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Stand der Technik
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Es sind bereits Verfahren zur Herstellung eines keramischen Sensorelements bekannt, bei denen ungesinterte („grüne“) Folien aus stabilisiertem Zirkonoxid oder Aluminiumoxid, beispielsweise per Siebdruck, mit Metall- und Keramikschichten versehen, zum Beispiel per Bohr- oder Stanzprozessen mit Durchkontaktierkanälen versehen und dann miteinander laminiert und schließlich gemeinsam gesintert werden. Durch diese Abfolge der Prozessschritte werden nach dem bekannten Stand der Technik keramische Sensorelemente aufgebaut und in ihnen Heizer- und Elektrodenstrukturen ausgebildet.
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Diese Verfahren haben sich zwar in der Vergangenheit vielfach bewährt, erfordern jedoch Kompromisslösungen bei gegenläufigen Funktions- und Belastbarkeitsanforderungen und stoßen somit bei weiterer Produktoptimierung an ihre Grenzen. Zum Beispiel sinkt die Belastbarkeit in Bereichen mit Durchkontaktierkanälen, deren minimaler Durchmesser durch den Kontaktierungsprozess limitiert ist. Schwankungen von Funktionswerten innerhalb eines Loses resultieren aus Schwankungen während des Siebdrucks (Schichtdicke, Versatz, etc.). Weitere Miniaturisierungen, z.B. für eine schnellere Regelbereitschaft, scheitern an diesen Grenzen der Siebdruck- und Folientechnologie.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass unter Einsatz generativer Fertigungsverfahren weit reichende Möglichkeiten zur weiteren Optimierung und Miniaturisierung keramischer Sensorelemente gegeben sind.
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Der generative Aufbau bietet signifikante Vorteile gegenüber dem bekannten Stand der Technik, insbesondere eine hohe Geometriefreiheit bezüglich des Designs des Sensorelements. So sind z.B. spiralförmige bzw. bogenförmige Strukturen oder innenliegende Hohlräume möglich, die bisher drucktechnisch nicht herstellbar waren. Der Keramikkörper besteht beispielsweise aus ionisch- oder elektronisch leitenden (z.B. YSZ oder Fe-dotiertem Al2O3) und isolierenden Bereichen (z.B. Al2O3) und ferner aus außen- und innenliegenden Strukturmerkmalen. Für jedes Designelement können jeweils optimierte Verfahren und Materialien, auf die nachfolgend noch näher eingegangen wird, bereit gestellt werden. Es ergeben sich jeweils zusätzlich spezifische Vorteile bezüglich Prozesssicherheit und Kosten.
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Insbesondere können vorgesehen sein: Formkörper mit inneren Strukturen und Hohlräumen, die mit hoher Reproduzierbarkeit fertigbar und folglich geringe Toleranzen in der Funktion aufweisen; einfach integrierbare gradierte Schichten; Funktionselemente mit besonders kleinen Bauteilvolumen und geringen thermischen Massen, die rasch aufheizbar sind und geringe Materialkosten, insbesondere für Edelmetalle, ermöglichen.
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Der Einsatz generativer Verfahren hat ferner die Vorteile, dass Abfälle vermieden werden, da zumeist nur eingebrachte Materialien eingesetzt werden, sehr feine Strukturen möglich sind, beispielsweise mit Aspektverhältnissen von 1:1, beispielsweise von Leiterbahngeometrien mit Abständen kleiner 10 µm. Es lassen sich 3D-Kontaktierungen ohne Kavität realisieren, ferner sind frei strukturierbare Außenkonturen, 3D-Geometrien zur Abdichtung und/oder zum Verbau (z.B. Dichtkonus) in situ fertigbar. Es lassen sich Thermoschockschutzschichten ohne separaten Prozess integrieren.
