Manufatura aditiva de sensores capacitivos em componentes automóveis termoplásticos

Abstract

Este trabalho de projeto tese de mestrado enquadra-se no âmbito de projetos de I&D, estabelecidos entre a Universidade de Aveiro (DEMaC e DETI) e a Simoldes Plásticos com a finalidade de desenvolver estruturas plásticas inteligentes por recurso à eletrónica impressa por tecnologias de manufatura aditiva (MA), para componentes de automóveis. O objeto de estudo foi a impressão por Robocasting de sensores capacitivos em tinta de nanopartículas de prata sobre placas de Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) e Polipropileno (PP), injetadas na Simoldes Plásticos, a sua caracterização estrutural e microestrutural e em termos de desempenho elétrico e a comparação (benchmarking) com outros sensores capacitivos produzidos com outros materiais e outros processos, nomeadamente filamento polimérico condutor por Fused Deposition Modeling (FDM) e cobre por Comando Numérico Computadorizado (CNC). Neste enquadramento, o presente projeto contempla experimentalmente: i) a caracterização das placas de ABS e PP e da tinta de prata, ii) o desenho para a impressão dos sensores iii) as impressões dos sensores capacitivos por Robocasting e FDM e iv) a caracterização físico — química, estrutural e elétrica dos sensores capacitivos. A caracterização química e física das placas de ABS e PP e da tinta de prata permitiu relacionar as suas propriedades com a otimização das impressões. A partir de tinta de nanopartículas de prata comercial, imprimiram-se por Robocasting sensores capacitivos com diversas geometrias nas placas. As impressões revelaram-se de elevada complexidade e dependência da viscosidade da tinta de prata. Por recurso a tratamentos térmicos para aumentar a viscosidade da referida tinta otimizaram-se as impressões. O comportamento elétrico dos sensores impressos com tinta de prata com diferentes tratamentos térmicos foi reprodutível. [...]. O desempenho dos sensores impressos é assim comparável ao desempenho dos tradicionais sensores de cobre, o que demonstra o potencial e a oportunidade para os sensores capacitivos impressos por MA no universo da indústria automóvel.

This master’s thesis project work falls within the scope of R&D projects, established between the University of Aveiro (DEMaC and DETI) and Simoldes Plásticos to develop intelligent plastic structures using printed electronics by additive manufacturing (AM) technologies, for automotive components. The object of study was the printing by Robocasting of capacitive sensors in silver nanoparticles ink on Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) and Polypropylene (PP) plates, injected in Simoldes Plásticos, its structural and microstructural characterization and in terms of electrical performance and comparison (benchmarking) with other capacitive sensors produced with other materials and other processes, namely conductive polymer filament by Fused Deposition Modeling (FDM) and copper by Computer Numerical Command (CNC). In this context, the present project experimentally contemplates: i) the characterization of the ABS and PP plates and the silver ink, ii) the drawing and printing of the sensors, iii) the printing of the capacitive sensors by Robocasting and iv) the physical – chemical, structural and electrical characterization of the capacitive sensors. The chemical and physical characterization of the ABS and PP plates and the silver ink allowed to relate their properties to the optimization of the prints. Based on commercial silver nanoparticles ink, capacitive sensors with different geometries were printed by Robocasting on the plates. The prints proved to be highly complex and dependent on the viscosity of the ink, the sensor printing was optimized. The electrical behaviour of sensors printed with silver ink with different thermic treatments, these proved to be uniform. [...]. The performance of the printed sensors is thus comparable to the performance of the traditional copper sensors, which demonstrates the potential and the opportunity for the capacitive sensors printed by AM in the universe of the automotive industry.