스마트 센서의 제조에 인쇄 하는 하이브리드

요약

여기 선물이 없애는 제조 기판 및 호 일에 잉크젯 인쇄 적 층 형 센서의 제조에 대 한 프로토콜.

초록

없애는 결합 하는 방법을 제조 기판 또는 포 일 및 센서 소자의 제조에 대 한 다층 잉크젯 인쇄 표시 됩니다. 첫 번째, 세 기판 (아크릴, 세라믹, 및 구리) 준비 된다. 이러한 기판의 물성 결과 확인 하려면 profilometer, 접촉 각, 스캐닝 전자 현미경 (SEM), 그리고 집중 된 이온 빔 (FIB) 측정 할 수 있습니다. 달성 인쇄 해상도 및 각 기판에 대 한 적합 한 드롭 볼륨, 다음, 드롭 크기 테스트를 통해 발견 된다. 그럼, 절연 성 및 전도성 잉크의 레이어 또는 조작 대상 센서 구조를 인쇄 하는 잉크젯 있습니다. 각 인쇄 단계 후 각 레이어 광자 치료에 의해 개별적으로 처리 됩니다. 각 층의 경화에 사용 되는 매개 변수는 각 기판의 표면 특성에 뿐만 아니라 인쇄 된 잉크에 따라 적응은. 확인 결과 전도도 하 고 인쇄의 품질을 결정 하, 4 포인트 프로브 및 profilometer 측정 할 수 있습니다. 마지막으로, 측정 설정과 같은 모든 인쇄 센서 시스템에 의해 달성 결과 달성 품질 표시 됩니다.

서문

첨가제 제조 (오전) 과정 자료는 3D 모델 데이터에서 개체를 만들기 위해 결합 하는 곳으로 표준화 됩니다. 이것은 일반적으로 레이어 레이어 위에 완료 하 고, 따라서, 빼기 제조 기술, 반도체 제조 등 대조 합니다. 동의어 포함 3D 인쇄, 첨가제 제조, 첨가제, 첨가제 기술, 첨가제 레이어 제조, 레이어 제조 과정과 자유형 제조. 이러한 동의어는 독특한 정의 제공 하기 위해 미국의 사회 테스팅 및 재료 (는 ASTM)¹ 에 의해 표준화에서 재현 됩니다. 문학에서 3 차원 인쇄 인쇄 개체의 두께에 미터²센티미터의 범위는 프로세스 라고 합니다.

스테레오 리소 그래피³, 등의 일반적인 프로세스, 고분자의 인쇄 있지만 금속 3D 인쇄는 또한 이미 상업적으로 사용할 수 있습니다. 금속의 오전 자동차, 항공 우주⁴, 및⁵ 의료 분야와 같은 매니폴드 분야에서 채택 된다. 항공 우주 구조에 대 한 장점은 간단한 구조 변화 (예를 들어, 벌집 디자인을 사용 하 여)를 통해 가벼운 장치를 인쇄 하는 가능성입니다. 따라서, 재료와 함께, 예를 들어, 더 큰 기계적인 힘, 그렇지 않으면 상당한 무게 (예를들면, 티타늄 알루미늄 대신)⁶추가, 채택 될 수 있다.

고분자의 3D 인쇄는 이미 잘 설립, 금속 3D 인쇄는 여전히 활기찬 연구 주제, 그리고 프로세스의 다양 한 금속 구조의 3D 인쇄를 위해 개발 되었습니다. 기본적으로, 사용할 수 있는 방법은 4 그룹^7,8, 즉 1) 시스템을 사용 하는 레이저 나 전자 빔 피복 와이어 공급 과정에 대 한 2) 소 레이저 또는 전자 빔, 3) 선택적으로 파우더를 사용 하 여 용 해를 사용 하 여 결합 될 수 있다 레이저 또는 전자 빔 (분말 침대 퓨전), 그리고 4) 바인더, 일반적으로, 잉크젯 프린트 헤드 분말 기판 위로 고 과정 바인딩 에이전트 dispenses 제트기.

과정에 따라 각각 제조 샘플 다른 표면과 구조 속성⁷을 전시할 것 이다. 이러한 다른 속성 추가 노력 더 인쇄 부분 (예를 들어, 그들의 표면에 센서를 조작 하 여) functionalize에서 고려 되어야 할 것 이다.