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Durch Verwendung von besonders feinen Rohstoffen (zum Beispiel Durchmesser kleiner 1µm) kann eine Sintertemperatur auf 1300°C und darunter abgesenkt werden. Weiterhin lassen sich somit aktivere Elektroden realisieren und Herstellkosten senken, insbesondere Energiekosten minimieren. Optional können im Rahmen des generativen Fertigungsverfahrens weitere Komponenten, beispielsweise ein Schutzrohr, gleichzeitig oder ggf. in einen zweiten Arbeitsschritt integriert werden.
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Der Einsatz generativer Verfahren ermöglicht den Wegfall einer Vielzahl vormals erforderlicher Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise Schleifen, insbesondere der Kanten von keramischen Sensorelementen, Schneiden, Stanzen, Laminieren, Saugen, beispielsweise zur Herstellung von Durchkontaktierungen. Separate Schritte zur Herstellung von Beschichtungen, beispielsweise Plasma- und Sprühverfahren, und die Handhabung von Grünfolien und Lösungsmitteln können zumindest teilweise entfallen.
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Generative Verfahren, auch additive Verfahren oder 3-D Druck genannt, werden dabei im Sinne der VDI-Richtlinie VDI 3404 von 12/2009 von den konventionellen Verfahren abgegrenzt. Insbesondere erfolgt bei generativen Verfahren die Fertigung ohne Verwendung von Formen, Masken oder Halbzeugen, insbesondere durch eine Fertigungseinrichtung, die ein lediglich als elektronischer Datensatz vorhandenes Modell des herzustellenden Produkts (beispielsweise CAD-Modell) direkt umsetzt.
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Generative Verfahren unterliegen derzeit einer raschen technologischen Fortentwicklung und haben ein erhebliches technologisches Potential. Insofern ist zur Herstellung von bereits bekannten, vorliegend offenbarten und zukünftigen Abgassensoren und deren Strukturelementen stets neben den bereits bekannten und den vorliegend offenbarten Fertigungstechnologien auch der in den nächsten Jahren zu erwartende weitere technologische Fortschritt auf dem Gebiet der generativen Fertigungsverfahren zur Realisierung der genannten Vorteile besonders zwingend heranzuziehen.
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In Weiterbildung der Erfindung wird durch das generative Fertigungsverfahren ein keramischer Grünkörper des gesamten Sensorelements aufgebaut. Auf diese Weise erfolgt der Aufbau des Grünkörpers in einem einzigen, insbesondere automatisierten, Verfahrensschritt. Selbstverständlich können auch mehrere verschiedene generative Fertigungsverfahren gleichzeitig oder nacheinander angewendet werden. Die Herstellung einer Vielzahl von Grünkörpern parallel ist ohne weiteres möglich. Bevorzugt erfolgt eine nachfolgende Sinterung, beispielsweise in einem Ofen bei über 1000°C.
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Alternativ ist es auch möglich, lediglich ein Funktionselement des keramischen Sensorelements mit dem generativen Verfahren aufzubauen. In Weiterbildung kann das Funktionselement des keramischen Sensorelements nachfolgend zusammen mit einem konventionell hergestellten Grünkörper eines Trägerelements des keramischen Sensorelements gesintert werden. Diese Variante gewährleistet eine erhöhte Produktivität bei gleichzeitig optimierter Funktionalität des Funktionselements. Es stellt insbesondere eine günstige Alternative dar, solange generative Fertigungsverfahren konventionellen Fertigungsverfahren hinsichtlich ihrer Bearbeitungsgeschwindigkeit noch unterlegen sind.
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Zur Herstellung von keramischen Grünkörpern bevorzugte generative Fertigungsverfahren sind beispielsweise Inkjet-Verfahren als 3D-Druck, Multi Jet Modelling (MJM) bzw. Poly Jet Modelling (PJM), Fused Deposition of Ceramics/Metals (FDM/FDC), Omnidirectional Printing (OP), Coextrusion Printing (CP), Lithography-based und Ceramic Manufacturing (LCM).
