ETD

• additive manufacturing
• biosensing
• digital microneedles
• microinductors
• microneedles

Additive manufacturing (AM), widely known as 3D printing, represents a transformative approach for fabricating complex microelectronic and biomedical devices. Its flexibility, precision, and material versatility make it a key technology for developing next-generation miniaturized systems. This thesis provides an in-depth study of AM processes and materials, emphasizing their application to microscale devices such as microneedles and microinductors. The research reviews main additive manufacturing principles—including material extrusion, vat polymerization, powder bed fusion, and electrochemical deposition—and compares their performance in terms of resolution, material compatibility, and suitability for microelectronic and biomedical applications.
In this doctoral work, several AM-based devices are designed and demonstrated. The first contribution focuses on the fabrication of 3D-printed microneedles for transdermal biosensing. Using high-resolution printing and biocompatible materials, microneedle arrays were developed to enable minimally invasive sampling and real-time monitoring of biomarkers from interstitial fluid. The resulting structures exhibit excellent mechanical robustness, reproducibility, and precise penetration control, confirming their potential for wearable healthcare applications.
The second research direction presents the additive manufacturing of microinductors for high-frequency electronics. Electrochemical and laser-based deposition techniques were optimized to produce metallic 3D architectures with high conductivity and tunable magnetic properties. The fabricated microinductors demonstrate strong performance in the radio-frequency range, maintaining stability under operational stress and highlighting the value of AM in compact power electronics.
Overall, this thesis establishes a framework for using additive manufacturing in advanced microdevice fabrication. Through process optimization, materials engineering, and device integration, the work shows how AM bridges the gap between microscale precision and large-scale manufacturability, expanding the frontiers of biomedical sensing and microelectronic innovation.

La manifattura additiva (AM), comunemente nota come stampa 3D, rappresenta un approccio innovativo per la realizzazione di dispositivi complessi nei campi della microelettronica e delle applicazioni biomediche. La sua flessibilità, precisione e versatilità dei materiali la rendono una tecnologia chiave per lo sviluppo di sistemi miniaturizzati di nuova generazione. Questa tesi offre uno studio approfondito dei processi e dei materiali della manifattura additiva, con particolare attenzione alla loro applicazione nella realizzazione di dispositivi su scala micrometrica, come microaghi e microinduttori. La ricerca analizza i principali principi della manifattura additiva — inclusi estrusione di materiale, polimerizzazione in vasca, fusione a letto di polvere e deposizione elettrochimica — confrontandone le prestazioni in termini di risoluzione, compatibilità dei materiali e idoneità per applicazioni microelettroniche e biomediche.
Nel presente lavoro di dottorato sono stati progettati e realizzati diversi dispositivi basati su AM. Il primo contributo riguarda la fabbricazione di microaghi stampati in 3D per il biosensing transdermico. Grazie all’utilizzo di tecniche di stampa ad alta risoluzione e materiali biocompatibili, sono state sviluppate matrici di microaghi in grado di consentire un campionamento minimamente invasivo e il monitoraggio in tempo reale di biomarcatori provenienti dal fluido interstiziale. Le strutture ottenute mostrano un’eccellente robustezza meccanica, riproducibilità e controllo preciso della penetrazione, confermando il loro potenziale per applicazioni indossabili nel settore sanitario.
Il secondo filone di ricerca riguarda la manifattura additiva di microinduttori per l’elettronica ad alta frequenza. Le tecniche di deposizione elettrochimica e laser sono state ottimizzate per ottenere architetture metalliche tridimensionali con elevata conducibilità e proprietà magnetiche modulabili. I microinduttori realizzati hanno mostrato ottime prestazioni nella banda radio, mantenendo stabilità sotto stress operativo e confermando il valore della AM per l’elettronica di potenza miniaturizzata.
Complessivamente, la tesi definisce un quadro metodologico per l’impiego della manifattura additiva nella fabbricazione di microdispositivi avanzati. Attraverso l’ottimizzazione dei processi, l’ingegnerizzazione dei materiali e l’integrazione funzionale, il lavoro dimostra come la AM colmi il divario tra precisione micrometrica e producibilità su larga scala, ampliando i confini dell’innovazione nel biosensing e nella microelettronica.