein Bauteil mit kapazitiven Sensor) umfasst das Verfahren die Schritte von Bestimmen der Bauteilgeometrie, Festlegen eines Druckbereichs anhand der bestimmten Bauteilgeometrie und Festlegen einer Sensorgeometrie (Anzahl Schichten, Anzahl der zu verdruckenden Materialien, Muster des elektrisch leitenden Materials), Aufdrucken von zumindest einer Schicht des kapazitiven Sensors im Druckbereich, wobei diese Schicht aus zumindest einem ersten elektrisch leitenden Material gedruckt wird.
[0019] Das Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit kapazitiven Sensor durch additive Fertigung kann weiterhin im Schritt des Druckens das Aufdrucken eines zweiten elektrisch nichtleitenden Material umfassen. [0020] Das Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit kapazitiven Sensor durch additive Fertigung kann weiterhin im Schritt der Bestimmung der Bauteilgeometrie (Bauteildaten) ein Scannen des Bauteils umfassen. Hierfür kann das Bau- teil zum Beispiel durch einen 3D-Scanner gescannt werden. Dieses Scannen kann in einem separaten Scanner erfolgen oder kann in der Fertigungsanlage erfolgen. Wahlweise können die Bauteildaten auch aus vorhandenen CAD-Daten den Bauteils erlangt werden. [0021] Das Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit kapazitiven Sensor durch additive Fertigung kann weiterhin im Schritt der Bestimmung der Bauteilgeometrie und/oder im Schritt des Aufdruckens die Ansteuerung zumindest eines Roboters umfassen (ein Roboter im Sinne dieser Anmeldung kann jegliche Anordnung und Art von Achsen umfassen). Im Schritt des Scannens kann das Bauteil durch einen Roboter an einem entsprechenden Scanner vorbeigeführt werden, sodass die Daten des Bauteils erfasst werden können. Hierbei kann das ganze Bauteil oder nur ein relevanter Abschnitt erfasst/gescannt werden. Weiterhin kann ein anderer oder derselbe Roboter nach der Bestimmung der Bauteilgeometrie das Bauteil an einer Druckstation bzw. den Druckköpfen vorbeiführen. Unter den Druckköpfen bzw. der Druckstation können techn. Einrichtungen verstanden werden, um das erste und ggf. das zweite Material auf das Bauteil aufzubringen (z.B. Extruder zum Verdrucken von Filament imFDM-Verfahren).
[0022] Es ist ebenfalls möglich, dass die Druckköpfe bzw. Druckstation an einem Roboter montiert und das Bauteil aufgespannt ist. Weiterhin kann sowohl das Bauteil, als auch die Druckstation an einem Roboter montiert sein. Bewegliche Aufspanneinrichtungen (z.B. Rundtische) für das Bauteil sind im Rahmen dieser Anmeldung ebenfalls als Roboter zu verstehen. [0023] Vorteilhaft bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit kapazitiven Sensor durch additive Fertigung, bei welchem ein Roboter erst zum Scannen des Bauteiles eingesetzt wird und anschließend derselbe Roboter das Bauteil an der Druckstation vorbeiführt ist, dass der Handhabungsaufwand (Spannen, Einrichten, etc.) minimiert wird und damit die Rüstzeiten optimiert werden können.
[0024] Es ist für zuvor beschriebenes Verfahren ebenso möglich ein Scannen des Bauteiles (Bestimmung der Bauteilgeometrie) außerhalb der Einrichtung zum 3D-Druck (Fertigungsanlage) durchzuführen. Anschließend kann das Bauteil in den 3D-Drucker (Fertigungsanlage) eingelegt werden und dann den Sensor in dem festgelegten Druckbereich aufgedruckt werden. Dieses Einlegen kann wahlweise durch einen Roboter erfolgen. Wahlweise kann dieser Roboter, wie oben- stehend beschrieben, zuvor bei der Bestimmung der Bauteilgeometrie/Bauteildaten bereits eingesetzt werden. Die Verwendung eines Roboters zusammen mit einem 3D-Drucker kann z.B. eine Fertigungseffizienz steigern.
[0025] Es sind alle bis dato genannten 3D-Druckverfahren für die Herstellung ei- nes erfindungsgemäßen Sensors / funktionsintegrierten Bauteiles geeignet.