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Alternativ ist auch der Einsatz thermisch generativer Fertigungsverfahren, insbesondere Electron Beam Melting (EBM) oder Selective Laser Sintering / Melting (SLS/SLM) möglich. Der Verfahrensschritt einer nachfolgenden Sinterung wird auf diese Weise entweder verzichtbar oder zumindest verkürzt.
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In Weiterbildung wird durch das thermisch generative Fertigungsverfahren das gesamte keramische Sensorelements aufgebaut. Auf diese Weise erfolgt der Aufbau des Grünkörpers in einem einzigen, insbesondere automatisierten, Verfahrensschritt. Selbstverständlich können auch mehrere verschiedene generative Fertigungsverfahren gleichzeitig oder nacheinander angewendet werden. Die Herstellung einer Vielzahl von keramischen Sensorelementen parallel ist ohne weiteres möglich.
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Alternativ ist es auch möglich, lediglich ein Funktionselement des keramischen Sensorelements mit dem thermisch generativen Verfahren aufzubauen und nachfolgend insbesondere mit einem gesinterten keramischen Trägerelement stoffschlüssig zu verbinden. Diese Variante gewährleistet eine erhöhte Produktivität bei gleichzeitig optimierter Funktionalität des Funktionselements. Es stellt insbesondere eine günstige Alternative dar, solange generative Fertigungsverfahren konventionellen Fertigungsverfahren hinsichtlich ihrer Bearbeitungsgeschwindigkeit noch unterlegen sind.
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Es hat sich als zielführend herausgestellt, bei dem generativen Aufbau von genau oder zumindest drei Ausgangssubstanzen auszugehen. So findet bevorzugt eine Ausgangssubstanz mit hoher ionischer und elektronischer Isolationsfähigkeit (zum Beispiel Aluminiumoxid) Verwendung. Ferner findet bevorzugt eine Ausgangssubstanz mit hoher ionischer Leitfähigkeit (zum Beispiel Zirkonoxid) Verwendung. Ferner findet eine Ausgangssubstanz mit hoher elektronischer Leitfähigkeit (zum Beispiel ein Edelmetall, zum Beispiel Platin) Verwendung.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine vierte Ausgangssubstanz hinzutreten, die sich unter Wärmeeinwirkung zersetzt, so dass ein Hohlraum oder eine poröse Struktur in dem keramischen Sensorelement entsteht, beispielsweise Kohlenstoff, bevorzugt in Form von Glaskohle. Weitere Ausgangssubstanzen können zusätzlich verwendet werden.
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Insbesondere haben sich zur Herstellung eines keramischen Sensorelement für einen Abgassensor generative Verfahren bewährt, die ausschließlich von einer aluminiumoxidhaltigen Ausgangssubstanz, einer zirkonoxidhaltigen Ausgangssubstanz, einer platinhaltigen Ausgangssubstanz und optional einer kohlenstoffhaltigen Ausgangssubstanz ausgehen. Optional kann vorgesehen sein, dass die Ausgangssubstanzen vor der Applikation zumindest teilweise miteinander gemischt werden.
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Durch die generativen Fertigungsverfahren können im Zusammenhang mit keramischen Sensorelementen für Abgassensoren die eingangs geschilderten Limitierungen überwunden werden und es lassen sich keramische Sensorelemente mit einer Vielzahl von nicht vorbekannten Strukturmerkmalen und/oder mit vormals nicht herstellbaren Strukturmerkmalen realisieren.
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Die oben bereits erwähnten Strukturelemente bzw. Strukturelemente sind insbesondere dreidimensional im und/oder am Sensorelement erstreckt, insbesondere ohne Vorzugsrichtung, ohne Vorzugsebene und/oder losgelöst von einer durch das keramische Sensorelement gegebenenfalls vorgegebenen planaren, zylindrischen und/oder zylinderähnlichen Schichtstruktur.
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Die Strukturelemente weisen hierbei insbesondere eine stufenförmige, abgeschrägte, pyramidenförmige, pilzförmige, spiralförmige, gitterförmige, schwammförmige, sägezahnförmige, scharfkantige, sich überkreuzende und/oder anderweitig komplexe Struktur auf.
