Dünnfilm-Sensoren auf 3D-Freiformflächen für die Anwendung in mechatronischen Systemen - 3DSense

• Antragsteller: Professor Dr. Günter Bräuer; Professor Dr. Andreas Dietzel
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283737812

Ganz neuartige mechatronische Systeme für die Robotik, die Medizintechnik sowie für intelligente Test- und Produktionsgeräte wären mit Sensoren, die auf Oberflächen von 3D-Formen mit breiter Gestaltungsfreiheit platziert werden können, realisierbar. Einerseits ist jedoch der Aufbau eines dichten Sensorarrays durch heterogene Integration von miniaturisierten Sensoren durch manuelle oder halbautomatische Assemblage nicht sehr genau und reproduzierbar. Andererseits fehlen geeignete Verfahren zur 3D-Beschichtung mit Dünnschicht-Sensormaterialien und zur Mikrostrukturierung auf Oberflächen von 3D-Formen. Ziel des Projektes ist es daher, eine neue Art von flexibler Haut für die konforme Anwendung als wesentlicher Schritt auf dem Weg zu neuartigen mechatronischen Systemen zu erforschen und zu entwickeln. Die sensorische Haut soll dabei aus integrierten hochempfindlichen piezoresistiven Sensoren aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC) auf 3D-Konverter-Struktur-Arrays bestehen. Zum Erfolg dieses Projekts werden insbesondere die ergänzenden Forschungsbeiträge der beiden beteiligten Institute von Dünnschichtmaterialien über Mikrostrukturierung und Sensorik bis hin zu Demonstratoren beitragen. Foliensubstrate aus Polymer oder Metall mit mechanischen 3D-Wandlerstrukturen müssen entworfen werden. Die konforme Beschichtung mit dünnen Sensorschichten durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PACVD) und durch das neue Verfahren des reaktiven High Power Impuls Magnetron-Sputterns (HIPIMS) werden untersucht. Da lithographische Techniken weitgehend auf planare Strukturerzeugung beschränkt und nicht in der Lage sind, eine gute Definition der Mikrostrukturen in den extrem widerstandähigen DLC-Schichten zu erzeugen, sollen Femtosekundenlaserprozesse untersucht und für die 3D-Mikrostrukturierung der Sensorelemente verwendet werden.Dieser Ansatz wird zuerst durch Erzeugung der neuartigen Sensoren in einem ebenen Membran-Drucksensor erprobt. In einem zweiten Schritt werden die Sensoren auch in einer 3D-Smart-Sensor-Haut erzeugt. Sie wird in der Lage sein, Berührungen mit anderen Objekten zu erfassen, zu messen und zu lokalisieren. Das Projekt wird von der einzigartigen Kombinatiion der Kompetenzen bezüglich Beschichtungen und dünner Filme (IOT-Institut für Oberflächentechnik an der TU Braunschweig) und bezüglich der Mikrostrukturierung und Mikrosysteme (IMT-Institut für Mikrotechnik der TU Braunschweig) profitieren. Das Projekt kann weiterhin aus früheren Erfahrungen der gemeinsamen Forschung im Bereich der 2D-Sensorsysteme profitieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen