Ibrido di stampa per la fabbricazione di sensori intelligenti

Riepilogo

Qui presentiamo un protocollo per la realizzazione di strutture a getto d'inchiostro-stampato multistrato sensore su substrati additivo fabbricati e lamina.

Abstract

Un metodo per combinare additivo prodotti substrati o pellicole e stampa inkjet multistrato per la fabbricazione di dispositivi a sensore è presentato. Primo, tre substrati (acrilato, ceramiche e rame) sono preparati. Per determinare le proprietà del materiale risultante di questi substrati, profilometro, angolo di contatto, microscopio elettronico a scansione (SEM) e ionico focalizzato (FIB) fascio misurazioni sono fatte. La risoluzione di stampa realizzabile e volume della goccia adatto per ogni substrato sono, poi, trovati attraverso i test di dimensione goccia. Quindi, strati di inchiostro conduttivo e isolante sono a getto d'inchiostro stampato alternativamente per fabbricare le strutture di sensore di destinazione. Dopo ogni passaggio di stampa, i rispettivi livelli vengono trattati singolarmente di polimerizzazione fotonici. I parametri utilizzati per la stagionatura di ogni strato sono adattati a seconda dell'inchiostro stampato, nonché le proprietà di superficie del substrato rispettivo. Per confermare la conducibilità risultante e per determinare la qualità della superficie stampata, quattro punti sonda e profilometro misurazioni avvengono. Infine, un set-up di misura e risultati ottenuti da un sistema di sensore di tutti-stampato sono riportati per dimostrare la qualità ottenibile.

Introduzione

Produzione additiva (AM) è standardizzato come un processo dove materiali si uniscono per rendere gli oggetti dai dati del modello 3D. Questo è solitamente fatto strato su strato e, quindi, contrasta con le tecnologie di produzione sottrattiva, quali la fabbricazione a semiconduttore. Fabbricazione di stampa 3D, additivo, processo additivo, tecniche di additivi, additivo strato produzione, fabbricazione di strato e freeform fabrication sono sinonimi. Questi sinonimi sono riprodotte dalla standardizzazione dalla American Society of Testing and Materials (ASTM)¹ per fornire una definizione unica. Nella letteratura, la stampa 3D si riferisce come il processo dove lo spessore degli oggetti stampati è nella gamma di centimetri a anche metri².

Processi più comuni, quali stereolitografia³, attivare la stampa di polimeri, ma la stampa 3D del metallo inoltre è già disponibile in commercio. I AM dei metalli è impiegato in molteplici settori, come per il settore automobilistico, aerospaziale⁴e medico⁵ settori. Un vantaggio per strutture aerospaziali è la possibilità di stampare più leggeri dispositivi attraverso semplici modifiche strutturali (ad esempio, utilizzando un design a nido d'ape). Di conseguenza, materiali con, per esempio, una maggiore resistenza meccanica, che altrimenti sarebbe aggiungere una quantità significativa di peso (ad es., titanio anziché alluminio)⁶, possono essere impiegati.

Mentre la stampa 3D di polimeri è già affermata, metallo stampa 3D è ancora un argomento di ricerca vibrante e una varietà di processi sono stati sviluppati per la stampa 3D di strutture metalliche. Fondamentalmente, i metodi disponibili possono essere combinati in quattro gruppi^7,8, vale a dire 1) usando un laser o fascio di elettroni per rivestimento in un processo di filo-alimentato, utilizzando un laser o fascio di elettroni, 3) selettivamente fusione polvere utilizzando 2) sinterizzazione di sistemi un fascio laser o elettrone (fusione della polvere letto) e 4) un raccoglitore jetting processo dove, comunemente, una testina di stampa a getto d'inchiostro si sposta sopra un substrato di polvere ed eroga agente legante.

A seconda del processo, i rispettivi campioni fabbricati esporrà diverse proprietà strutturali e superficiali⁷. Queste varie proprietà dovrà essere considerato in ulteriori sforzi per funzionalizzare ulteriormente le parti stampate (ad es., fabbricando sensori sulle loro superfici).