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Die Strukturelemente sind hierbei insbesondere aus mindestens zwei Teilelementen zusammengesetzt, die jeweils eben und untereinander abgewinkelt sind.
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Die Strukturelemente können dabei jeweils unterschiedliche Funktionselemente des Sensorelements darstellen. Es kann sich beispielsweise um eine Oberfläche des keramischen Sensorelements oder um eine Schichtebene, insbesondere eine Haftschicht, des keramischen Sensorelements, um eine Elektrode, um eine elektrische Leiterbahn, um mehrere elektrische Leiterbahnen, um einen elektrischen Widerstandsheizer, um einen Hohlraum, um einen mit einem porösen Material gefüllten Raum, um einen Teilbereich des keramischen Sensorelements und/oder um das keramische Sensorelement selbst handeln.
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Derartige Strukturelemente und keramische Sensorelemente mit derartigen Strukturelementen können durch generative Fertigungsverfahren hergestellt werden, wobei insbesondere zunächst eine grüne Keramik aufgebaut wird und in einem anschließenden Verfahrensschritt eine Sinterung der grünen Keramik erfolgt, aus der das Strukturelement bzw. das keramische Sensorelement hervorgeht.
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In Fortbildung kann vorgesehen sein, dass die Sinterung der grünen Keramik zusammen mit einem grünen keramischen Trägerelement erfolgt, wobei aus der gesinterten grünen Keramik und dem gesinterten grünen keramischen Trägerelement das keramische Sensorelement hervorgeht.
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In weiterer Fortbildung kann ein Verfahrensschritt vorgesehen sein, in dem das grüne keramische Trägerelement auf Basis eines konventionellen Verfahrens, insbesondere auf Basis einer Folientechnik und/oder Dickschichttechnik, bereitgestellt wird.
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Es kann insbesondere ein Verfahrensschritt vorgesehen sein, in dem die grüne Keramik als Inlay in das grüne keramische Trägerelement eingebracht wird.
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Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Abgassensors.
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2 eine schematische Darstellung eines keramischen Sensorelements für einen Abgassensor.
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Die 3 bis 9 zeigen Beispiele von Strukturelementen, die in keramischen Sensorelementen vorgesehen sein können und durch generative Verfahren günstigerweise herstellbar sind.
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Die 10 und 11 zeigen Ablaufdiagramme erfindungsgemäßer Fertigungsverfahren.
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Ausführungsformen
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1 zeigt im Überblick und schematisch exemplarisch einen Abgassensor 2 mit einem keramischen Sensorelement 16, das zumindest teilweise durch generative Fertigungsverfahren herstellbar ist. Das Sensorelement 16 ist in 2 nochmals detaillierter dargestellt. Gezeigt ist das Sensorelement 16 einer an sich bekannten Lambdasonde. Gleichwohl sind natürlich auch andere Sensoren 2 herstellbar, beispielsweise Sensoren 2, die auf einem potentiometrischen, amperometrischen und/oder auf einem resistiven Messprinzip beruhen.