3D 인쇄, 달리 인쇄 같은 기능화를 달성 하기 위해 처리 (예., 화면 및 잉크젯 인쇄) 커버만 몇 마이크로미터와는, 100 미만 nm⁹ 에서 개체 높이 제한 따라서, 종종 라고도 2.5 D-인쇄. 또는, 고해상도 패터 닝을 위한 레이저 기반 솔루션 또한 제안 된^10,11있었다. 인쇄 프로세스의 종합적인 검토, 열 종속 용융 수 지 온도 나노 입자의 그리고 응용 코¹²에 의해 주어진 다.

스크린 인쇄는 문학^13,14에서 잘 설립, 잉크젯 인쇄는 upscaling 능력이 향상된, 작은 기능 크기의 인쇄에 대 한 증가 해상도 함께 제공 합니다. 게다가, 그것은 디지털, 비접촉 인쇄 방법 3 차원에 기능성 물질의 유연한 증 착을 사용입니다. 따라서, 우리의 일은 잉크젯 인쇄에 초점.

잉크젯 인쇄 기술 이미 (실버, 골드, 플래티넘, 등) 금속 감지 전극의 제조에서 고용 했다. 온도 측정^15,16, 압력 및 스트레인 감지^17,,1819및 바이오 센 싱^20,21로 가스 또는 수증기를 포함 하는 응용 분야 분석^22,,2324. 제한 높이 확장명이 같은 인쇄 된 구조의 경화 수 다 열²⁵, 전자 레인지²⁶, 전기²⁷, 레이저²⁸에 따라 다양 한 기술을 사용 하 여 광학적²⁹ 원칙.

잉크젯 인쇄 구조에 대 한 광학적 치료 연구원은 낮은 열 저항을 가진 기판에 고 에너지, 경화, 전도성 잉크를 사용 하 여 수 있습니다. 이 상황, 2.5의 조합 이용 D 및 3D 인쇄 프로세스 스마트 포장^30,,3132 및 스마트 감지 영역에서 매우 유연한 프로토타입 조작에 사용할 수 있습니다.

3D 인쇄 금속 기판의 전도도 항공 우주 분야 뿐만 아니라 의료 분야에 대 한 관심입니다. 그것은 단지 특정 부품의 기계적 안정성을 향상 되지 않습니다 하지만 용량 성 감지 뿐만 아니라 근처-필드에 도움이 됩니다. 3D 인쇄 금속 하우징 때문에 전기적으로 연결 될 수 있는 추가 보호/감시 센서의의 프런트 엔드 제공 합니다.

목표 오전 기술을 사용 하 여 장치를 조작 하는 것입니다. 이 장치는 그들은 (종종 마이크로 또는 나노)에 대 한 고용은 측정에 충분히 높은 해상도 제공 해야 하 고, 동시에 신뢰성과 품질에 대 한 높은 기준을 충족 해야 합니다.

그것은 보였다 오전 기술 충분 한 유연성을 얻을 수 있는 전반적인 측정 품질을 개선 하는 최적화 된 디자인^33,34 을 조작 하는 사용자를 선물 한다. 또한, 고분자 및 단일 레이어 잉크젯 인쇄의 조합 이전 연구^35,36,,3738에 발표 되었습니다.

이 작업에 사용할 수 있는 연구를 확장 하 고 오전 기판, 금속, 초점 및 다층 잉크젯 인쇄 및 광자 치료와 호환성의 물리적 특성에 대 한 리뷰 제공 됩니다. 모범적인 다중 층 코일 디자인 보충 그림 1에 제공 됩니다. 결과 오전 금속 기판에 적 층 형 센서의 잉크젯 인쇄에 대 한 전략을 제공 하는 데 사용 됩니다.

프로토콜

주의: 고려 잉크 및 접착제를 사용 하기 전에 관련 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오. 고용된 나노 잉크 및 접착제 독성 또는 발암 성, 필러에 의존 수 있습니다. 잉크젯 인쇄 또는 샘플의 준비를 수행할 때 모든 적절 한 안전 관행을 사용 하 고 적절 한 개인 보호 장비 (보호 안경, 장갑, 실험실 코트, 전장 바지, 폐쇄 발가락 신발)을 착용 했는지 확인 하십시오.

참고: 프로토콜 수 단계 6.3 6.6, 단계 9.2-9.5를 제외 하 고 모든 단계 후 일시 정지 됩니다.