In contrasto con stampa 3D, la stampa i processi per raggiungere una tale funzionalizzazione (ad es., schermo e la stampa a getto d'inchiostro) copertura solo limitato altezze oggetto da meno di 100 nm⁹ fino a pochi micrometri e sono, quindi, spesso indicato anche come 2.5 D-stampa. in alternativa, soluzioni basate su laser per patterning ad alta risoluzione sono stati anche proposti^10,11. Una rassegna completa dei processi di stampa, termicamente dipendente di temperatura di nanoparticelle di fusione, e le applicazioni è dato dal Ko¹².

Anche se la stampa dello schermo è ben definito nella letteratura^13,14, stampa inkjet fornisce una migliorata capacità di upscaling, insieme ad una maggiore risoluzione per la stampa di dimensioni più piccole di funzionalità. Oltre a questo, è un metodo di stampa digitale, senza contatto, consentendo la deposizione flessibile di materiali funzionali su tridimensionale. Di conseguenza, il nostro lavoro è focalizzato sulla stampa a getto d'inchiostro.

Tecnologia di stampa a getto d'inchiostro è già stata impiegata nella fabbricazione di elettrodi di rilevazione di metallo (argento, oro, platino, ecc.). Campi di applicazione includono temperatura misura^15,16, pressione e ceppo rilevamento^17,18,19e biosensori^20,21, così come gas o vapore analisi^22,23,24. L'indurimento di tali strutture stampate con estensione altezza limitata può essere fatto utilizzando varie tecniche, basate su termica²⁵, forno a microonde²⁶, elettrici²⁷, laser²⁸e fotonici²⁹ principi.

Polimerizzazione fotonici per strutture stampate a getto d'inchiostro permette ai ricercatori di utilizzare inchiostri ad alta energia, curabili, conduttivi su substrati con una resistenza di bassa temperatura. Sfruttando questa circostanza, la combinazione di 2.5 D e 3D prestampa può essere impiegato per fabbricare prototipi altamente flessibile nella zona di imballaggio intelligente^30,31,32 e rilevamento intelligente.

La conducibilità di substrati metallici 3D-stampato è di interesse per il settore aerospaziale, come pure per il settore medicale. Esso non solo migliora la stabilità meccanica di alcune parti ma è utile nel campo vicino, così come di rilevamento capacitivo. Un alloggiamento del metallo 3D-stampato fornisce ulteriore schermatura/guardia del sensore front-end poiché può essere collegato elettricamente.

L'obiettivo è quello di fabbricare dispositivi utilizzando la tecnologia di AM. Questi dispositivi dovrebbero fornire una risoluzione sufficientemente elevata nella misurazione che vengono impiegate per (spesso alle micro - o su scala nanometrica) e, allo stesso tempo, essi deve soddisfare elevati standard per quanto riguarda affidabilità e qualità.

È stato dimostrato che la tecnologia AM presenta all'utente con sufficiente flessibilità per fabbricare progetti ottimizzati^33,34 , che migliorano la qualità complessiva di misura che possa essere raggiunti. Inoltre, la combinazione di polimeri e stampa inkjet single layer è stata presentata nella precedente ricerca^35,36,37,38.

In questo lavoro, gli studi disponibili sono estese, e una revisione sulle proprietà fisiche dei substrati di AM, con un focus sui metalli e la loro compatibilità con stampa inkjet multistrato e fotonici di polimerizzazione è fornita. Un disegno di esemplare bobina multistrato è fornito in complementare figura 1. I risultati sono utilizzati per fornire strategie per la stampa a getto d'inchiostro di strutture multistrato sensore su substrati di metallo AM.

Protocollo

Attenzione: Prima di utilizzare il considerato inchiostri e adesivi, si prega di consultare il relativo materiale sicurezza (MSDS). L'inchiostro di nanoparticella autonomo e adesivi possono essere tossici o cancerogeni, dipende il filler. Si prega di utilizzare tutte le pratiche di sicurezza appropriate quando si esegue la stampa a getto d'inchiostro o la preparazione dei campioni e assicuratevi di indossare appropriati dispositivi di protezione individuale (occhiali di sicurezza, guanti, camice, pantaloni lunghi, Scarpe chiuse).

Nota: Il protocollo può essere sospeso dopo qualsiasi passaggio tranne passaggi 6,3-6,6 e passaggi 9.2-9.5.