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Dieser Abgassensor 2 weist ein Gehäuse 11 auf, das aus einem massiven Gehäusekörper 12 aus Metall mit einem Schraubgewinde 14 und mit einem Montagesechskant 13 und einer auf den Gehäusekörper 12 aufgeschobenen und mit diesem fest verbundenen Schutzhülse 15 mit einem gehäusekörperfernen Endabschnitt 151 besteht. Im Gehäuse 11 ist das Sensorelement 16 angeordnet, das mit einem messgasseitigen Ende 118 aus dem Gehäuse 11 vorsteht und dort von einem Gasdurchtrittslöcher 18 aufweisenden Schutzrohr 17 überdeckt wird, das am Gehäusekörper 12 befestigt ist. An dem vom messgasseitigen Ende 118 abgekehrten, anschlussseitigen Ende 116 trägt das Sensorelement 16 Kontaktflächen 128, 130, die über Leiterbahnen mit am messgasseitigen Ende 118 angeordneten Messelektroden 126 verbunden sind. Auf die Kontaktflächen 128, 130 sind die, beispielsweise mit einer Isolierung 19 umschlossenen, elektrischen Leiter 20 von Anschlusskabeln 21 kontaktiert. In diesem Ausführungsbeispiel ist zur Kontaktierung von Kontaktflächen 128, 130 und elektrischen Leitern 20 ein zweiteiliger, keramischer Klemmkörper 22 vorgesehen, der außen von einem Federelement 23 umschlossen ist und die elektrischen Leiter 20 kraftschlüssig auf die Kontaktflächen des Sensorelements 16 aufpresst. Der keramische Klemmkörper 22 ist an der Schutzhülse 15 radial abgestützt.
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Bei dem planaren Sensorelement 16 kann es sich beispielsweise um ein Sensorelement 16 mit einem ebenen keramischen Schichtaufbau handeln. Andere Ausgestaltungen sind jedoch prinzipiell möglich, beispielsweise kann das Sensorelement auch mittels keramischem Spritzguss hergestellt sein oder mitels Verfahrensschritten, die an sich aus der Halbleiterfertigung bekannt sind und/oder aus der Herstellung von MEMS und oder MECS bekannt sind, hergestellt sein.
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An dem Sensorelement 16 einstückig angeformt ist ein das Sensorelement 16 zumindest teilweise umschließendes Dichtelement 114. Bei dem Dichtelement 114 kann es sich beispielsweise um ein keramisches Dichtelement 114 handeln. Das Dichtelement 114 trennt eine Anschlussseite 116 des Sensorelements 16 von einer mit dem fluiden Medium aus dem Messraum beaufschlagbaren Messseite 118 des Sensorelements 16. Diese Trennung sollte vorzugsweise fluiddicht abdichten.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich exemplarisch um ein konisches Sensorelement 16 mit abgerundeten Kanten 124. Dadurch kann das Sensorelement 16 Wärme gut ableiten und Spannungen während der Herstellung gut aufnehmen und/oder einen Aufbau von Spannungen zumindest reduzieren.
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Das dargestellte Dichtelement 114 ist vorzugsweise ringförmig ausgestaltet und kann während der Herstellung des dargestellten Sensors 2, insbesondere zunächst verformbar, ausgestaltet sein, insbesondere in Form eines verformbaren Keramikkörpers, insbesondere als keramischer Grünling oder Braunling. Nach oder während der Herstellung kann das Dichtelement 114 mindestens einem Wärmebehandlungsschritt unterzogen werden, insbesondere mindestens einem Sinterschritt. Andere als die hier dargestellte Ausführung eines Dichtelements 114 sowie dessen Positionierung sind jedoch grundsätzlich möglich.
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Das Sensorelement 16 kann eine Länge von 15mm–40mm aufweisen. Höhe und Breite des Sensorelements 16 (ohne Dichtelement 114) liegen im Bereich von 2mm–10mm. Das Dichtelement 114 kann einen Durchmesser von 3mm bis 30mm aufweisen.
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Die 3 bis 9 zeigen Beispiele von Strukturelementen, die in dem keramischen Sensorelement 16 vorgesehen sein können und durch generative Verfahren günstigerweise herstellbar sind.
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3 zeigt im unteren Teil einen dimensionstabilen Hohlraum 201, beispielsweise eine an sich bekannte Diffusionsbarriere einer Lambdasonde. Der Vorteil der Erzeugung derartiger Strukturen mittels generativer Verfahren im Vergleich zum konventionellen Siebdruck besteht darin, dass auf die Verwendung von Hohlraumpasten, die in Sinterprozessen zersetzt werden bzw. verdampfen, verzichtet werden kann. Stattdessen kann mit den generativen Verfahren der Hohlraum definiert durch Aussparen des Materials, also direkt, eingebracht werden. Insbesondere kann eine Deformation derartiger Hohlräume wie sie bei Verwendung konventioneller Verfahren gelegentlich auftritt (ober Teil, mit Bezugszeichen 201‘ zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt) vermieden werden.