1입니다. 3D 인쇄 기판의 준비

1. 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 도면, 이상적으로 스테레오 리소 그래피.stl 파일 형식을 사용 하 여 준비 합니다.
   참고: 사용된 디자인 보 그림 2 와 그림 3 보충설명 됩니다.
2. 대상 응용 프로그램에 필요한 물성에 따라 오전 과정 선택 (해당 프로세스 제한 표 1 참조).
   참고:이 작품에서 우리가 구리 3D 인쇄, 3D 인쇄 도자기의 만든 샘플을 사용.
3. 왁 스와 손실된 왁 스 주조³⁹3D 인쇄 하 여 구리 기판 조작.
4. 리소 그래피 기반으로 세라믹 제조 (LCM) 기술⁴⁰ 여 세라믹 기판 제작 ( 비디오 1참조).
5. 아크릴 기판³⁷ 고해상도 폴리머 3D 프린터 사용 하 여 조작 하 고 인쇄 된 부분에서 지원 왁 스를 제거 합니다.
   1. 하 지원의 왁 스를 녹여 1 h 65 ° C에서 오븐 안에 인쇄 된 부분을 넣어.
   2. 65 ° c 구멍, 작은 구멍, 등등 에서 왁 스를 제거 하는 초음파 기름 목욕 안에 넣어 오븐에서 인쇄 된 부분을 제거한 후
6. 청소 가능한 표면 불순물 나중 잉크젯 인쇄 품질에 크게 영향을 미칠 아세톤과 접촉 하는이 퍼를 사용 하 여 기판.
   참고: 오전 기판의 준비를 할 수 있습니다 다른 장비 및 프로세스를 사용 하 여. 제조 전략에 따라 표면 및 대량 속성 또한 달라질 수 있습니다. 그것은, 그러므로, (참조, 예를 들어,이 프로토콜의 섹션 4) 나중에 추천 검사 기술을 사용 하 여 이러한 속성을 제어 하는 중요 한.

2. 제조의 인터커넥트

참고:의 제작 인터커넥트 기판의 종류 (전도성/절연체를 사용)에 따라 다릅니다.

1. 날조 절연체를 사용 (세라믹) 기판에 상호 연결.
   1. 인쇄 부분의 적절 한 비아에 microassembly 역에 장착 시간 압력 microdispenser와 저온 경화 전도성 접착제 분배.
   2. 휴가 조작된 주위 압력와 23 ° C에서 10 분 동안 건조 인터커넥트.
      참고: 세라믹 기판에 대 한는 인터커넥트도 솔더 페이스트와 높은 온도 경화를 사용 하 여 날조 될 수 있다.
2. 날조 전도성 기판에 상호 연결.
   1. 비아 (기판에 구멍/구멍) 전 절연 성 잉크 분배 둘레를 통해 시간 압력 microdispenser.
   2. 광 경화 잉크 공급 업체에서 제안으로 강렬한 펄스 라이트를 사용 하 여 수행 합니다.
      1. 기판 테이블을 포함 하는 광 치료 장비의 트레이 엽니다.
      2. 광 치료 장비 기판 테이블에 구리 샘플을 이동 하 고 제공 된 자기 설비를 사용 하 여 그것을 해결.
      3. 치료 장비의 초점 평면에 샘플을 이동 하는 장비 기판 테이블의 높이 조정 합니다.
      4. 트레이 닫습니다 및 장비의 소프트웨어 인터페이스에 인쇄물에 대 한 재료의 공급 업체에서 권장 하는 대로 경화 프로 파일을 조정 하 고 시작 버튼을 누릅니다.
   3. 채우기는 통해 낮은 온도 전도성 치료 (자료 테이블) 붙여넣기.
      참고: 일반적으로, 모든 형태의 있는 온도 활성화 한 구성 요소, 에폭시 기반 전도성 접착제를 사용 하 여 가능 하다.
   4. 23 ° c.에서 10 분 동안 건조는 조작 인터커넥트