[0026] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Sensors durch additive Fertigung (additives Sensorfertigungsverfahren für einen kapazitiven Sensor), umfasst die Schritte des Festlegens der Geometrie/des Auf- baus des kapazitiven Sensors, des Druckens von zumindest einer Schicht des kapazitiven Sensors, wobei die Schicht aus zumindest einem ersten elektrisch leitenden Material erlangt wird.
[0027] Das Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Sensors durch additive Fertigung kann im Schritt des Druckens der zumindest einen Schicht weiterhin das Drucken mit einem zweiten elektrisch nichtleitenden Material umfassen.
[0028] Das Drucken der zumindest einen Schicht des Sensors kann nach allen hier beschriebenen Verfahren (Roboter, 3D-Drucker, etc.) und/oder nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen.
[0029] Die obigen Merkmale können beliebig untereinander kombiniert werden und sind keinesfalls lediglich auf die obig aufgeführten Kombinationen festgelegt. [0030] Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erklärt, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in un- terschiedlicher Kombination miteinander ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen können.
[0031] Es zeigen: Figur 1 a eine schematische Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensors;
[0032] Figur 1 b schematisch den Sensor aus Figur 1 a in funktionsfähigem Zustand;
[0033] Figur 2 schematisch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Sensors an/in einer Freiformfläche;
[0034] Figur 3 ist ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensors; [0035] Figur 4 ist ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen eines Sensors auf ein Bauteil; und
[0036] Figur 5 ist ein weiterer Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen eines Sensors auf ein Bauteil .
[0037] Anfänglich bezugnehmend auf Figur 1 a ist ein erfindungsgemäßer Sensor 10 in einer Explosionsansicht dargestellt, um den Aufbau dieses Ausführungsbeispiels zu verdeutlichen. Der Sensor 10 ist mehrschichtig aufgebaut. Eine obere Schicht 1 1 a und eine untere Schicht 1 1 b aus einem zweiten elektrisch nichtleiten- den Material fassen eine Schicht 1 1 c aus einem ersten elektrisch leitenden Material ein. [0038] Das erste elektrisch leitende Material ist im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 a und 1 b als Wabenmuster angeordnet. Es kann jedoch jegliches Muster verwendet werden, ganz wie gewünscht oder für den jeweiligen Einsatzzweck benötigt und/oder vorteilhaft angesehen.
[0039] Der Sensor 10 kann auch lediglich nur aus der Schicht 1 1 c aufgebaut sein, wenn der Einsatzzweck keinen Schutz/keine Stützung durch die obere Schicht 1 1 a und/oder die untere Schicht 1 1 b notwendig macht. Der elektrische Anschluss der Schicht 1 1 c ist nicht gezeigt.
[0040] Figur 1 b zeigt den Sensor 10 des Ausführungsbeispiels in funktionsfähigem bzw. einbaufähigem Zustand, wobei die Schichten aufeinander aufgebracht bzw. aufeinander dargestellt sind und daher das Wabenmuster der Schicht 1 1 c gestrichelt/verdeckt eingezeichnet ist. Die Schichten können aber auch ineinander eingreifen. So können Vorsprünge der zweiten Materialen der Schichten 1 1 a und 1 1 b auch in die Schicht 1 1 c des Sensors 10 vorstehen bzw. in diese eingedruckt sein.
[0041] Bei einer Herstellung des Sensors 10 des vorliegenden Ausführungsbei- spiels werden die Schichten nacheinander gedruckt wodurch sie untereinander eine Bindung eingehen und daher nicht wie in Figur 1 a gezeigt separiert werden können. Selbstverständlich ist auch der Druck mit Bindung der Schichten untereinander beliebig und es können auch Sensoren hergestellt werden, bei denen die Schichten keine Bindung untereinander aufweisen. Dies kann zum Beispiel durch aufgebrachte Trennmittel während des Druckens oder auch Anpassung der Druckparameter (z.B. Drucktemperatur, Vorschub, etc.) erfolgen.
