Híbrido de la impresión para la fabricación de sensores inteligentes

Resumen

Aquí presentamos un protocolo para la fabricación de estructuras de sensor multicapa de inyección de tinta imprimen en sustratos aditiva fabricados y de la hoja.

Resumen

Un método para combinar aditiva fabrica sustratos u hojas y se presenta múltiples capas de tinta impresión para la fabricación de dispositivos. Primero, se preparan tres sustratos (acrilato, cerámica y cobre). Para determinar las propiedades del material resultantes de estos sustratos, perfilómetro, ángulo de contacto, microscopio electrónico de barrido (SEM) y enfocado de iones (FIB) de la viga medidas se realizan. La posible resolución de impresión y volumen de gota adecuado para cada sustrato, entonces, se encuentran a través de las pruebas de tamaño de gota. Entonces, capas de aislante y conductor la tinta son tinta imprimido alternativamente para fabricar las estructuras de sensor objetivo. Después de cada paso de impresión, las respectivas capas son tratadas individualmente por curado fotónico. Los parámetros utilizados para el curado de cada capa se adaptan dependiendo de la tinta impresa, así como en las propiedades superficiales de los sustratos respectivos. Para confirmar la conductividad resultante y determinar la calidad de la superficie impresa, se realizan mediciones de Perfilómetro y sonda de cuatro puntos. Finalmente, se muestran una configuración de medición y resultados obtenidos por un sistema de sensor impreso todo para demostrar la calidad alcanzable.

Introducción

Fabricación aditiva (AM) está estandarizado como un proceso donde los materiales se unen para hacer objetos de datos del modelo 3D. Esto se realiza capa sobre capa y, por lo tanto, contrasta con tecnologías de fabricación sustractivos, tales como la fabricación de semiconductores. Sinónimos incluyen fabricación 3D-impresión, aditivo, proceso aditivo, técnicas aditivas, fabricación de aditivo capa, capa fabricación y fabricación freeform. Estos sinónimos son reproducidas de la estandardización por la sociedad americana de pruebas y materiales (ASTM)¹ para proporcionar una definición única. En la literatura, impresión en 3D se conoce como el proceso donde el grueso de los objetos impresos está en el rango de centímetros a incluso metros².

Procesos más comunes, como la estereolitografía³, permiten la impresión de los polímeros, pero la impresión 3D de metal también está ya disponible en el mercado. La AM de metales se emplea en múltiples áreas, como para la automotriz, aeroespacial⁴y sectores médicos⁵ . Una ventaja para estructuras aeroespaciales es la posibilidad de imprimir más dispositivos a través de simples cambios estructurales (e.g., usando un diseño de nido de abeja). En consecuencia, los materiales con, por ejemplo, mayor resistencia mecánica, que de lo contrario agregar una cantidad significativa de peso (por ejemplo, titanio en lugar de aluminio)⁶, puede ser empleado.

Mientras que la impresión 3D de polímeros ya está bien establecida, metal 3D-impresión sigue siendo un tema de investigación vibrante, y una variedad de procesos han sido desarrollados para la impresión en 3D de estructuras metálicas. Básicamente, los métodos disponibles se pueden combinar en cuatro grupos^7,8, es decir 1) usando un láser o haz de electrones para el revestimiento en un proceso de alimentación de alambre, sistemas 2) sinterización utilizando un láser o haz de electrones, 3) selectivamente usando polvo de fusión un rayo láser o electrón (fusión de cama de polvo) y 4) una carpeta chorro proceso donde, comúnmente, una cabeza de impresión de inyección de tinta se mueve sobre un sustrato de polvo y dispensa aglutinante.

Dependiendo del proceso, las respectivas muestras fabricadas exhiben diferentes propiedades superficiales y estructurales⁷. Estas diferentes propiedades tendrá que ser considerado en más esfuerzos para seguir funcionalizar las piezas impresas (por ejemplo, por la fabricación de sensores en sus superficies).

En contraste con la impresión en 3D, los procesos de la impresión para lograr tal funcionalización (e.g., pantalla e impresión de inyección de tinta) cubierta solamente limitado alturas objeto de menos de 100 nm⁹ hasta unos pocos micrómetros y son, por lo tanto, a menudo también conocido como 2.5D-impresión. alternativamente, soluciones basadas en láser para modelar alta resolución también han sido propuestos^10,11. Una revisión exhaustiva de los procesos de impresión, la térmica dependiente derretir temperatura de nanopartículas, y las aplicaciones está dada por Ko¹².

