Hybride d’impression pour la Fabrication de capteurs intelligents

Résumé

Nous présentons ici un protocole pour la fabrication de structures de capteur multicouches à jet d’encre sur les substrats additivement manufacturés et clinquant.

Résumé

Une méthode pour combiner de manière additive fabriqué des clichés ou des substrats et impression jet d’encre multicouches pour la fabrication de dispositifs de détection est présentée. Tout d’abord, trois substrats (acrylate d’éthyle, céramiques et cuivre) sont préparés. Pour déterminer les propriétés matérielles résultantes de ces substrats, profilomètre, angle de contact, microscope électronique à balayage (SEM) et ionique focalisé faisceau (FIB) mesures sont effectuées. La résolution d’impression accessible et le volume de la goutte adapté pour chaque substrat, puis, se trouvent à travers les épreuves de taille de chute. Puis, couches d’encre isolant et conducteur sont jet d’encre imprimée en alternance pour fabriquer les structures de capteur cible. Après chaque étape de l’impression, les couches respectives sont individuellement traités par polymérisation photoniques. Les paramètres utilisés pour le séchage de chaque couche sont adaptés selon l’encre imprimée, ainsi que sur les propriétés de surface du substrat respectif. Pour confirmer la conductivité qui en résultent et de déterminer la qualité de la surface imprimée, sonde de quatre points et profilomètre mesures sont effectuées. Enfin, une mise en place de mesures et les résultats obtenus par un tel système de capteur de tous les imprimés sont indiquées pour démontrer la qualité réalisable.

Introduction

Fabrication additive (AM) est normalisée comme un processus où les matériaux sont rejoints pour fabriquer des objets de données du modèle 3D. Cela se fait généralement de couche après couche et, ainsi, contraste avec les technologies de fabrication soustractive, comme la fabrication des semi-conducteurs. Les synonymes sont fabrication 3D-impression, additive, processus additif, additifs techniques, fabrication additive couche, la couche fabrication et fabrication en formes libres. Ces synonymes sont tirés de la normalisation de l' American Society of Testing and Materials (ASTM)¹ de donner une définition unique. Dans la littérature, 3D-impression est dénommé le processus dont l’épaisseur des objets imprimés est de l’ordre de centimètres au même m².

Processus plus communs tels que la stéréolithographie³, activez l’impression des polymères, mais l’impression 3D de métal est également déjà disponible dans le commerce. L’AM des métaux est employée dans des domaines multiples, comme pour l’automobile, l’aéronautique⁴et secteurs médicaux⁵ . Un avantage pour les structures aérospatiales est la possibilité d’imprimer des dispositifs plus légers grâce à simples changements structurels (par exemple, en utilisant un design en nid d’abeille). Par conséquent, de matières avec, par exemple, une plus grande résistance mécanique, qui seraient sinon ajouter une quantité significative de poids (par exemple, titane au lieu de l’aluminium)⁶, peuvent être employées.

Alors que l’impression 3D de polymères est déjà bien établie, métal 3D-impression est toujours un sujet de recherche dynamique et une variété de procédés ont été développés pour l’impression 3D des structures métalliques. Fondamentalement, les méthodes disponibles peuvent être regroupés en quatre groupes^7,8, à savoir 1) en utilisant un laser ou un faisceau d’électrons pour bardage dans un processus alimenté par fil, 2) frittage des systèmes à l’aide d’un laser ou un faisceau d’électrons, fusion 3) de manière sélective à l’aide de poudre un faisceau laser ou électron (fusion lit de poudre) et 4) un liant nettoyage au jet de processus où, généralement, une tête d’impression jet d’encre se déplace au-dessus d’un substrat de poudre et prodigue des agent liant.

Selon le processus, les échantillons respectifs manufacturés exposera différentes propriétés de surface et structurales⁷. Ces propriétés différentes auront à prendre en considération de nouveaux efforts pour fonctionnaliser davantage les parties imprimées (par exemple, de fabriquer des capteurs sur leurs surfaces).