1. preparazione di substrati di stampa 3D

1. Preparazione dei disegni di computer-aided design (CAD), idealmente utilizzando il formato di file. STL di stereolitografia.
   Nota: I disegni usati sono illustrati nella integrativa Figura 2 e complementare nella figura 3.
2. Scegliere il processo AM basato sulle proprietà del materiale richiesta dall'applicazione di destinazione (vedere tabella 1 per le limitazioni del rispettivo processo).
   Nota: In questo lavoro, abbiamo usato campioni di stampa 3D rame, nonché ceramiche 3D-stampato.
3. Fabbricare il substrato di rame di stampa 3D con cera e³⁹di fusione a cera persa.
4. Fabbricare il substrato ceramico di ceramica a base di Litografia (LCM) tecnologia⁴⁰ di fabbricazione (Vedi Video 1).
5. Fabbricare il substrato di acrilato utilizzando un polimero ad alta risoluzione 3D-stampante³⁷ e rimuovere la cera supporto dalla parte stampata.
   1. Mettere la parte stampata all'interno di un forno a 65 ° C per 1 h a sciogliere la cera di supporto.
   2. Dopo aver rimosso la parte stampata dal forno, metterlo dentro bagno d'olio ad ultrasuoni a 65 ° C per rimuovere la cera da piccole aperture, fori, ecc.
6. Pulire i substrati utilizzando un panno imbevuto di acetone, come impurità di superficie possibile influenzare notevolmente la qualità di stampa a getto d'inchiostro più tardi.
   Nota: La preparazione di substrati di AM può essere fatto utilizzando diverse attrezzature e processi. Secondo la strategia di fabbricazione, le proprietà di superficie e bulk possono variare pure. È, pertanto, fondamentale controllare queste proprietà utilizzando le tecniche di ispezione consigliate più tardi (Vedi, per esempio, sezione 4 del presente protocollo).

2. fabbricazione di interconnessioni

Nota: La realizzazione di interconnessioni differisce a seconda del tipo (conduttivo/non conduttivo) del substrato.

1. Fabbricare interconnessioni su substrati non conduttivi (ceramici).
   1. Erogare l'adesivo conduttivo curabile di bassa temperatura con un micro dispensatore di tempo-pressione montato su una stazione microassemblaggio nel vias appropriato delle parti stampate.
   2. Lasciare il fabbricato interconnessioni ad per asciugare per 10 min a 23 ° C e con pressione ambiente.
      Nota: per il substrato di ceramica, le interconnessioni possono anche essere fabbricate utilizzando pasta saldante e ad alta temperatura di polimerizzazione.
2. Fabbricare interconnessioni su substrati conduttivi.
   1. Erogare l'inchiostro isolante tutto il vias (fori nel substrato) circonferenza tramite un micro dispensatore di pressione di tempo.
   2. Eseguire il processo di reticolazione fotonici usando luce pulsata intensa come suggerito dal fornitore dell'inchiostro.
      1. Aprire il vassoio dell'apparecchiatura polimerizzazione fotonico contenente la tabella di substrato.
      2. Spostare il campione di rame alla tabella substrato dell'apparecchiatura polimerizzazione fotonico e fissarlo con il fissaggio magnetico fornito.
      3. Regolare l'altezza del tavolo di substrato dell'apparecchiatura per spostare il campione per il piano di messa a fuoco dell'apparecchiatura polimerizzazione.
      4. Chiudere il vassoio e regolare il profilo di polimerizzazione, come raccomandato dal fornitore del materiale per il materiale stampato nell'interfaccia del software dell'apparecchio e premere il pulsante start.
   3. Riempire la via con bassa temperatura di polimerizzazione conduttivo incollare (Tabella materiali).
      Nota: In generale, è possibile utilizzare tutte le forme di monocomponente, a base epossidica adesivi conduttivi che sono temperatura attivato.
   4. Asciutto il fabbricato interconnessioni per 10 min a 23 ° C.