Aunque la impresión de la pantalla está bien establecida en la literatura^13,14, impresión de inyección de tinta ofrece una capacidad de ampliación mejorada, junto con una mayor resolución para la impresión de tamaños más pequeños de la característica. Además, es un método de impresión digital, sin contacto que permite el depósito flexible de materiales funcionales en tres dimensiones. Por lo tanto, nuestro trabajo se centra en la impresión de inyección de tinta.

Tecnología de impresión de inyección de tinta ya se ha empleado en la fabricación de electrodos de detección de metales (plata, oro, platino, etc.). Áreas de aplicación incluyen temperatura medida^15,16, presión y tensión detección de^17,18,19y biodetección^20,21, así como gases o vapores Análisis^22,23,24. El curado de estas estructuras impresas con extensión de altura limitada puede ser realizado mediante diferentes técnicas, basadas en térmica²⁵, microondas²⁶, eléctrica²⁷, láser²⁸y fotónica²⁹ principios.

Fotónicas de curado para estructuras de inyección de tinta impresa permite a los investigadores utilizar tintas de alta energía, curables, conductoras en substratos con una resistencia a baja temperatura. Aprovechando esta circunstancia, la combinación de 2.5 procesos D-3D-impresión y pueden ser empleados para fabricar prototipos altamente flexibles en el área de detección inteligente y envases inteligentes^30,31,32 .

La conductividad de substratos de metal impreso en 3D es de interés para el sector aeroespacial, así como para el sector médico. No sólo mejora la estabilidad mecánica de ciertas partes pero es beneficiosa en campo cercano, así como la detección capacitiva. Una caja de metal impreso en 3D proporciona adicionales de protección/protección del sensor front-end ya que puede ser conectado eléctricamente.

El objetivo es fabricar dispositivos utilizando la tecnología de AM. Estos dispositivos deben proporcionar una resolución lo suficientemente alta en la medida que se emplean para (a menudo a microempresas o a nanoescala) y, al mismo tiempo, cumplen altos estándares en cuanto a fiabilidad y calidad.

Se ha demostrado que la tecnología AM presenta al usuario con la suficiente flexibilidad para fabricar diseños optimizados^33,34 que mejoran la calidad general de medición que se puede lograr. Además, la combinación de polímeros y una capa de inyección de tinta impresión se ha presentado en la anterior investigación^35,36,37,38.

En este trabajo, los estudios disponibles se extienden, y se proporciona una revisión sobre las propiedades físicas de sustratos de AM, con un enfoque en los metales y su compatibilidad con múltiples capas de tinta impresión y el curado de fotónica. Un diseño de bobina multicapa ejemplar se proporciona en la figura 1 complementaria. Los resultados se utilizan para proporcionar estrategias para la impresión de inyección de tinta de estructuras multicapa sensor en sustratos metálicos de AM.

Protocolo

PRECAUCIÓN: Antes de usar el considerado tintas y adhesivos, consulte el correspondiente Material seguridad datos hojas (MSDS). La tinta de nanopartículas empleadas y adhesivos pueden ser tóxicos o carcinogénicos, dependiente de la llenadora. Utilice todas las prácticas de seguridad apropiadas cuando se realiza la impresión de inyección de tinta o la preparación de muestras y asegúrese de usar equipo de protección personal (gafas, guantes, bata, pantalones largos, zapatos cerrados).

Nota: El protocolo se puede pausarse después de cualquier paso excepto medidas 6.3-6,6 y pasos 9.2-9.5.