Contrairement à l’impression 3D, l’impression des processus pour atteindre telle une fonctionnalisation (e.g., écran et impression jet d’encre) couverture limité des hauteurs de l’objet de moins de 100 nm⁹ jusqu'à quelques micromètres et sont, donc, souvent aussi appelés 2,5 D-impression. alternativement, solutions laser pour la modélisation à haute résolution ont également été proposées^10,11. Un examen approfondi des processus d’impression, température des nanoparticules de fonte le thermiquement dépendante, et les applications est donnée par Ko¹².

Bien que la sérigraphie est bien établie dans la littérature^13,14, impression jet d’encre offre une meilleure capacité d’upscaling, avec une résolution accrue pour l’impression de plus petites tailles de fonctionnalité. En outre, c’est une méthode d’impression numérique, sans contact permettant le dépôt flexible de matériaux fonctionnels sur trois dimensions. Par conséquent, notre travail est axé sur l’impression à jet d’encre.

Technologie d’impression jet d’encre a déjà été utilisée dans la fabrication d’électrodes de détection de métal (argent, or, platine, etc.). Domaines d’application incluent la température mesure^15,16, pression et souche télédétection^17,18,19et biodétection^20,21, ainsi que gaz ou vapeur analyse^22,23,24. Le durcissement de telles structures imprimées avec extension de hauteur limitée peut être fait en utilisant diverses techniques, basés thermique²⁵, micro-ondes²⁶, électrique²⁷, laser²⁸et photoniques²⁹ principes.

Polymérisation photoniques pour les structures à jet d’encre permet aux chercheurs d’utiliser des encres de haute énergies, curables, conducteurs sur substrats avec une résistance de basse température. Exploitant cette circonstance, la combinaison de 2.5 processus D et 3D-impression peuvent être utilisés pour fabriquer des prototypes très flexibles dans le domaine de l’emballage intelligent^30,31,32 et détection intelligente.

La conductivité des substrats métalliques imprimés 3D présente un intérêt pour le secteur de l’aérospatiale, ainsi que pour le secteur médical. N’améliore pas seulement la stabilité mécanique de certaines parties, il est bénéfique en champ proche ainsi que la détection capacitive. Un boîtier en métal imprimé 3D fournit supplémentaire blindage/gardiennage du capteur frontal puisqu’elle peut être connectée électriquement.

L’objectif est de fabriquer des dispositifs utilisant la technologie AM. Ces dispositifs devraient fournir une résolution suffisamment élevée dans la mesure qu’ils sont employés pour (souvent à la micro - ou nano) et, en même temps, ils devraient s’acquitter de normes élevées concernant la qualité et la fiabilité.

Il a été démontré que la technologie AM présente à l’utilisateur avec suffisamment de flexibilité pour fabriquer des conceptions optimisées^33,34 , qui améliorent la qualité globale de mesure qui peut être atteints. En outre, la combinaison de polymères et d’impression jet d’encre simple couche a été présentée dans la précédente recherche^35,36,37,38.

Dans ce travail, les études disponibles sont étendus, et un examen sur les propriétés physiques des substrats AM, avec un focus sur les métaux et leur compatibilité avec l’impression jet d’encre multicouche et durcissement photoniques est fourni. Complémentaire Figure 1donne une conception exemplaire bobine multicouche. Les résultats sont utilisés pour fournir des stratégies pour l’impression jet d’encre des structures multicouches capteur sur substrats métalliques AM.

Protocole

Attention : Avant d’utiliser les encres réfléchies et colles, veuillez consulter le pertinentes feuilles (signalétique). L’encre de nanoparticules indépendants et adhésifs peuvent être toxiques ou cancérigènes, tributaire de la soutireuse. S’il vous plaît, utilise toutes les pratiques de sécurité qui s’imposent lors de l’impression jet d’encre ou la préparation des échantillons et n’oubliez pas de porter l’équipement de protection individuelle approprié (lunettes, gants, blouse, pantalons longs, chaussures fermées).

Remarque : Le protocole peut être suspendu après toute marche sauf mesures 6,3 à 6,6 et étapes 9,2 à 9,5.