3. preparazione del sistema di stampa a getto d'inchiostro

1. Pulire/spurgo gli ugelli della testina di stampa con l'eliminazione dei fogli inceppati nel software della stampante, utilizzando il prodotto chimico appropriato per l'inchiostro rispettivo: utilizzare isopropanolo per l'isolamento di inchiostri; utilizzare trietilene glicole monometil etere per l'inchiostro conduttivo. Eliminazione dei fogli inceppati di ugelli premendo il pulsante di spurgo nell'interfaccia del software della stampante fino a quando la soluzione espulsa dalle rispettive bocchette è chiara.
   Nota: La quantità di chimici necessari dipende dalla stampante, ugello e chimico. In questo esperimento, è stato usato circa 2 mL.
2. Riempire i contenitori di inchiostro con circa 1,5 mL di nanoparticelle d'argento inchiostro con 50 wt.% metallo caricamento e una granulometria media di 110 nm usando una siringa, per esempio, con una canna di 3 mL e un 18 G Luer lock dell'ago di erogazione.
3. Utilizzare una testina di stampa a getto di inchiostro premendo il pulsante Start testa nell'interfaccia del software della stampante.
4. Utilizzare il profilo di trivellazione a getto pre-regolato della stampante per la trivellazione a getto di inchiostro conduttivo.
   1. Spostare la testina di stampa nella posizione di dropview utilizzando l'opzione di andare a dropview posizione nell'interfaccia del software della stampante e osservare la trivellazione a getto di inchiostro.
   2. Modificare i parametri del profilo di tensione che è preinstallato per la testina di stampa e la temperatura della testina di stampa al fine di regolare la velocità di discesa, forma e volume. Regolare la pressione di inchiostro per evitare qualsiasi fuoriuscita di inchiostro e per ridurre la formazione di goccioline di satellitare.
      Nota: Il sistema di stampa utilizzato nel presente protocollo, la tensione di trivellazione a getto massima operativa è stata impostata per 40 V e un profilo di trivellazione a getto di 1 µs tempo di salita/discesa con 10-14 µs tenere il tempo è stato usato. L'inchiostro d'argento era idromassaggio a 45 ° C. La pressione ottimale dell'inchiostro è dipenda dal livello di inchiostro. La tensione nel profilo di tensione deve essere aumentato o ridotto a seconda dello stato (ad esempio, temperatura, viscosità) l'inchiostro e la temperatura corrente della testa, così come lo stato della testina di stampa usata. Per raggiungere jetting corretta, si consiglia di cambiare la tensione verso l'alto a piccoli passi di 1 V. Se non c'è nessun miglioramento a forma di goccia, ridurre la tensione a piccoli passi di 1 V. Segui questa procedura finché non si ottiene una caduta stabile.
5. Regolare i parametri di stampa per l'inchiostro isolante nello stesso modo come fatto per l'inchiostro d'argento.
   1. Utilizzare un'altra testina di stampa per il materiale dielettrico basso-k, che è una miscela di monomeri di acrilato-tipo del getto.
      Nota: Ancora una volta, una tensione di trivellazione a getto di esercizio di 40 V e un tempo di salita/discesa di 1 µs con 8 µs tenere tempo è stato usato in questo protocollo. L'inchiostro dielettrico potrebbe essere idromassaggio a 50 ° C. La pressione ottimale dell'inchiostro è dipenda dal livello dell'input penna effettivi. In genere, i parametri utilizzati altamente dipendono dalle proprietà dell'inchiostro, così come del substrato o strato su cui deve essere stampato. Durante il processo di fabbricazione, i parametri di stampa potrebbero essere necessario essere regolato in modo dinamico. Fare riferimento al manuale dell'utente del sistema di stampa su come regolare correttamente i parametri della stampante.

4. ispezione della proprietà superficiali dei rispettivi substrati per la stampabilità e la regolazione dei parametri della stampante per il primo strato