1. preparación de sustratos de impresión 3D

1. Preparar dibujos de diseño asistido por ordenador (CAD), idealmente utilizando el formato del fichero .stl estereolitografía.
   Nota: Los diseños utilizados están ilustrados en suplementario figura 2 y figura 3 complementaria.
2. Elegir el proceso de AM basado en las propiedades del material requeridas por la aplicación de destino (ver tabla 1 para las limitaciones del proceso respectivo).
   Nota: En este trabajo, hemos utilizado muestras de cobre impresas en 3D, así como cerámica impreso en 3D.
3. Fabricar el substrato de cobre por la impresión en 3D con la cera y cera perdida casting³⁹.
4. Fabricar el substrato de cerámica de cerámica basada en litografía (LCM) tecnología⁴⁰ de fabricación (ver Video 1).
5. Fabricar el sustrato de acrilato utilizando un polímero de alta resolución 3D impresora³⁷ y quitar la cera apoyo de la parte impresa.
   1. Poner la parte impresa dentro de un horno a 65 ° C durante 1 h derretir la cera apoyo.
   2. Después de quitar la parte impresa del horno, ponerlo dentro de un baño de ultrasonidos aceite a 65 ° C para eliminar la cera de los agujeros, agujeros, etc.
6. Limpie los sustratos utilizando un limpiador humedecido con acetona, como posibles impurezas superficiales afectan grandemente la calidad de impresión de inyección de tinta más adelante.
   Nota: La preparación de sustratos de AM se puede hacer utilizando diferentes equipos y procesos. Dependiendo de la estrategia de fabricación, las propiedades de superficie y a granel pueden variar también. Por lo tanto, es crucial controlar estas propiedades utilizando las técnicas de inspección recomendadas más adelante (véase, por ejemplo, la sección 4 del presente Protocolo).

2. fabricación de interconexiones

Nota: La fabricación de interconexiones difiere dependiendo del tipo (para no conductor/conductora) de sustrato.

1. Fabricación de interconexiones en los substratos (cerámicos) no conductores.
   1. Dispense el adhesivo conductor curable de baja temperatura con un microdispenser de la presión del tiempo montado en una estación de microassembly en las vias apropiadas las piezas impresas.
   2. Deje el fabricado interconecta secar durante 10 min a 23 ° C y con la presión ambiente.
      Nota: para el sustrato de cerámica, las interconexiones también pueden ser fabricados con pasta de soldadura y curado de alta temperatura.
2. Fabricar las interconexiones en los substratos conductivos.
   1. Dispensar la tinta aislante todo las vias (hoyos/agujeros en el sustrato) circunferencia mediante un microdispenser de la presión del tiempo.
   2. Realizar el curado fotónico con luz pulsada intensa según lo sugerido por el proveedor de tinta.
      1. Abrir la bandeja del equipo fotónico curado que contiene la tabla de sustrato.
      2. Mover la muestra de cobre a la mesa de sustrato del equipo curado fotónico y fijarlo con el Portapieza magnético proporcionado.
      3. Ajuste la altura de la mesa de sustrato del equipo para mover la muestra en el plano de enfoque de los equipos de curado.
      4. Cerrar la bandeja y ajustar el perfil de curado recomendado por el proveedor de material para el material impreso en el interfaz de software del equipo y presione el botón start.
   3. Llenar la vía con baja temperatura de curado conductora pegar (Tabla de materiales).
      Nota: en general, es posible utilizar todas las formas de monocomponente, a base de epoxy adhesivos conductivos que son activada a la temperatura.
   4. Interconecta el fabricado seco durante 10 minutos a 23 ° C.