1. préparation des substrats d’impression 3D

1. Préparer les dessins de conception assistée par ordinateur (CAO), idéalement en utilisant le format de fichier .stl stéréolithographie.
   Remarque : Les modèles utilisés sont illustrées complémentaires Figure 2 et 3 supplémentaires.
2. Choisir le processus AM basé sur les propriétés des matériaux requises par l’application cible (voir le tableau 1 pour les limites de processus respectifs).
   Remarque : Dans ce travail, nous avons utilisé des échantillons de cuivre 3D-imprimé, ainsi que céramique 3D-imprimé.
3. Fabriquer le substrat de cuivre par impression 3D avec cire et³⁹de moulage à la cire perdue.
4. Fabriquer le substrat en céramique de céramique axés sur la lithographie (LCM) technologie⁴⁰ de fabrication (voir vidéo 1).
5. Fabriquer le substrat d’acrylate d’éthyle à l’aide d’un polymère à haute résolution 3D-imprimante³⁷ et enlever la cire prise en charge de la partie imprimée.
   1. Mettre la partie imprimée à l’intérieur d’un four à 65 ° C pendant 1 h faire fondre la cire prise en charge.
   2. Après avoir enlevé la partie imprimée du four, mettez-la à l’intérieur d’un bain d’huile ultrasonique à 65 ° C pour enlever la cire de petites ouvertures, trous, etc.
6. Nettoyer les substrats à l’aide d’un chiffon humidifié avec de l’acétone, comme impuretés de surface peut grandement affectent la qualité d’impression à jet d’encre plus tard.
   Remarque : La préparation des substrats AM peut s’effectuer à l’aide de différents équipements et procédés. Selon la stratégie de fabrication, les propriétés de surface et en vrac peuvent varier aussi bien. Il est donc crucial de contrôler ces propriétés en utilisant les techniques d’inspection recommandés plus tard (voir, par exemple, la section 4 du présent protocole).

2. fabrication d’interconnexions

NOTE : La fabrication des interconnexions diffère selon le type (conducteur/conductrice) du substrat.

1. Fabriquer des interconnexions sur des substrats non conductrice (céramiques).
   1. Dispenser l’adhésif conducteur durcissable basse température un temps-pression Microdoseur monté sur une station de microassemblage dans les vias appropriées des pièces imprimées.
   2. Laissez le mécano d’interconnexions à sécher pendant 10 min à 23 ° C et à pression ambiante.
      Remarque : pour le substrat en céramique, les interconnexions peuvent également être fabriqués à l’aide de pâte à braser et haute température de polymérisation.
2. Fabriquer des interconnexions sur substrats conducteurs.
   1. Distribuer l’encre isolant partout dans les vias (trous/trous dans le substrat) circonférence via un Microdoseur temps-pression.
   2. Effectuer le séchage photonique à l’aide de la lumière intense pulsée tel que suggéré par le fournisseur d’encre.
      1. Ouvrir le tiroir de l’équipement de séchage photonique qui contient la table de substrat.
      2. Déplacer l’échantillon de cuivre à la table du substrat de l’équipement de séchage photonique et fixer avec les fixations magnétiques fournies.
      3. Régler la hauteur du tableau de substrat de l’appareil vers le plan focal de l’équipement de traitement de l’échantillon.
      4. Fermer le tiroir et régler le profil de polymérisation tel que recommandé par le fournisseur du matériau pour le matériel imprimé dans l’interface du logiciel de l’appareil et appuyez sur le bouton démarrer.
   3. Remplir la via avec la basse température de polymérisation conductrice coller (Table des matières).
      Remarque : en général, il est possible d’utiliser toutes les formes d’adhésifs conducteurs monocomposant, base d’époxy, qui sont activée de la température.
   4. Relie le mécano sec pendant 10 min à 23 ° C.