[0042] Figur 2 zeigt ein Bauteil 22 mit einem erfindungsgemäßen Sensor 20 eines weiteren Ausführungsbeispiels, welcher an oder in eine Freiformfläche 21 ge- druckt ist. Der Sensor 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel der durch die dunklen Linien der Figur 2 dargestellte Abschnitt des Bauteils 22. Ein elektrischer Anschluss des Sensors 20 ist nicht gezeigt. [0043] Der Sensor 20 kann zusammen mit der Freiformfläche 21 gedruckt werden, wobei das Bauteil 22 umfassend die Freiformfläche 21 entweder bereits vor dem Drucken des Sensors 20 vorliegen kann, oder das Bauteil 22 umfassend die Freiformfläche 21 und den Sensor 20 gedruckt werden kann.
[0044] Die Form bzw. die Erstreckung des Sensors in Bezug auf das Bauteil 22 ist beliebig. So ist der Sensor 20 in Figur 2 als "Band" im Bauteil 22 dargestellt. Jedoch ist die Erfindung hierauf nicht limitiert. So kann der Sensor 20 eine beliebige an oder in einen ebenfalls beliebigen Flächenabschnitt der Freiformfläche 21 an- bzw. eingedruckt sein.
[0045] Figur 3 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Beispielverfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensors. In Schritt 100 wird die Geometrie bzw. Form und die Anzahl der Schichten und Materialen der jeweiligen Schicht des Sensors zum Beispiel durch CAD in Form von Sensordaten festgelegt. In Schritt 101 werden diese Daten an einen FDM-3D-Drucker übermittelt. In Schritt 102 wird der Sensor gemäß der Sensordaten des Schritts 100 durch den 3D-Drucker im F DM-Verfahren (FDM: "Fused Deposition Modeling") gedruckt. [0046] Figur 4 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Beispielverfahrens zum Aufbringen eines erfindungsgemäßen Sensors auf ein Bauteil. In einem Schritt 200 wird das Bauteil mit einem 3D-Scanner gescannt. Das Bauteil wird mithilfe eines Roboters gescannt, welcher das Bauteil so bewegt, dass der Scanner es komplett oder nur einen relevanten Abschnitt davon erfassen kann.
[0047] In einem Schritt 201 werden die, durch das Scannen des Bauteils in Schritt 200 erfassten, Bauteildaten in ein CAD-Programm (CAD: "Computer Aided Design") eingespielt und folgend wird die Position des Sensors an dem Bauteil, sowie seine Geometrie bzw. Form und die Anzahl der Schichten und Materialen der jeweiligen Schicht des Sensors in Form von Sensordaten festgelegt.
[0048] In einem Schritt 202 wird das Bauteil durch einen Roboter oder den Roboter aus Schritt 200 in einen FDM-3D-Drucker eingelegt. [0049] In einem Schritt 203 wird der Sensor anhand der Sensordaten / der Bauteildaten an das Bauteil vermittels des FDM-3D-Druckers angedruckt. [0050] In einem Schritt 204 wird das Bauteil durch den Roboter aus dem FDM- 3D-Drucker entnommen. Wahlweise kann anschließend ein weiteres Scannen erfolgen, bei welchem die tatsächliche Position des Sensors mit den Bauteildaten / den Sensordaten abgeglichen wird. [0051] Figur 5 zeigt einen Ablauf eines weiteren erfindungsgemäßen Beispielverfahrens zum Aufbringen eines erfindungsgemäßen Sensors auf ein Bauteil. In einem Schritt 300 wird das Bauteil mit einem 3D-Scanner gescannt. Das Bauteil wird mithilfe eines Roboters gescannt, welcher das Bauteil so bewegt, dass der Scanner es komplett oder nur einen relevanten Abschnitt davon als Bauteildaten erfassen kann.
[0052] In einem Schritt 301 werden die Bauteildaten in ein CAD-Programm eingespielt und folgend wird die Position des Sensors an dem Bauteil, sowie seine Geometrie bzw. Form und die Anzahl der Schichten und Materialen der jeweiligen Schicht des Sensors (Aufbau des Sensors) in Form von Sensordaten festgelegt.
[0053] In einem Schritt 302 wird der Sensor anhand der Sensordaten / der Bauteildaten an das Bauteil vermittels des Roboters so an einer Druckstation bzw. Druckköpfen für die jeweiligen Materialien vorbeigeführt, dass der Sensor an das Bauteil gedruckt wird. Wahlweise kann anschließend ein weiteres Scannen erfolgen, bei welchem die tatsächliche Position des Sensors mit den Bauteildaten und den Sensordaten abgeglichen wird.