3. preparación del sistema de impresión de inyección de tinta

1. Limpiar/purgar los inyectores del cabezal de impresión con la purgación, ajuste en el software de la impresora, usando el producto químico apropiado para la tinta correspondiente: utilizar isopropanol para aislar las tintas; Utilice trietileno glicol Monometil Éter para la tinta conductora. Purgar los inyectores presionando el botón de purga en la interfaz del software de la impresora hasta que la solución expulsada de las respectivas boquillas está clara.
   Nota: La cantidad de químicos necesarios depende de la impresora, la boquilla y la química. En este experimento, se utilizó 2 mL aproximadamente.
2. Llenar de tinta los contenedores de tinta con aproximadamente 1,5 mL de nanopartículas de plata con 50 wt.% carga metálica y un tamaño de partícula promedio de 110 nm utilizando una jeringa, por ejemplo, con un barril de 3 mL y una cerradura de Luer de 18 G aguja de dispensación.
3. Utilizar un cabezal de impresión a chorro de la tinta presionando el botón de Inicio de cabeza en la interfaz del software de la impresora.
4. Utilizar el perfil que echa en chorro ajustado de la impresora de chorro de tinta conductora.
   1. Mover el cabezal a la posición de dropview usando la opción de ir a la posición de dropview en la interfaz de software de la impresora y observar el chorro de la tinta.
   2. Cambiar los parámetros del perfil de voltaje está preinstalado para que el cabezal de impresión y la temperatura del cabezal de impresión para ajustar la velocidad de la gota, forma y volumen. Ajuste la presión de la tinta para evitar cualquier derrame de la tinta y reducir la formación de gotas satélite.
      Nota: Para el sistema de impresión utilizado en este protocolo, el voltaje operacional de chorro máximo fue fijado a 40 V y un perfil de chorro de 1 μs tiempo de subida/bajada con 10-14 μs sujetar un tiempo fue usado. La tinta de plata era chorro a 45 ° C. La presión de tinta óptimo depende del nivel de tinta. La tensión en el perfil de voltaje tiene que ser aumentado o reducido dependiendo del estado (p. ej., temperatura, viscosidad) de la tinta y la temperatura actual de la cabeza, así como el estado de la cabeza de impresión usado. Para lograr que echa en chorro adecuado, se recomienda cambiar la tensión hacia arriba en pasos de 1 V. Si no mejora en forma de gota, reducir la tensión en pasos de 1 V. Siga este procedimiento hasta logra un descenso estable.
5. Ajustar los parámetros de impresión para la tinta aislante de la misma manera como hace para la tinta de plata.
   1. Utilice otro cabezal de impresión para el material dieléctrico de bajo-k, que es una mezcla de monómeros de acrilato-tipo de chorro.
      Nota: Una vez más, una tensión de servicio de chorro de 40 V y un tiempo de subida/bajada de 1 μs con 8 μs mantenga tiempo fue utilizado en el presente Protocolo. La tinta dieléctrica podría sobrecalentar a 50 ° C. La presión de tinta óptimo depende del nivel de tinta actual. Generalmente, los parámetros usados altamente dependen de las propiedades de la tinta, así como del sustrato o capa sobre la cual debe ser impreso. Durante el proceso de fabricación, los parámetros de impresión que tenga que ajustarse dinámicamente. Por favor consulte el manual del usuario del sistema de impresión sobre cómo ajustar correctamente los parámetros de la impresora.

4. inspección de las propiedades superficiales de los sustratos respectivos para la impresión y el ajuste de parámetros de la impresora para la primera capa

1. Realizar mediciones de Perfilómetro para determinar la rugosidad de la superficie.
   1. Poner la muestra en la tabla de sustrato (etapa) de la Perfilómetro.
   2. Si no va, Inicio la etapa usando el botón de inicio en la interfaz del software.
   3. Elija la resolución respectiva y el área que se asigna en la interfaz del software.
   4. Coloque el cabezal de medición en la posición inicial y comenzar la medición utilizando la opción de jog y botón de inicio en la interfaz del software.
   5. Después de que termine la medición, verificar los resultados de consistencia (por ejemplo, son las alturas se muestra plausible para el número de capas impresas) y guardar los datos.
2. Realizar inspecciones de SEM según el manual del usuario para analizar la calidad de la superficie.
3. Realizar mediciones de ángulo de contacto como se describe en el manual del usuario de la estación de SEM para determinar las propiedades de mojabilidad.
4. Fijar el sustrato en la tabla de sustrato con cinta adhesiva y marcar su posición adecuada.
5. Ajustar la boquilla y parámetros de impresión en la configuración de la interfaz de software editando las propiedades de la cabeza de impresión en la interfaz del software de la impresora.
   1. De nuevo, mueva el cabezal de impresión a la posición de dropview con la opción de ir a la posición de dropview en interfaz de software de la impresora y observar el chorro de la tinta. Si es necesario, ajuste los parámetros de impresión para optimizar el chorro.
   2. Elija una boquilla que expulsa gotas bien definidas y homogéneas de la tinta para la impresión.
   3. Introduzca el número de la boquilla solicitada en las preferencias de la impresora.
6. Realice las pruebas de tamaño de gota para determinar el tamaño de una gota impresa en el sustrato correspondiente.
   1. Imprimir un patrón de caída, utilizando una configuración de impresora conocido.
   2. Determinar el tamaño de gota alcanzado utilizando un microscopio calibrado o el sistema de cámara incorporado de la impresora.
   3. Asegúrese de que la resolución de impresión posteriormente utilizada es apropiada para la humectación de observada la tinta fabricar una superficie homogénea y cerrada (por ejemplo, elegir una resolución de impresión de 900-1.000 dpi para un tamaño de gota de 40-50 μm).
7. Realizar un análisis de la FIB (Tabla de materiales), según las instrucciones del fabricante, para asegurar una suficiente homogeneidad a granel para substratos conductivos.