3. préparation du système d’impression jet d’encre

1. Nettoyer/purge les buses de la tête d’impression avec la purge définissant dans le logiciel de l’imprimante, à l’aide de la substance chimique approprié pour l’encre respectif : utiliser isopropanol pour isoler les encres ; Utilisez triéthylène glycol monométhyl éther de l’encre conductrice. Purger les injecteurs en appuyant sur le bouton de purge dans l’interface du logiciel de l’imprimante jusqu'à ce que la solution est éjectée les buses respectifs est claire.
   Remarque : La quantité de produits chimique nécessaire dépend de l’imprimante, buse et chimique. Dans cette expérience, a été utilisé environ 2 mL.
2. Remplir les récipients d’encre avec environ 1,5 mL d’argent de nanoparticules d’encre avec 50 wt.% métal chargement et une granulométrie moyenne de 110 nm à l’aide d’une seringue, par exemple, avec un baril de 3 mL et un 18 G Luer lock aiguille de distribution.
3. Utiliser une tête d’impression pour jet de l’encre en appuyant sur le bouton Démarrer la tête dans l’interface du logiciel de l’imprimante.
4. Utiliser le profil jet pré-réglée de l’imprimante pour le nettoyage au jet de l’encre conductrice.
   1. Placer la tête d’impression sur la position de dropview à l’aide de l’option aller à la position de dropview dans l’interface du logiciel imprimante et observer le nettoyage au jet d’encre.
   2. Changer les paramètres du profil de tension qui est préinstallé pour la tête d’impression et de la température de la tête d’impression afin d’ajuster la vitesse de chute, forme et volume. Ajuster la pression de l’encre à ne pas tout renverser de l’encre et à réduire la formation de gouttelettes de satellite.
      Remarque : Dans le système d’impression utilisé dans le présent protocole, la tension haute pression maximale opérationnelle était fixée à 40 V et un profil de jet de 1 µs de temps de montée/descente avec 14 10 µs tenir de temps a été utilisé. L’encre d’argent a été imprimés au jet à 45 ° C. La pression optimale d’encre dépend du niveau d’encre. La tension dans le profil de tension doit être augmenté ou réduit en fonction de l’état (par exemple, température, viscosité) de l’encre et la température actuelle de la tête, ainsi que l’état de la tête d’impression utilisée. Pour atteindre le jet approprié, nous vous recommandons de modifier la tension vers le haut par petites étapes de 1 V. S’il n’y a aucune amélioration dans la forme de goutte, réduire la tension par petits incréments de 1 V. suivre cette procédure jusqu'à l’obtention d’un dropping stable.
5. Ajuster les paramètres d’impression pour l’isolant de l’encre de la même manière, comme pour l’encre argentée.
   1. Utilisez une autre tête d’impression pour jet le matériau diélectrique faible k, qui est un mélange de monomères acrylate d’éthyle-type.
      Remarque : Encore une fois, une tension opérationnelle de jet de 40 V et un temps de montée/descente de 1 µs avec 8 µs tenez temps a été utilisé dans le présent protocole. L’encre diélectrique puisse être imprimés au jet à 50 ° C. La pression optimale d’encre dépend du niveau d’entrée manuscrite réelles. Généralement, les paramètres utilisés dépendent fortement les propriétés de l’encre, ainsi que le substrat ou la couche sur laquelle il doit être imprimé. Au cours du processus de fabrication, les paramètres d’impression devrez peut-être être ajustée dynamiquement. Veuillez vous référer au manuel d’utilisation du système d’impression sur la façon de régler correctement les paramètres de l’imprimante.

4. inspection des propriétés superficielles des substrats respectifs d’imprimabilité et l’ajustement des paramètres de l’imprimante pour la première couche