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Verschiedene räumliche Anordnungen von Hohlräumen 201 und porösen Bereichen 202 (beispielsweise Diffusionsbarrieren) innerhalb eines Sensorelements 16 sind in 4 exemplarisch dargestellt. Andere Anordnungen und Kombinationen wählt der Fachmann nach Bedarf. Mittels generativer Verfahren können solche Strukturen ohne nennenswerten Zusatzaufwand innerhalb eines Sensorelements 16 eingebracht werden.
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5 zeigt Beispiele für spiralförmige Strukturen: Teil a: Eine spiralförmig um eine elektrochemische Zelle 209 herumgeführte Widerstandsleiterbahn 203; Teil b: Eine spiralförmig um ein Sensorelement 16 herum geführte Widerstandsleiterbahn 203; Teil c: Eine spiralförmiger Kanal 204, der in einem Sensorelement 16 dazu dient, Referenzluft zuzuführen. Auch spiralförmige Strukturen können mittels generativer Verfahren ohne nennenswerten Zusatzaufwand innerhalb eines Sensorelements 16 eingebracht werden.
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6 zeigt zwei Leiterbahnen 205a, 205b, die sich bei hoher Designfreiheit isoliert zueinander überkreuzen und ebenfalls mittels generativer Verfahren ohne nennenswerten Zusatzaufwand innerhalb eines Sensorelements 16 eingebracht werden können.
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7 zeigt zwei Beispiele für dreidimensionale Oberflächenstrukturen 206. Mittels derartiger Strukturen lässt sich beispielsweise die Oberfläche von Elektroden und somit deren Aktivität vergrößern. Auch die Optimierung von Hafteigenschaften für weitere Beschichtungen ist auf diese Weise möglich. Auch derartige Oberflächenstrukturen 206 lassen sich mittels generativer Verfahren ohne nennenswerten Zusatzaufwand in oder an einem Sensorelement 16 herstellen.
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8 zeigt ein abgeschrägtes bzw. stufenförmig ausgebildetes Sensorelement 16. 9 zeigt eine als Gitterstruktur 207 ausgebildete Widerstandleiterbahn 203 oder Elektrode. Auch diese Strukturelemente 16, 203, 207 lassen sich mittels generativer Verfahren ohne nennenswerten Zusatzaufwand in oder an einem Sensorelement 16 herstellen.
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Selbstverständlich sind die vorangehend gezeigten geometrischen Formen für die verschiedenen Funktionselemente der Abgassensoren 2 weiter untereinander kombinier- und modifizierbar. Ein Mehraufwand zur Fertigung tritt hierbei unter Anwendung generativer Herstellverfahren in aller Regel nicht auf.
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Zur Herstellung der gezeigten Sensoren 2 und deren Strukturelemente können unterschiedliche Verfahren zum Einsatz kommen.
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In einem ersten Beispiel (10) werden hierfür in einem ersten Verfahrensschritt 1001 zunächst Grünkörper aufgebaut, beispielsweise wird hierfür der Tintenstrahldruckprozess oder Inkjet-Verfahren als 3D-Druck eigesetzt. Hierfür ist die Verwendung eines Jet-Düsenkopfes oder die Verwendung mehrerer zusammengesetzter Jet-Düsenköpfe zu einem Mehrmaterialkopfsystem, das bis zu 10 Materialsysteme zu verdüsen vermag, vorgesehen. Alternativ können jüngst entwickelte 3D-Technologien wie Multi Jet Modelling (MJM) bzw. Poly Jet Modelling (PJM) verwendet werden.