5. ajustes de parámetro para la primera capa de curado

1. Imprimir múltiples estructuras, utilizando una capa de la tinta utilizada para la primera capa del dispositivo, sobre un sustrato simulado (es decir, una muestra del mismo material que más adelante puede ser eliminado y se utiliza para fines solamente de prueba).
2. Uso de curado térmico en un horno a 130 ° C durante al menos 30 min a presión ambiente de los estampados plata conductoras sobre un sustrato de cerámica.
   Nota: Dependiendo del tamaño de la muestra, use una vaina para sostener la muestra dentro del horno.
3. Utilizar el curado fotónica para la tinta aislante sobre el sustrato metálico.
   1. Abrir la bandeja del equipo fotónico curado que contiene la tabla de sustrato.
   2. Pasar la muestra a la tabla de sustrato del equipo curado fotónico y fije por consiguiente (usando, por ejemplo, incluidos accesorios magnéticos).
   3. Ajuste la altura de la mesa de sustrato del equipo, con el husillo de la mesa para mover la muestra al plano de enfoque de los equipos de curado.
   4. Cerrar la bandeja y ajustar el perfil de curado según lo recomendado por el proveedor para el material impreso en el interfaz de software del equipo y presione el botón start.
4. Control de la homogeneidad de la superficie cualitativamente utilizando un microscopio y cuantitativamente usando un Perfilómetro.
   1. Poner la muestra en la tabla de sustrato (etapa) de la Perfilómetro.
   2. Si no va, Inicio la etapa usando el botón correspondiente en el software.
   3. Elija la resolución respectiva y el área que debe asignarse.
   4. Coloque el cabezal de medición en la posición inicial y comenzar la medición.
   5. Después de que termine la medición, verificar el resultado de la coherencia y guardar los datos.
5. Repetir fotónicos o procedimientos de curado térmicos utilizando adoptaron parámetros curados si es necesario.
   1. Aumentar la energía fotónica usada en pequeños pasos de, por ejemplo, 5 V en la interfaz de software del equipo fotónico curado si la resistencia alcanzada es muy alta. Disminuir la energía utilizada si muestra signos de quemaduras.
6. Ajustar los parámetros del equipo para el curado de la primera capa de dispositivo funcional por lo que se alcanza una conductividad suficiente para la aplicación a mano, pero todavía no quema de la estructura impresa ocurre.

6. impresión y curado de la primera capa de dispositivo

1. Fijar el sustrato en la tabla de sustrato con cinta adhesiva y marcar su posición adecuada.
2. Como la primera capa es conductor, para el sustrato de tipo cerámica y acrilato, utilizar sustrato mesa de calefacción de 60 ° C.
   Nota: La temperatura no debe exceder una temperatura que puede afectar el sustrato correspondiente (por ejemplo, el acrilato tolera sólo hasta 65 ° C). Este ajuste se puede hacer en la configuración de la impresora.
3. Ajustar la boquilla y parámetros de impresión en la configuración de la interfaz de software.
   1. Mueva el cabezal de impresión para el dropview posición y observar el chorro de la tinta.
   2. Elija una boquilla que expulsa gotas bien definidas y homogéneas de la tinta para la impresión.
   3. Introduzca el número de la boquilla solicitada en las preferencias de la impresora.
4. Ajusta la resolución usada de la cabeza de impresión para depositar una capa homogénea de la tinta según las propiedades del sustrato previamente: sustratos de baja humedad, por ejemplo, un ángulo de contacto grande y tamaño de gota pequeño aumentan la impresión resolución. Bajar la resolución para sustratos de alta humectabilidad.
   