1. Effectuer des mesures de profilomètre pour déterminer la rugosité de surface.
   1. Mettre l’échantillon sur la table de substrat (scène) du profilomètre.
   2. Si ce n’est pas le cas, accueil hébergé, la scène en utilisant le bouton accueil dans l’interface du logiciel.
   3. Choisissez la résolution respective et la zone qui est mappé dans l’interface du logiciel.
   4. Placez la tête de mesure à la position de départ et commencer la mesure à l’aide de l’option jog et bouton de démarrage dans l’interface du logiciel.
   5. Après la mesure est terminée, vérifiez le résultat par souci de cohérence (par exemple, sont les hauteurs indiquées plausible pour le nombre de feuilles imprimées) et enregistrer les données.
2. SEM des inspections conformément au manuel de l’utilisateur d’analyser la qualité de surface.
3. Effectuer des mesures de l’angle de contact tel que décrit dans le manuel d’utilisation de la station de SEM pour déterminer les propriétés de mouillabilité.
4. Difficulté du substrat sur la table de substrat à l’aide de ruban adhésif et marquer sa position de façon appropriée.
5. Régler la buse et les paramètres d’impression dans les paramètres de l’interface du logiciel en modifiant les propriétés de la tête d’impression dans l’interface du logiciel de l’imprimante.
   1. Encore une fois, placer la tête d’impression sur la position de dropview à l’aide de l’option aller à la position de dropview dans l’interface du logiciel de l’imprimante et observer le nettoyage au jet d’encre. Si nécessaire, ajustez les paramètres d’impression afin d’optimiser le nettoyage au jet.
   2. Choisissez une tuyère qui éjecte bien définis et homogènes des gouttes d’encre pour l’impression.
   3. Entrez le numéro de la buse choisie dans les préférences de l’imprimante.
6. Effectuer les essais de taille de goutte pour déterminer la taille d’one drop imprimée sur le substrat respectif.
   1. Imprimez un motif de goutte, en utilisant une configuration de l’imprimante connus.
   2. Déterminer la taille des gouttes réalisé à l’aide d’un microscope calibré ou le système de caméra intégré de l’imprimante.
   3. S’assurer que la résolution d’impression par la suite utilisée est appropriée pour l’humidification de l’encre observées fabriquer une surface homogène et fermée (par exemple, choisissez une résolution d’impression de 900-1 000 dpi pour une taille de goutte de 40 à 50 µm).
7. Effectuer une analyse de la FIB (Table des matières), selon les instructions du fabricant, pour assurer une homogénéité de masse suffisante pour substrats conducteurs.

5. réglages de paramètre pour la première couche de polymérisation

1. Imprimer plusieurs structures, à l’aide d’une couche de l’encre utilisée pour la première couche de l’appareil, sur un substrat factice (c.-à-d., un échantillon du même matériau qui peut plus tard être éliminé et est utilisé pour l’essai seulement).
2. Utiliser le durcissement thermique dans un four à 130 ° C pendant au moins 30 minutes à la pression ambiante pour les modèles d’argent conductrices imprimées sur un substrat en céramique.
   Remarque : Selon la taille de l’échantillon, utiliser une cosse pour contenir l’échantillon dans le four.
3. Utiliser le durcissement photoniques pour l’isolant de l’encre sur le substrat métallique.
   1. Ouvrir le tiroir de l’équipement de séchage photonique qui contient la table de substrat.
   2. Passer l’échantillon à la table du substrat de l’équipement de séchage photonique et fixez-le en conséquence (par exemple, prévu en utilisant, appareils magnétiques).
   3. Régler la hauteur du tableau de substrat de l’équipement, à l’aide de l’axe de la table vers le plan focal de l’équipement de traitement de l’échantillon.
   4. Fermer le tiroir et régler le profil de polymérisation tel que recommandé par le fournisseur pour le matériel imprimé dans l’interface du logiciel de l’appareil et appuyez sur le bouton démarrer.
4. Contrôle de l’homogénéité de la surface du point de vue qualitatif à l’aide d’un microscope et quantitativement à l’aide d’un profilomètre.
   1. Mettre l’échantillon sur la table de substrat (scène) du profilomètre.
   2. Si ce n’est pas le cas, accueil hébergé, la scène à l’aide de la touche correspondante dans le logiciel.
   3. Choisissez la résolution respective et la zone qui doit être mappé.
   4. Placez la tête de mesure à la position de départ et commencer la mesure.
   5. Après que la mesure est terminée, vérifiez le résultat par souci de cohérence et enregistrer les données.
5. Répétez photoniques ou procédures de durcissement thermiques à l’aide d’adopté durcissement paramètres si nécessaire.
   1. Augmenter l’énergie photonique utilisée par petites étapes de, par exemple, 5 V dans l’interface du logiciel de l’appareil de polymérisation photonique si la résistance obtenue est trop élevée. Diminuer l’énergie utilisée si l’échantillon montre des signes de brûlure.
6. Ajuster les paramètres de l’appareil pour le durcissement de la première couche périphérique fonctionnel permettant une conductivité suffisante pour l’application à portée de main est atteinte, mais encore aucune combustion de la structure imprimée se produit.

