Forschung

Best Paper Award 2025

26th International Conference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems (EuroSimE 2025), Utrecht, Niederlande

Best Paper Award 2025 EuroSimE Philippin

Der gemeinsame Konferenzbeitrag "Numerical Analysis of Electrohydrodynamic Continuous Jet Printing for High-Precision Patterning of Wearable Sensor Elements" von Nadine Philippin^1,2, Ingo Kühne¹, Alexander Frey³ und Gabriele Schrag² zu aktuellen Forschungsergebnissen im Bereich der multiphysikalischen Simulation des elektrohydrodynamichen Drucks wurde auf der diesjährigen International Conference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems (EuroSimE) mit dem Best Paper Award ausgezeichnet!

¹Hochschule Heilbronn, ² Technische Universität München, Professur für Mikrosensorik und -aktorik, ³ Technische Hochschule für Angewandte Wissenschaften Augsburg

Aktuelle Forschungsergebnisse im IEEE Journal on Flexible Electronics (J-FLEX) veröffentlicht (2024)

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Neueste Forschungsergebnisse auf der COMSOL-Conference 2024 in Florenz, Italien, vorgestellt (10/2024)

Auf der COMSOL-Conference 2024 in Florenz, Italien, konnten aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich der numerischen Analyse hyperelastischer Materialien für Sensorapplikationen sowie der Manipulation von Partikeln auf Basis magnetophoretischer Prozesse präsentiert werden. Aus diesen Forschungsarbeiten sind zwei korrespondierende Publikationen hervorgegangen:

Nadine Philippin, Alexander Frey & Ingo Kuehne (2024): Numerical Analysis of Hyperelastic Material Behavior Towards Shape-Adjustable Sensor Devices, COMSOL Conference, Florenz, Italien.
Ingo Kuehne, Nadine Philippin & Alexander Frey (2024): Magnetic Particle Separation in a Liquid Column Based on Magnetophoresis, COMSOL Conference, Florenz, Italien.

Aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich des "Elektrohydrodynamischen Drucks von flexiblen und dehnbaren Sensorkomponenten" auf der IEEE International Conference on Flexible Printable Sensors and Systems 2024 in Tampere, Finnland, präsentiert (07/2024)

Die Hochschule Heilbronn hat gemeinsam mit der Technischen Universität München auf der IEEE International Conference on Flexible Printable Sensors and Systems 2024 in Tampere, Finnland, aktuelle Forschungsergebnisse hinsichtlich dem Elektrohydrodynamischen (EHD) Druck von flexiblen und dehnbaren Sensorkomponenten präsentiert. Dabei konnte im Zuge der korrespondierenden Publikation

Philippin, N., Kuehne, I. & Schrag, G. (2024): Electrohydrodynamic Printing of Conductive Microstrips on Hyperelastic Substrates for Fabrication of Flexible and Stretchable Sensors, IEEE FLEPS 2024, Tampere, Finnland.

die kosteneffizente Herstellung filigraner, leitfähiger Silberstrukturen in Form von Linien- und Mäander-Arrays auf hyperelastischen Substratmaterialien, wie bspw. thermoplastischem Polyurethan (TPU), aufgezeigt werden. Diese dienen als Sensorkomponenten und adressieren perspektivisch unter anderem Applikationen im Bereich der medizinischen Sensorik, insbesondere zur Überwachung verschiedener Körperfunktionen, da sich diese durch ihre hohe Deformierbarkeit jeglicher Körperkontur anpassen können. Hierfür wurde im D2P-Labor ein EHD-Drucksystem erfolgreich realisiert, mit dem künftig der Druck individualisierbarer und miniaturisierter Sensor-Layouts ermöglicht wird.