   Nota: El ajuste de los parámetros de impresión se puede hacer en la configuración de la impresora.
5. Seleccione el punto de referencia adecuado para imprimir el patrón y almacenar sus coordenadas.
6. Cargar el archivo de respectivos scalable vector graphic (.svg) y seleccione una resolución adecuada y el tamaño, dependiente en el patrón deseado y las dimensiones del sustrato en el software de la impresora.
7. Realizar la impresión. Repetir la impresión de una capa de tinta hasta que la homogeneidad de la impresión sea satisfactoria.
8. Control de la homogeneidad de la capa impresa utilizando un microscopio calibrado o el sistema de cámara incorporado de la impresora.
   1. Hacia la cámara de la impresora de la posición de impresión y observar la calidad de la impresión en la interfaz del software de la impresora.
9. La curación de la primera capa con los parámetros determinados en el artículo 5 del presente Protocolo.
   1. Para la tinta de plata sobre un sustrato de polímero (acrilato, papel de aluminio), utilice un 1 ms de pulso a 250 V con una cantidad reducida de energía (525 mJ/cm²).
   2. Para la tinta de plata sobre un sustrato de cerámica, utilice calor curado en un horno como se recomienda con la tinta (por ejemplo, 130 ° C para 30 min).
   3. Curar la tinta impresa dieléctrica a 200 V con pulsos de ms 1 y repetir los pulsos 8 x en la frecuencia de 1 Hz.
      Nota: Los espectros de la luz emitida que se utiliza en el curado de la fotónica es bastante amplio (ultra-violeta-infrarrojo cercano [UV-NIR]). Aún así, la cantidad de luz UV es suficiente para iniciar la fotopolimerización y cura la capa de aislamiento.

7. inspección de las propiedades superficiales de los sustratos respectivos para la impresión y el ajuste de parámetros de la impresora para capas posteriores

Nota: Por favor, consulte los manuales de usuario de los equipos de medición para llevar a cabo el Perfilómetro mediciones e inspecciones de microscopía.

1. Realizar mediciones de Perfilómetro para determinar la rugosidad y el espesor de la capa impresa.
   1. Poner la muestra en la tabla de sustrato del Perfilómetro.
   2. Si no va, Inicio la etapa usando el botón correspondiente en el software.
   3. Elija la resolución respectiva y el área que debe asignarse.
   4. Coloque el cabezal de medición en la posición inicial y comenzar la medición.
   5. Después de que termine la medición, verificar el resultado de la coherencia y guardar los datos.
2. Realizar mediciones de ángulo de contacto para determinar las propiedades de mojabilidad.
   Nota: Consulte el manual del usuario de los equipos de medición de mano sobre cómo realizar correctamente las mediciones de ángulo de contacto.
3. Exámenes de gota tamaño para determinar el tamaño de una gota impresa en el sustrato correspondiente.
   1. Imprimir un patrón de caída usando una configuración de impresora conocido.
   2. Determinar el tamaño de gota alcanzado usando un microscopio calibrado o sistema de control incorporado de la impresora.
4. Ajusta la resolución usada de la cabeza de impresión para lograr una capa homogénea de la tinta: sustratos de baja humedad, por ejemplo, un ángulo de contacto grande y tamaño de gota pequeño aumentan la resolución de impresión. Bajar la resolución para sustratos de alta humectabilidad.
5. Controlar las propiedades eléctricas de la primera capa: para una primera capa conductora, utilice la sonda de cuatro puntos para determinar la conductividad obtenida.
   1. Poner la muestra en la tabla de sustrato.
   2. Baje el cabezal de medición sobre la pista conductora, asegurándose de que la sonda tiene buen contacto con la estructura impresa, para su análisis.
6. Para una primera capa de aislamiento, asegúrese que la superficie homogénea cubre el conductor siguiente. Utilizar un microscopio para confirmar. Verificar las características aisladores con un multímetro.

8. ajustes de parámetro para las capas posteriores de curado

1. Imprimir múltiples estructuras, utilizando una capa de la tinta usada para la siguiente capa del dispositivo, sobre un sustrato simulado con una capa anterior equivalente.
2. Utilice sólo fotónica cura para todos los sustratos.
3. Después de curar, controlar las propiedades eléctricas y estructurales de la capa impresa: para determinar si la conductividad es suficiente, utilice una medida de la sonda de cuatro puntos.
4. Control de la homogeneidad de la superficie cualitativamente utilizando un microscopio y cuantitativamente utilizando el Perfilómetro.
5. Repita procedimientos fotónicos de curado si es necesario.
6. Ajustar los parámetros del equipo para el curado de la capa de dispositivo funcional posterior.