1. Eseguire misurazioni di Profilometro per determinare la rugosità superficiale.
   1. Mettere il campione sul tavolo di substrato (fase) del profilometro.
   2. Se non assegnate, casa stage utilizzando il tasto home nell'interfaccia del software.
   3. Scegliere la rispettiva risoluzione e l'area che viene mappato nell'interfaccia del software.
   4. Posizionare la testa di misura in posizione iniziale e avviare la misurazione utilizzando l'opzione di jog e pulsante start nell'interfaccia del software.
   5. Dopo la misurazione è completata, controllare il risultato per coerenza (ad esempio, mostrato le altezze sono plausibili per il numero di strati stampati) e salvare i dati.
2. Eseguire ispezioni SEM secondo il manuale utente per analizzare la qualità della superficie.
3. Eseguire misure di angolo di contatto, come descritto nel manuale dell'utente della stazione SEM per determinare le proprietà di bagnabilità.
4. Difficoltà del substrato sulla tabella substrato utilizzando nastro adesivo e segnare la sua posizione in modo appropriato.
5. Regolare l'ugello e i parametri di stampa nelle impostazioni del software di interfaccia modificando le proprietà della testina di stampa nell'interfaccia del software della stampante.
   1. Ancora una volta, spostare la testina di stampa nella posizione di dropview utilizzando l'opzione di andare a dropview posizione nell'interfaccia del software della stampante e osservare la trivellazione a getto di inchiostro. Se necessario, regolare i parametri di stampa per ottimizzare il getto.
   2. Scegliere un ugello che espelle ben definiti e omogenei gocce d'inchiostro per la stampa.
   3. Inserisci il numero dell'ugello selezionata nelle preferenze della stampante.
6. Eseguire le prove di dimensione goccia per determinare le dimensioni di una goccia stampata sul substrato rispettivo.
   1. Stampare un modello di goccia, utilizzando una configurazione di stampante noto.
   2. Determinare la dimensione di goccia raggiunti usando un microscopio calibrato o il sistema di fotocamera incorporata della stampante.
   3. Assicurarsi che la risoluzione di stampa successivamente usata sia appropriata per la bagnatura di inchiostro osservati fabbricare una superficie omogenea e chiusa (per esempio, scegliere una risoluzione di stampa di 900-1.000 dpi per una dimensione di goccia di 40-50 µm).
7. Eseguire un'analisi FIB (Tabella materiali), come da istruzioni del produttore, per garantire una sufficiente omogeneità di massa per substrati conduttivi.

5. regolazioni di parametro per il primo strato di polimerizzazione

1. Stampare più strutture, utilizzando uno strato di inchiostro usato per il primo strato di dispositivo, su un substrato fittizio (vale a dire, un campione dello stesso materiale che successivamente può essere eliminato ed è usato per solo a scopo di test).
2. Utilizzare il trattamento termico in forno a 130 ° C per almeno 30 min a pressione ambiente per i modelli d'argento conduttivi stampati su un substrato ceramico.
   Nota: A seconda delle dimensioni del campione, utilizzare un pod per tenere il campione all'interno del forno.
3. Utilizzare l'indurimento fotonica per l'inchiostro isolante su substrato metallico.
   1. Aprire il vassoio dell'apparecchiatura polimerizzazione fotonico contenente la tabella di substrato.
   2. Spostare il campione alla tabella substrato dell'apparecchiatura polimerizzazione fotonico e fissare di conseguenza (utilizzando, ad esempio, fornito fissaggio magnetico).
   3. Regolare l'altezza della tabella di substrato dell'apparecchio, utilizzando il mandrino di tabella per spostare il campione per il piano di messa a fuoco dell'apparecchiatura polimerizzazione.
   4. Chiudere il vassoio e regolare il profilo di polimerizzazione, come raccomandato dal fornitore per il materiale stampato nell'interfaccia del software dell'apparecchio e premere il pulsante start.
4. Controllo l'omogeneità della superficie microscopio qualitativamente e quantitativamente utilizzando un profilometro.
   1. Mettere il campione sul tavolo di substrato (fase) del profilometro.
   2. Se non assegnate, casa stage utilizzando il rispettivo pulsante nel software.
   3. Scegliere la rispettiva risoluzione e l'area che deve essere mappato.
   4. Posizionare la testa di misura in posizione iniziale e avviare la misurazione.
   5. Dopo la misurazione è completata, controllare il risultato per coerenza e salvare i dati.
5. Ripetere fotonici o adottato procedure polimerizzazione termiche tramite polimerizzazione parametri se necessario.
   1. Aumentare l'energia fotonica usato a piccoli passi di, per esempio, 5 V nell'interfaccia del software delle apparecchiature polimerizzazione fotoniche se la resistenza raggiunta è troppo alto. Se il campione mostra segni di bruciatura, ridurre l'energia utilizzata.
6. Regolare i parametri di attrezzature per la polimerizzazione del primo strato funzionale dispositivo affinché si raggiunge una conducibilità sufficiente per l'applicazione a portata di mano, ma ancora nessuna combustione della struttura stampata si verifica.