Forschungsergebnisse im Bereich "Manipulation von Partikeln auf Basis dielektrophoretischer Prozesse" auf der COMSOL-Conference 2023 in München vorgestellt (10/2023)

Auf der diesjährigen COMSOL-Conference 2023 in München konnten aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich der Manipulation von Partikeln auf Basis dielektrophoretischer Prozesse präsentiert werden. Im Rahmen der korrespondierenden Publikation

Kuehne, I., Philippin, N. & Frey, A. (2023): Frequency-controlled Manipulation Of Particles In A Liquid Column Based On AC Dielectrophoresis, COMSOL Conference, München.

wurde die Thematik einer frequenzgesteuerten Manipulation von sinkenden Partikeln in einer stationären Flüssigkeitssäule, basierend auf AC Dielektrophorese, wissenschaftlich untersucht. In diesem Zusammenhang wurden die physikalischen Grundlagen der Dielektrophorese eingehend beleuchtet, wobei insbesondere die radiusabhängige elektrische Leitfähigkeit von dielektrischen Partikeln Berücksichtigung fand. Multiphysikalische Simulationen (FEM) veranschaulichten hier die vertikale Separation von Partikeln aufgrund der einwirkenden Schwerkraft. Überdies wurde die frequenz- und amplitudengesteuerte horizontale Ablenkung von Partikeln als Funktion ihrer Partikelgröße numerisch analysiert. Auf diese Weise konnte eine flexible Methode zur dielektrischen Partikelmanipulation entsprechend ihrer Größe durch Simulationen verifiziert werden.

Forschungsergebnisse im Bereich "Hochauflösende Elektrohydrodynamische Drucktechnologie" auf dem MikroSystemTechnik Kongress 2023 in Dresden veröffentlicht (10/2023)

Auf dem renommierten MikroSystemTechnik Kongress wurden im Oktober 2023 aktuelle Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der hochauflösenden Elektrohydrodynamischen (EHD) Drucktechnologie vorgestellt. Im Rahmen der korrespondierenden Publikation

Philippin, N., Kuehne, I. & Schrag, G. (2023): Electric-Field-Assisted Printing Technology for Enhanced Patterning of Micro- and Nanostructures, Mikrosystemtechnik-Kongress, Dresden, S. 205-210.

konnte ein vielversprechendes und gleichermaßen ressourceneffizientes generatives Fertigungsverfahren präsentiert werden, das den aktuellen Herausforderungen bei der Fabrikation mikro- und nanoskaliger Strukturen, bspw. zur Herstellung von Sensorkomponenten oder poröser Medien, in besonderem Maße begegnet. Durch dieses neuartige, maskenlose Verfahren kann die Druckauflösung, im Vergleich zu etablierten Ansätzen wie dem Inkjet-Printing, um etwa zwei bis drei Größenordnungen übertroffen werden. Die vorliegende Arbeit thematisiert dabei u.a. die multiphysikalische Simulation des zugrundeliegenden Druckprozesses auf Basis der Finiten-Elemente-Methode (FEM) unter Berücksichtigung relevanter material-, prozess- sowie systemspezifischer Einflussparameter. Des Weiteren wurde die Prozessfähigkeit anhand des Aufbaus eines EHD-Systems im Labormaßstab nachgewiesen. Der auf dem physikalischen Prinzip des "Taylor-Melcher leaky dielectric model" fußende Prozess gestattet eine gezielte Transformation von größeren Fluidtropfen zu einem filigranen Druckstrahl bzw. zu infinitesimal kleinen Fluidtröpfchen unter dem Einfluss elektrischer Felder. In diesem Zusammenhang kann sowohl ein kontinuierliches Drucken als auch ein Drop-on-Demand (DoD) Druck realisiert werden. Das enorme Spektrum an Druckmedien, welches u.a. funktionale Tinten, dielektrische Medien oder auch Biomoleküle umfasst, ebnet in diesem Zusammenhang den Weg zur Realisierung gänzlich neuer Applikationen in der Sensorik, Elektronik oder der Biomedizintechnik.

Die Publikation wurde im Rahmen eines kooperativen Promotionsvorhabens vorgestellt. Promotionsführende Einrichtung ist hierbei die Technische Universität München. Die wissenschaftliche Begleitung seitens der TU München erfolgt duch Frau Prof. Dr. rer. nat. habil. Gabriele Schrag, Inhaberin der Professur für Mikrosensorik und -aktorik (ehemals Lehrstuhl für Technische Elektrophysik). An der Hochschule Heilbronn wird das Vorhaben durch Herrn Prof. Dr.-Ing. Ingo Kühne betreut.