9. impresión y curado de las capas posteriores del dispositivo

1. Fijar el sustrato en la mesa de sustrato adecuadamente en la posición previamente marcada.
2. Ajustar los parámetros de impresión y boquilla según lo determinado en el paso anterior.
3. Seleccione el punto de referencia adecuado para imprimir el patrón y asegúrese de que los estampados estén bien alineados unos con otros para garantizar un funcionamiento correcto del dispositivo después.
4. Cargue el archivo .svg respectivos con la resolución adecuada y el tamaño.
5. Realizar la impresión. Repetir la impresión de una capa de tinta hasta que la homogeneidad de la impresión sea satisfactoria.
6. Controlar la homogeneidad de la capa impresa bajo el microscopio (aquí, se utiliza el sistema de cámara incorporado de la impresora).
7. Uso fotónico curado solamente para el curado de esta capa. Utilizar los parámetros determinados previamente por una capa aislante o una capa conductora en el aislador.
8. Después de curar, controlar las propiedades eléctricas y estructurales de la capa impresa: para determinar si el rango de conductividad de la capa conductora es aceptable, usar un multímetro.

Resultados

De las imágenes de SEM que se muestra en la figura 1, se pueden extraer conclusiones sobre la capacidad de impresión en los sustratos respectivos. Las barras de escala son diferentes debido a las diferentes gamas de la rugosidad de la superficie. En la Figura 1a, se muestra la superficie del substrato de cobre, que es mucho más suave. Figura 1 c, por el contrario, muestra de acero, un sustrato que...

Discusión

Se demuestra una manera de fabricar estructuras de sensor multicapa en 3D impreso sustratos y en papel. AM metal, así como cerámica y acrilato sustratos tipo y papel se demuestran para ser conveniente para la impresión de múltiples capas de inyección de tinta, como la adherencia entre el sustrato y las diferentes capas es suficiente, así como la capacidad de conductividad o aislamiento respectiva. Esto podría ser demostrado por capas impresión de estructuras conductoras en material aislante. Además, la impresió...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
PiXDRO LP 50	Meyer Burger AG		Inkjet-Printer with dual-head assembly.
SM-128 Spectra S-class	Fujifilm Dimatix		Printheads with nozzle diameter of 50 µm, 50 pL calibrated dropsize and 800 dpi maximum resolution.
DMC-11610/DMC-11601	Fujifilm Dimatix		Disposable printheads with nozzle diameter 21.5 µm, 1 or 10 pL calibrated dropsize
Sycris I50DM-119	PV Nanocell		Conductive silver nanoparticle ink with 50 wt.% silver loading, with an average particle size of 120 nm, in triethylene glycol monomethyl ether.
Solsys EMD6200	SunChemical		Insulating, low-k dielectric ink which is a mixture of acrylate-type monomers. Viscosity is 7-9 cps.
Dycotec DM-IN-7002-I	Dycotec		UV curable insulator, Surface Tension: 37.4 mN/m
Dycotec DM-IN-7003C-I	Dycotec		UV curable insulator, Surface Tension: 29.7 mN/m
Dycotec DM-IN-7003-I	Dycotec		UV curable insulator, Surface Tension: 31.4 mN/m
Dycotec DM-IN-7004-I	Dycotec		UV curable insulator, Surface Tension: 27.9 mN/m
Pulseforge 1200	Novacentrix		Photonic curing/sintering equipment.
DektatkXT	Bruker		Stylus Profiler with stylus tip of 12.5 µm diameter and constant force of 4 mg.
C4S	Cascade Microtech		Four-point-probe measurement head.
2000	Keithley		Multimeter to evaluate the measurements using the four-point-probe.
Helios NanoLab600i	FEI		Focused Ion Beam analysis station which provides high-energy gallium ion milling.
SeeSystem	Advex Instruments		Water contact angle measurement device.
Projet 3500 HDMax	3D Systems		Professional high-resolution polymer 3D-printer. See also (accessed Sep. 2018): https://www.3dsystems.com/sites/default/files/projet_3500_plastic_0115_usen_web.pdf
Polytec PU 1000	Polytec PT		Electrically conductive adhesive based on Polyurethane, available
Microdispenser	Musashi		Needle for microdispensing.
Micro-assembly station	Finetech		Equipment for assembly of, e.g., printed circuit boards (PCBs) and placing of chemicals (e.g. solder) and SMD parts.