6. stampa e indurimento del primo strato dispositivo

1. Difficoltà del substrato sulla tabella substrato utilizzando nastro adesivo e segnare la sua posizione in modo appropriato.
2. Come il primo strato è conduttivo, per il substrato di tipo di ceramica e acrilato, utilizzare il riscaldamento del substrato tavolo di 60 ° C.
   Nota: La temperatura non deve superare una temperatura tale da influirà il substrato rispettivo (ad es., l'acrilato tollera solo fino a 65 ° C). Questa regolazione può essere effettuata nelle impostazioni della stampante.
3. Regolare l'ugello e i parametri di stampa nelle impostazioni del software di interfaccia.
   1. Spostare la testina di stampa per il dropview posizionare e osservare la trivellazione a getto di inchiostro.
   2. Scegliere un ugello che espelle ben definiti e omogenei gocce d'inchiostro per la stampa.
   3. Inserisci il numero dell'ugello selezionata nelle preferenze della stampante.
4. Regolare la risoluzione usata della testina di stampa di depositare uno strato omogeneo di inchiostro secondo le proprietà precedentemente determinato substrato: per substrati di basso-bagnabilità, per esempio, un grande angolo di contatto e una piccola goccia dimensione aumentare la stampa ad alta risoluzione. Abbassare la risoluzione per substrati ad alta bagnabilità.
   
   Nota: La regolazione dei parametri di stampa può essere fatto nelle impostazioni della stampante.
5. Selezionare il punto di riferimento appropriato per stampare il modello e memorizzare le sue coordinate.
6. Caricare il file di immagine (. svg) rispettivi vettoriale scalabile e selezionare una risoluzione appropriata e dimensioni, dipende il modello desiderato e le dimensioni del substrato nel software della stampante.
7. Eseguire la stampa. L'omogeneità della stampa è soddisfacente, ripetere la stampa di uno strato di inchiostro.
8. Controllo l'omogeneità dello strato stampato usando un microscopio calibrato o utilizzando il sistema di fotocamera incorporata della stampante.
   1. Muovere la telecamera della stampante per la posizione di stampa e osservare la qualità della stampa data nell'interfaccia del software della stampante.
9. Curare il primo strato utilizzando i parametri determinati al punto 5 del presente protocollo.
   1. Per inchiostro d'argento su un substrato di polimeri (acrilato, lamina), utilizzare un 1 impulso ms 250 V con una quantità ridotta di energia (525 mJ/cm²).
   2. Per inchiostro d'argento su un substrato ceramico, utilizzano il calore di polimerizzazione in forno come consigliato con l'inchiostro (ad es., 130 ° C per 30 min).
   3. Curare l'inchiostro stampato dielettrico a 200 V con 1 ms impulsi e ripetere gli impulsi 8 x alla frequenza di 1 Hz.
      Nota: Gli spettri della luce emessa, utilizzato nella cura di fotonica è abbastanza ampia (ultra-violet – vicino-infrarosso [UV-NIR]). Ancora, la quantità di luce UV è sufficiente avviare la fotopolimerizzazione e curare lo strato isolante.

7. ispezione di proprietà superficiali dei rispettivi substrati per la stampabilità e la regolazione dei parametri della stampante per strati successivi

Nota: Consultare il manuale d'uso dell'apparecchiatura di misurazione il profilometro misurazioni e ispezioni di microscopia.