Förderprojekt im Bereich hochauflösender generativer Fertigungsverfahren bewilligt (06/2023)

Projekt "nanoPrint" (Laufzeit: 06/2023-05/2025)

Die Stiftung zur Förderung der Reinhold-Würth-Hochschule hat im Juni 2023 das Projekt "nanoPrint" mit einer Laufzeit von 24 Monaten bewilligt. Unter der Projektleitung von Prof. Dr.-Ing. Ingo Kühne wird in diesem Zusammenhang ein prototypischer Laboraufbau zur wissenschaftlichen Untersuchung einer hochauflösenden generativen Fertigungstechnologie nach dem Prinzip des elektrohydrodynamischen Drucks (EHD) konzipiert und realisiert.

Das Vorhaben adressiert dabei insbesondere die sukzessiv steigenden Anforderungen im Bereich der Mikro- und Nanofabrikation zur Umsetzung individualisierbarer und kosteneffizienter Lösungen für miniaturistierte elektronische Komponenten. Im Gegensatz zu etablierten subtraktiven (photolithografischen) Verfahren, welche im Allgemeinen mit zeit- und kostenintensiven Prozessschritten in Reinraumumgebungen einhergehen, ebnen generative Ansätze zunehmend den Weg hin zu einer ressourceneffizeinten und gleichermaßen flexiblen Fertigung von Mikro- und Nanostrukturen. Der wissenschaftliche und technologische Mehrwert des EHD-Drucks liegt im Speziellen darin begründet, dass eine Vielzahl an Druckmedien (u.a. (bio-) funktionale Tinten, dielektrische Medien, Biomoleküle) Einsatz finden kann, was mit einem signifikanten Transfer- und Innovationspotenzial einhergeht.

Das Projekt "nanoPrint" wird im Rahmen eines kooperativen Promotionsvorhabens durchgeführt. Promotionsführende Einrichtung ist hierbei die Technische Universität München (Professur für Mikrosensorik und -aktorik, ehemals Lehrstuhl für Technische Elektrophysik). Die wissenschaftliche Betreuung seitens der Hochschule Heilbronn erfolgt durch Prof. Dr.-Ing. Ingo Kühne.

Förderprojekt im Bereich innovativer Lehrkonzepte bewilligt (09/2022)

Projekt "pioneerING@Home - Freiraum für Visionen" (Laufzeit: 09/2022-11/2023)

Mit der diesjährigen Ausschreibung "Freiraum 2022" adressierte die Stiftung Innovation der Hochschullehre die Erprobung und Entwicklung kreativer sowie gleichermaßen innovativer Lehrkonzepte an Hochschulen für angewandte Wissenschaften und Universitäten. In diesem Zusammenhang wurde das Projekt "pioneerING@Home - Freiraum für Visionen" bewilligt, welches im Zeitraum von September 2022 bis einschließlich November 2023 im D2P-Labor von Prof. Dr.-Ing. Ingo Kühne umgesetzt wird.

Damit schafft die Stiftung einen idealen Wirkungsraum für die Implementierung neuer Ideen für den Lehralltag an der Hochschule Heilbronn - Campus Künzelsau!

Das Projekt ist dabei Wegbereiter für die Etablierung eines innovativen subsidiären Lehrkonzepts zur situierten und dezentralen labordidaktischen Ausbildung von angehenden Ingenieur*innen im Fachbereich Elektronik, Messtechnik und Sensorik. Primäre Zielsetzung ist die Vermittlung eines Konglomerats aus experimentellen und analytischen Fähigkeiten. Das Vorhaben gestattet dabei eine asynchrone Bearbeitung der Inhalte in einem individuellen Lerntempo und schafft den nötigen „Freiraum“ für die Umsetzung ideenreicher Projekte gemäß der jeweiligen Vorkenntnisse von Studierenden bzw. entlang eines Komplexitätsgradienten (Basic-, Advanced- und Research-Level). Diese Differenzierung gewährleistet eine effektive Konsolidierung der Lerninhalte über alle Phasen des Studiums hinweg und bietet zugleich ein Höchstmaß an Flexibilität.