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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag March 13, 2017

Properties and applications of electrically conductive thermoplastics for additive manufacturing of sensors

Eigenschaften und Anwendungen von elektrisch leitfähigen Thermoplasten für die additive Fertigung von Sensoren
Benedikt Hampel

Benedikt Hampel finished his master studies in electrical engineering (M.Sc.) at the TU Braunschweig in 2013. He then started to work as a research assistant and PhD student at the Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik at the TU Braunschweig. His main research focuses are on the topics THz microscopy and additive manufacturing.

Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik, Technische Universität Braunschweig, Hans-Sommer-Str. 66, 38106 Braunschweig, Germany, Tel.: +49 (0) 531 391-3855

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, Samuel Monshausen

Samuel Monshausen worked in his master's thesis (M.Sc.) on the 3D printing of conductive filaments at the Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik at the TU Braunschweig. In the meantime he finished his studies in electrical engineering and is working in the industrial sector.

Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik, Technische Universität Braunschweig, Hans-Sommer-Str. 66, 38106 Braunschweig, Germany

and Meinhard Schilling

Meinhard Schilling received his diploma in physics in 1989 and his PhD (Dr. rer. nat.) in physics in 1992 at the Universität Hamburg. After obtaining the postdoctoral lecture qualification in 1998 he worked as an assistant professor at the Universität Hamburg. Since 2001 Meinhard Schilling is employed at the TU Braunschweig as a full professor and head of the Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik.

Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik, Technische Universität Braunschweig, Hans-Sommer-Str. 66, 38106 Braunschweig, Germany, Tel.: +49 (0) 531 391-3866

From the journal tm - Technisches Messen

Abstract

In consequence of the growing diversity of materials in the fused deposition modeling 3D printing technique, electrically conductive materials are commercially available. In this work two filaments based on thermoplastics filled with carbon or metal nanoparticles are analyzed in terms of their electrical conductance. The printing parameters to process the materials with the 3D printer are optimized with the design of experiments (DoE) method. A model to calculate the resistance of such 3D printed structures is presented and a demonstrator as a proof of concept was 3D printed based on these results. In addition, 3D printing of capacitors is investigated.

Zusammenfassung

In Folge einer immer größer werdenden Materialvielfalt im Bereich des 3D-Druckverfahrens Fused Deposition Modeling, sind mittlerweile auch elektrisch leitfähige Materialien kommerziell erhältlich. In dieser Arbeit werden zwei Filamente auf Basis von mit Kohlenstoff- bzw. Metallnanopartikeln gefüllten Thermoplasten auf die erreichbare Leitfähigkeit untersucht. Mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung werden die Druckparameter zur Verarbeitung der Materialien optimiert. Es wird ein Modell zur Berechnung des Widerstands von gedruckten Strukturen präsentiert und basierend auf diesem Modell ein Demonstrationsobjekt erstellt. Zusätzlich wird auch der 3D-Druck von Kapazitäten untersucht.

About the authors

Benedikt Hampel

Benedikt Hampel finished his master studies in electrical engineering (M.Sc.) at the TU Braunschweig in 2013. He then started to work as a research assistant and PhD student at the Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik at the TU Braunschweig. His main research focuses are on the topics THz microscopy and additive manufacturing.

Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik, Technische Universität Braunschweig, Hans-Sommer-Str. 66, 38106 Braunschweig, Germany, Tel.: +49 (0) 531 391-3855

Samuel Monshausen

Samuel Monshausen worked in his master's thesis (M.Sc.) on the 3D printing of conductive filaments at the Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik at the TU Braunschweig. In the meantime he finished his studies in electrical engineering and is working in the industrial sector.

Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik, Technische Universität Braunschweig, Hans-Sommer-Str. 66, 38106 Braunschweig, Germany

Meinhard Schilling

Meinhard Schilling received his diploma in physics in 1989 and his PhD (Dr. rer. nat.) in physics in 1992 at the Universität Hamburg. After obtaining the postdoctoral lecture qualification in 1998 he worked as an assistant professor at the Universität Hamburg. Since 2001 Meinhard Schilling is employed at the TU Braunschweig as a full professor and head of the Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik.

Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik, Technische Universität Braunschweig, Hans-Sommer-Str. 66, 38106 Braunschweig, Germany, Tel.: +49 (0) 531 391-3866

Acknowledgement

We gratefully acknowledge support by the Braunschweig International Graduate School of Metrology B-IGSM and the DFG Research Training Group GrK1952/1 “Metrology for Complex Nanosystems”.

Received: 2016-11-15
Revised: 2017-2-12
Accepted: 2017-2-14
Published Online: 2017-3-13
Published in Print: 2017-9-26

©2017 Walter de Gruyter Berlin/Boston

Downloaded on 7.12.2022 from frontend.live.degruyter.dgbricks.com/document/doi/10.1515/teme-2016-0057/html
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