Embedding sensors with cold spray process

Cold Spray is a solid-state additive manufacturing technology, where particles are accelerated to a high velocity and then impact a substrate at near ambient temperature, where dissipation of their kinetic energy produces strong adhesion. Cold spray process being versatile, scalable, low cost and compatible of roll-to-roll processing has found many applications such as surface metallization, repair, corrosion coating and 3D metal manufacturing. Although, in the past two decades, there has been a lot of research for cold spray process development and applications, there is a gap in literature for using cold spray as an enabler for industrial Internet of things (IoT). Here, a methodology is developed to embed sensors and electronics in mechanical components using cold spray process. This methodology involves the designing of substrate and selection of optimum process parameters for embedding and adhesion of the sensors, using an experimental approach. These experiments include embedding of thermocouple as a proof of concept, and later taking a step further by embedding micro electromechanical systems. This method ensures the functioning of sensors in harsh conditions and for long term monitoring applications.

Cold Spray è una tecnologia di produzione additiva allo stato solido, in cui le particelle vengono accelerate ad alta velocità e quindi impattano su un substrato a temperatura vicina all'ambiente, dove la dissipazione della loro energia cinetica produce una forte adesione. Essendo il processo di spruzzatura a freddo versatile, scalabile, a basso costo e compatibile con la lavorazione roll-to-roll ha trovato molte applicazioni come la metallizzazione, la riparazione, il rivestimento anticorrosione e la produzione di metalli 3D. Sebbene, negli ultimi due decenni, ci siano state molte ricerche per lo sviluppo e le applicazioni del processo di spruzzatura a freddo, c'è una lacuna nella letteratura per l'utilizzo dello spray a freddo come abilitatore per l'Internet delle cose industriale (IoT). Qui viene sviluppata una metodologia per incorporare sensori ed elettronica in componenti meccanici utilizzando il processo di spruzzatura a freddo. Questa metodologia prevede la progettazione del substrato e la selezione dei parametri di processo ottimali per l'incorporamento e l'adesione dei sensori, utilizzando un approccio sperimentale. Questi esperimenti includono l'incorporamento di termocoppie come prova del concetto e, successivamente, un ulteriore passo avanti con l'inclusione di sistemi microelettromeccanici. Questo metodo garantisce il funzionamento dei sensori in condizioni difficili e per applicazioni di monitoraggio a lungo termine.