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Dabei werden Tinten, also keramisch oder metallisch oder gemischt metallkeramisch, insbesondere photosensible, gefüllte Fluide und/oder mit Porenbildner gefüllte, insbesondere photosensible, Fluide über Druckkopfdüsen auf Träger flächig oder strukturiert aufgesprüht. Hierbei werden diese Tinten typischerweise mit piezoelektrischen Bauelementen oder mit Mikroerhitzer erwärmt, so dass Tintentröpfchen unter Druck aus einer Düse ausgestoßen werden. Bei den Jet Systemen kann auch mit mehreren Materialien und deren Mischungen gedruckt werden.
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Folgende Fluide sind bevorzugt: Polyvinylbutyral (PVB), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyacrylate (PA) und Ethylcellulose (EC). Ferner UV-härtende Systeme wie beispielsweise Acrylate (z.B.:Polyesteracrylate, Polyetheracrylate, Epoxidacrylate, Urethanacrylate, Acrylester, Methacrylester) oder ungesättigte Polyester, cycl. Vinylamide, Vinylether, etc. Eine zusätzliche Zugabe von geeigneten Photoinitiatoren kann vorgesehen sein.
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Die Tinten weisen Feststoffanteile von 25 bis 90 Masseprozent auf. Die Feststoffe sind dabei insbesondere Edelmetalle, YSZ-Material mit 3 bis 11 mol% Y2O3; M stabilisiertes Zirkonoxid (mit M = Sc, Mg, Ca oder Ce); Hohlaumbildner, beispielsweise Glaskohle, Aluminiumoxid und/oder dergleichen.
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Als mögliche 3D-Druckverfahren zum Aufbau von Grünkörpern kommen ferner einzeln oder in Kombination miteinander ferner auch in Frage: Fused Deposition of Ceramics/Metals (FDM/FDC), Multi Jet Modeling (MJM), Omnidirectional Printing (OP), 3D-Siebdruck, Coextrusion Printing (CP) und Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM).
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In einem zweiten Verfahrensschritt 1002 werden durch UV-Belichtung in den Fluiden enthaltene Monomere zu Polymeren vernetzt und somit fixiert. Es entsteht ein keramischer Grünkörper. Alternativ können die Tinten auch in einem thermischen Verfahren fixiert werden.
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In einem anschließenden Verfahrensschritt 1003 erfolgt eine Sinterung der keramischen Grünkörper, beispielsweise bei 1300°C aus dem das fertige Sensorelement 16 hervorgeht.
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In einem alternativen Beispiel (11) werden keramische Sensorelemente 16 mittels thermischer Verfahren ohne anschließenden separaten Sinterprozess hergestellt, beispielsweise mittels Electron Beam Melting (EBM) und/oder Selective Laser Sintering / Melting (SLS/SLM). Im Unterschied zum ersten Beispiel werde die Feststoffe hierbei nicht in eine Polymermatrix eingebunden, sondern in einem ersten Verfahrensschritt 1101 in einer dünnen Schicht aufgerakelt und in einem zweiten Verfahrensschritt 1102 lokal über einen Laser oder Elektrodenstrahl versintert. Diese Verfahrensschritte werden solange abwechselnd ausgeführt, bis das Sensorelement 16 vollständig aufgebaut ist.
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Da bei diesem zweiten Beispiel kein separater, nachgelagerter Sinterprozess mehr erforderlich ist, können je nach Anforderung an das Sensorelement 16 Edelmetalle, zum Beispiel Platin, durch weniger edle Stoffe (z.B. Au, Ag, Ti, ...) ersetzt werden. Falls ein Sauerstoffzutritt ausgeschlossen werden kann, können auch oxidationsempfindliche Materialien, wie z.B. Kupfer, eingesetzt werden.
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In alternativen Beispielen kann gleichwohl doch noch ein separater, nachgelagerter Sinterprozess vorgesehen sein, der allerdings im Vergleich zum herkömmlichen Stand der Technik, bei verminderter Temperatur und verkürzt erfolgen kann.