[0054] Bei den oben genannten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem zweiten elektrisch nichtleitenden Material um ein HT PLA (High- Temperature Po- lylactic Acid) und beim ersten elektrisch leitenden Material wird ein konduktives Material verarbeitet. Hier ein Polyamid, welches mit leitenden Substanzen versetzt ist (Graphitfasern und / oder anderen metallische Partikeln). Die Partikel müssen auch nach dem Aufschmelzen und Verdrucken des Materials eine sogenannte Perkolation eingehen - das heißt sie müssen sich weiterhin berühren, um den Stromfluss durch das Bauteil zu gewährleisten.

Claims

Ansprüche
1 . Additiv hergestellter kapazitiver Sensor, umfassend zumindest eine erste Schicht, welche zumindest ein erstes elektrisch leitendes Material umfasst.
2. Sensor nach Anspruch 1 , bei welchem die zumindest erste Schicht weiterhin ein zweites elektrisch nichtleitendes Material umfasst.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das zweite elektrisch nichtleitende Material das erste elektrisch leitende Material von einer Umgebung des Sensors abgrenzt.
4. Sensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem in der zumin- dest einen Schicht das erste elektrisch leitende Material in das zweite elektrisch nichtleitende Material eingedruckt ist.
5. Sensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem die zumindest eine Schicht flächig dimensioniert ist.
6. Sensor nach einem der vorangegangen Ansprüche, bei welchem das erste elektrisch leitende Material in einem im Wesentlichen regelmäßigen Muster in der zumindest einen Schicht angeordnet ist.
7. Bauteil umfassend einen Sensor nach einem der vorangegangen Ansprüche.
8. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit kapazitiven Sensor durch additive Fertigung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Bestimmen von Bauteildaten;
Festlegen von Sensordaten;
Aufdrucken von zumindest einer Schicht des kapazitiven Sensors vermittels der Sensordaten, wobei die Schicht aus zumindest einem ersten elektrisch leitenden Material gedruckt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem im Schritt des Aufdruckens weiterhin ein zweites elektrisch nichtleitendes Material gedruckt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem im Schritt der Bestimmung der Bauteildaten das Bauteil gescannt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welchem im Schritt der Bestimmung der Bauteildaten und/oder im Schritt des Aufdruckens der zumindest einen Schicht ein Roboter angesteuert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , bei welchem das Verfahren den zusätzlichen Schritt umfasst vom Einlegen des Bauteils in einen 3D-Drucker, vor dem Schritt des Aufdruckens.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welchem im Schritt des Aufdruckens das Bauteil mittels einem Roboter an einer Druckeinrichtung vorbeigeführt wird zur Erzeugung der zumindest einen Schicht.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei welchem das Bauteil mit einem Sensor nach den Ansprüchen 1 bis 6 hergestellt wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Sensors durch additive Fertigung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Festlegen der Sensordaten;
Drucken von zumindest einer Schicht des kapazitiven Sensors mithilfe der
Sensordaten, wobei die Schicht aus zumindest einem ersten elektrisch leitenden Material gedruckt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem im Schritt des Druckens der zumindest einen Schicht weiterhin ein zweites elektrisch nichtleitendes Material gedruckt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei welchem im Schritt des Druckens der zumindest einen Schicht des kapazitiven Sensors ein Roboter angesteuert wird.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11674914B2 (en) 2021-11-16 2023-06-13 Baker Hughes Holdings Llc Impedance sensor
CN116080060B (zh) * 2023-01-29 2026-04-03 西安交通大学 基于连续纤维复合材料的柔性传感器及其制备方法和应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7323634B2 (en) * 1998-10-14 2008-01-29 Patterning Technologies Limited Method of forming an electronic device
US20160098128A1 (en) * 2014-05-09 2016-04-07 T+Ink, Inc. Input devices and related systems and methods

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SIMON J. LEIGH ET AL: "A Simple, Low-Cost Conductive Composite Material for 3D Printing of Electronic Sensors", PLOS ONE, vol. 7, no. 11, 21 November 2012 (2012-11-21), pages e49365, XP055088994, DOI: 10.1371/journal.pone.0049365 *

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