1. Eseguire misurazioni di Profilometro per determinare la rugosità e lo spessore dello strato stampato.
   1. Mettere il campione sul tavolo substrato del profilometro.
   2. Se non assegnate, casa stage utilizzando il rispettivo pulsante nel software.
   3. Scegliere la rispettiva risoluzione e l'area che deve essere mappato.
   4. Posizionare la testa di misura in posizione iniziale e avviare la misurazione.
   5. Dopo la misurazione è completata, controllare il risultato per coerenza e salvare i dati.
2. Eseguire misure di angolo di contatto per determinare le proprietà di bagnabilità.
   Nota: Consultare il manuale utente dell'apparecchiatura di misurazione a portata di mano su come effettuare correttamente le misurazioni dell'angolo di contatto.
3. Eseguire test di dimensione goccia per determinare le dimensioni di una goccia stampata sul substrato rispettivo.
   1. Stampare un modello di goccia utilizzando una configurazione di stampante noto.
   2. Determinare la dimensione di goccia raggiunto utilizzando un microscopio calibrato o sistema di controllo integrato della stampante.
4. Regolare la risoluzione usata della testina di stampa per ottenere uno strato omogeneo di inchiostro: per substrati di basso-bagnabilità, per esempio, un grande angolo di contatto e una piccola goccia dimensione aumentare la risoluzione di stampa. Abbassare la risoluzione per substrati ad alta bagnabilità.
5. Controllare le proprietà elettriche del primo strato: per un primo strato conduttivo, utilizzare la sonda del quattro-punto per determinare la conducibilità raggiunta.
   1. Mettere il campione sul tavolo di substrato.
   2. Abbassare la testa di misura in pista conduttiva, assicurandosi che la sonda ha buon contatto con la struttura stampata, per essere analizzati.
6. Per un primo strato isolante, assicurarsi che la superficie copre omogeneamente il conduttore qui sotto. Utilizzare un microscopio per la conferma. Verificare le proprietà isolanti utilizzando un multimetro.

8. regolazioni di parametro per strati successivi di polimerizzazione

1. Stampare più strutture, utilizzando uno strato di inchiostro usato per lo strato successivo dispositivo, su un substrato fittizio con un equivalente livello precedente.
2. Utilizzare solo fotonici di polimerizzazione per tutte le superfici.
3. Dopo l'indurimento, controllare le proprietà elettriche e strutturali dello strato stampato: per determinare se la conduttività è sufficiente, utilizzare una misura di sonda di quattro punti.
4. Controllo l'omogeneità della superficie microscopio qualitativamente e quantitativamente utilizzando il profilometro.
5. Se necessario, ripetere la procedure di polimerizzazione fotoniche.
6. Regolare i parametri di attrezzature per l'indurimento dello strato successivo dispositivo funzionale.

9. Inkjet stampa e polimerizzazione di strati successivi di dispositivo

1. Difficoltà il substrato al tavolo di substrato in modo appropriato in posizione precedentemente segnata.
2. Regolare i parametri dell'ugello e stampa come determinato dal passaggio precedente.
3. Selezionare il punto di riferimento appropriato per stampare il modello e assicurarsi che i modelli stampati siano ben allineati con l'altro per garantire la corretta funzionalità del dispositivo in seguito.
4. Caricare il file. svg rispettivi con dimensioni e la risoluzione appropriata.
5. Eseguire la stampa. L'omogeneità della stampa è soddisfacente, ripetere la stampa di uno strato di inchiostro.
6. Controllare l'omogeneità dello strato stampato sotto un microscopio (qui, viene utilizzato il sistema di fotocamera incorporata della stampante).
7. Utilizzare fotonici curare solo per l'indurimento di questo strato. Utilizzare i parametri per uno strato isolante o uno strato conduttivo sull'isolatore determinati in anticipo.
8. Dopo l'indurimento, controllare le proprietà elettriche e strutturali dello strato stampato: per determinare se l'intervallo di conducibilità dello strato conduttivo è accettabile, utilizzare un multimetro.

Risultati

Dalle immagini SEM illustrate nella Figura 1, si possono trarre conclusioni sulla stampabilità sui rispettivi substrati. Le barre di scala sono diverse a causa delle gamme differenti della rugosità superficiale. In Figura 1a, la superficie del substrato di rame è indicata, che è di gran lunga il più regolare. Figura 1 c, d'altra parte, spettacoli in acciaio, un substrato che non è utilizzabile ...

Discussione

Un modo per fabbricare strutture multistrato sensore su substrati di stampa 3D e sulla lamina è dimostrato. AM metallo, così come substrati di ceramica e acrilato tipo e lamina sono mostrati per essere adatto per stampa inkjet multistrato, come l'adesione fra il substrato e i diversi strati è sufficiente, come pure la rispettiva capacità di conduttività o isolamento. Questo potrebbe essere indicato da stampa strati di strutture conduttrici il materiale isolante. Inoltre, la stampa e i processi per tutti i livelli di...

Materiali

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.