6. impression jet d’encre et le durcissement de la première couche de l’appareil

1. Difficulté du substrat sur la table de substrat à l’aide de ruban adhésif et marquer sa position de façon appropriée.
2. Comme la première couche est conductrice, pour le substrat de type céramique et d’acrylate d’éthyle, utiliser chauffage table substrat de 60 ° C.
   Remarque : La température ne doit pas dépasser une température qui pourrait altérer le substrat respectif (par exemple, l’acrylate d’éthyle tolère seulement jusqu'à 65 ° C). Cet ajustement peut être fait dans les paramètres de l’imprimante.
3. Régler la buse et les paramètres d’impression dans les paramètres de l’interface du logiciel.
   1. Déplacer la tête d’impression à la dropview position et observer le nettoyage au jet d’encre.
   2. Choisissez une tuyère qui éjecte bien définis et homogènes des gouttes d’encre pour l’impression.
   3. Entrez le numéro de la buse choisie dans les préférences de l’imprimante.
4. Ajuster la résolution utilisée de la tête d’impression à déposer une couche homogène d’encre selon les propriétés du substrat préalablement déterminé : pour les substrats de la basse-mouillabilité, par exemple, un grand angle de contact et une petite goutte taille augmentent l’impression résolution. Diminuer la résolution pour les substrats de la haute-mouillabilité.
   
   Remarque : Le réglage des paramètres d’impression peut être fait dans les paramètres de l’imprimante.
5. Sélectionnez le point de référence approprié pour imprimer le motif et stocker ses coordonnées.
6. Charger le fichier de respectifs scalable vector graphic (.svg) et sélectionnez une résolution appropriée et la taille, dépendent le motif désiré et les dimensions du substrat dans le logiciel de l’imprimante.
7. Exécuter l’impression. Répétez l’impression d’une couche d’encre jusqu'à ce que l’homogénéité de l’impression est satisfaisante.
8. Contrôle de l’homogénéité de la couche imprimée à l’aide d’un microscope calibré ou en utilisant le système de caméra intégré de l’imprimante.
   1. Déplacer la caméra de l’imprimante à la position d’impression et d’observer la qualité de l’impression donnée dans l’interface du logiciel de l’imprimante.
9. Guérir la première couche en utilisant les paramètres déterminés à l’article 5 du présent protocole.
   1. Encre d’argent sur un support en polymère (acrylate d’éthyle, feuille), utilisez un 1 impulsion ms 250 V avec une quantité réduite d’énergie (525 mJ/cm²).
   2. Pour encre argentée sur un substrat en céramique, utiliser la chaleur de polymérisation dans le four comme l’a recommandé à l’encre (p. ex., 130 ° C pendant 30 min).
   3. Guérir l’encre imprimée diélectrique à 200 V avec 1 ms impulsions et répéter les impulsions 8 x à une fréquence de 1 Hz.
      Remarque : Les spectres de la lumière émise, utilisé dans la guérison de la photonique est assez large (ultra-violet – proche infrarouge [UV-NIR]). Pourtant, la quantité de lumière UV est suffisante pour initier la photopolymérisation et guérir la couche isolante.

7. inspection des propriétés superficielles des substrats respectifs pour l’imprimabilité et l’ajustement des paramètres de l’imprimante pour les couches suivantes

Remarque : Veuillez consulter les manuels d’utilisation de l’équipement de mesure pour effectuer les mesures de profilomètre et des inspections de la microscopie.

1. Effectuer des mesures de profilomètre pour déterminer la rugosité et l’épaisseur de la couche imprimée.
   1. Mettre l’échantillon sur la table du substrat de la profilomètre.
   2. Si ce n’est pas le cas, accueil hébergé, la scène à l’aide de la touche correspondante dans le logiciel.
   3. Choisissez la résolution respective et la zone qui doit être mappé.
   4. Placez la tête de mesure à la position de départ et commencer la mesure.
   5. Après que la mesure est terminée, vérifiez le résultat par souci de cohérence et enregistrer les données.
2. Effectuer des mesures d’angle de contact pour déterminer les propriétés de mouillabilité.
   Remarque : Reportez-vous au manuel d’utilisation de l’équipement de mesure à portée de main sur la façon d’effectuer correctement des mesures de l’angle de contact.
3. Effectuer des essais de taille de goutte pour déterminer la taille d’one drop imprimée sur le substrat respectif.
   1. Imprimez un motif de goutte à l’aide d’une configuration de l’imprimante connus.
   2. Déterminer la taille des gouttes réalisé à l’aide d’un microscope calibré ou le système d’inspection intégré de l’imprimante.
4. Ajuster la résolution utilisée de la tête d’impression pour obtenir une couche homogène de l’encre : pour les substrats de la basse-mouillabilité, par exemple, un grand angle de contact et une petite goutte taille augmentent la résolution d’impression. Diminuer la résolution pour les substrats de la haute-mouillabilité.
5. Contrôler les propriétés électriques de la première couche : pour une première couche conductrice, utiliser la sonde de quatre points pour déterminer la conductivité obtenue.
   1. Mettre l’échantillon sur la table de substrat.
   2. Abaisser la tête de mesure sur la piste conductrice, en s’assurant que la sonde a bon contact avec la structure imprimée, pour être analysés.
6. Pour une première couche d’isolation, assurez-vous que la surface homogène couvre le conducteur ci-dessous. Utiliser un microscope pour confirmer. Vérifiez les propriétés isolantes à l’aide d’un multimètre.

8. réglages de paramètre pour les couches suivantes de polymérisation

1. Imprimer plusieurs structures, à l’aide d’une couche de l’encre utilisée pour la couche suivante de l’appareil, sur un substrat factice avec une couche équivalente précédente.
2. Utiliser seulement photoniques de durcissement pour tous les substrats.
3. Après durcissement, contrôler les propriétés électriques et structurelles de la couche imprimée : pour déterminer si la conductivité est suffisante, utilisez une mesure de la sonde de quatre points.
4. Contrôle de l’homogénéité de la surface qualitativement en utilisant un microscope et quantitativement le profilomètre.
5. Si nécessaire, répétez les procédures de polymérisation photoniques.
6. Ajuster les paramètres de l’appareil pour le durcissement de la couche périphérique fonctionnel ultérieur.

9. impression jet d’encre et le durcissement des couches de dispositifs ultérieurs

1. Fixer le support sur le tableau de substrat convenablement à l’emplacement préalablement marqué.
2. Ajustez les paramètres buse et l’impression, tel que déterminé à l’étape précédente.
3. Sélectionnez le point de référence approprié pour imprimer le motif et s’assurer que les motifs imprimés sont bien alignées entre elles afin de garantir le bon fonctionnement de l’appareil par la suite.
4. Chargez le fichier .svg respectifs avec une résolution appropriée et la taille.
5. Exécuter l’impression. Répétez l’impression d’une couche d’encre jusqu'à ce que l’homogénéité de l’impression est satisfaisante.
6. Contrôler l’homogénéité de la couche imprimée sous un microscope (ici, le système de caméra intégré de l’imprimante est utilisé).
7. Utilisation photonique guérir uniquement pour le durcissement de cette couche. Utilisez les paramètres déterminés au préalable d’une couche isolante ou une couche conductrice sur l’isolant.
8. Après durcissement, contrôler les propriétés électriques et structurelles de la couche imprimée : pour déterminer si la plage de conductivité de la couche conductrice est acceptable, utilisez un multimètre.

Résultats

Partir des images de SEM illustrés à la Figure 1, on peut tirer des conclusions sur l’imprimabilité sur les substrats respectifs. Les barreaux de l’échelle sont différentes en raison des différentes gammes de la rugosité de surface. Dans la Figure 1 a, la surface du substrat cuivre apparaît, qui est de loin la plus lisse. Figure 1 c, en revanche, montre en acier, un substrat qui n’est p...

Discussion

Une façon de fabriquer des structures multicouches capteur sur supports imprimés 3D et sur une feuille est démontrée. AM métal, ainsi que des substrats céramique et l’acrylate de type et de la feuille ne semblent pas convenir à multicouche à jet d’encre d’imprimerie, comme l’adhérence entre le substrat et les différentes couches est suffisante, ainsi que la capacité respective de conductivité ou isolation. Cela pourrait être démontré par des couches d’impression de structures conductrices sur iso...

matériels

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.