3입니다. 잉크젯 인쇄 시스템의 준비

1. 프린터 소프트웨어에서 설정, 해당 잉크에 대 한 적절 한 화학 물질을 사용 하 여 제거와 프린트 헤드 노즐 청소/지우기: 소 프로 파 놀을 사용 하 여 절연 성 잉크; triethylene 글리콜 monomethyl 에테르를 사용 하 여 전도성 잉크에 대 한. 각 노즐에서 배출 하는 솔루션은 분명 때까지 프린터의 소프트웨어 인터페이스에 지우기 버튼을 눌러 노즐을 제거.
   참고: 프린터, 노즐, 및 화학에 필요한 화학의 양을 따라 다릅니다. 이 실험에서 약 2 mL 사용 되었다.
2. 나노 실버의 약 1.5 mL와 잉크 컨테이너 50 wt.% 금속 로드 및 110의 평균 입자 크기와 잉크 채우기 nm 3 mL 배럴과 바늘을 분배 하는 18 G Luer 잠금, 예를 들어, 주사기를 사용 하 여.
3. 한 인쇄 머리를 사용 하 여 프린터의 소프트웨어 인터페이스에 머리를 시작 버튼을 눌러 잉크 제트.
4. 전도성 잉크 제트 프린터의 사전 조정된 처리 프로 파일을 사용 합니다.
   1. 프린터 소프트웨어 인터페이스에서 dropview 위치로 서 옵션을 사용 하 여 dropview 위치에 인쇄 헤드를 이동 하 고 잉크의 제트기를 관찰.
   2. 드롭 속도, 모양, 그리고 볼륨을 조정 하려면 프린트 헤드 및 프린트 헤드 온도 미리 설치 된 전압 프로필의 매개 변수를 변경 합니다. 잉크의 모든 유출 방지 하 고 위성 방울의 형성을 줄이기 위해 잉크 압력을 조정 합니다.
      참고:이 프로토콜에서 사용 하는 인쇄 시스템 운영 최대 토 출 전압 40 V 및 10-14의 µs 개최 시간 사용 되었다 1 µs 상승/하강 시간의 처리 프로필 설정 되었습니다. 실버 잉크는 45 ° c.에 jetted 최적의 잉크 압력 잉크 수준에 따라 달라 집니다. 전압 프로필에 전압 증가 또는 잉크와 헤드의 현재 온도 상태 (예를 들면, 온도, 점도) 뿐만 아니라 사용된 프린트 헤드의 상태에 따라 감소 될 수 있다. 달성 하기 위해 적절 한 제트기, 1 V의 작은 단계에서 위쪽으로 전압을 변경 하는 것이 좋습니다. 안정적인 떨어지고 달성 될 때까지 드롭 형태로 개선 경우에서 따라 대 1의 작은 단계에 전압이이 절차를 줄일.
5. 실버 잉크 일을 같은 방식으로 단 열 잉크에 대 한 인쇄 매개 변수를 조정 합니다.
   1. 다른 인쇄 머리를 사용 하 여 낮은-k 유 전체 소재, 아크릴 형 단위체의 혼합물 인 제트.
      참고: 다시, 40 V의 작동 전압을 처리와 8 µ s와 1 µ s 상승/하강 시간 개최 시간이이 프로토콜에 사용 되었다. 유 전체 잉크 50 ° c.에 jetted 수 있습니다. 최적의 잉크 압력 실제 잉크 수준에 따라 달라 집니다. 일반적으로, 사용 된 매개 변수는 높은 기판 또는 레이어는 그것 인쇄의 뿐만 아니라 잉크의 속성에 따라 다릅니다. 제조 과정에서 인쇄 매개 변수는 동적으로 조정 해야 할 수도 있습니다. 올바르게 프린터 매개 변수를 조정 하는 방법에 인쇄 시스템의 사용자 설명서를 참조 하십시오.

4. 적성에 대 한 각 기판의 표면 특성 및 첫 번째 계층에 대 한 프린터 매개 변수 조정의 검사

1. Profilometer 결정 표면 거칠기 측정을 수행 합니다.
   1. profilometer의 기판 테이블 (무대)에 샘플을 넣어.
   2. 그렇지 않으면 홈된, 홈 소프트웨어 인터페이스에서 홈 버튼을 사용 하 여 단계.
   3. 각 해상도 및 소프트웨어 인터페이스에 매핑되는 영역을 선택 합니다.
   4. 측정 헤드 시작 위치와 조그 옵션을 사용 하 여 측정을 시작 놓고 소프트웨어 인터페이스에 버튼을 시작 합니다.
   5. 측정 완료 후 일관성에 대 한 결과 확인 (예를 들어, 인쇄 된 레이어의 수에 대 한 그럴듯한 표시 높이) 데이터를 저장.
2. 표면 품질을 분석 하는 사용자 설명서에 의하여 현미경 검사를 수행 합니다.
3. 습윤 속성을 결정 하는 sem의 역의 사용자 설명서에 설명 된 대로 접촉 각 측정을 수행 합니다.
4. 기판에 접착 테이프를 사용 하 여 기판 테이블 수정 고 적절 하 게 그것의 위치를 표시 합니다.
5. 프린터의 소프트웨어 인터페이스에 인쇄 머리의 속성을 편집 하 여 노즐 및 소프트웨어 인터페이스의 설정에서 인쇄 매개 변수를 조정 합니다.
   1. 다시, dropview 위치로 서 옵션을 사용 하 여 프린터의 소프트웨어 인터페이스에 dropview 위치에 인쇄 헤드를 이동 하 고 잉크의 제트기를 관찰. 필요한 경우 인쇄 매개 변수 최적화는 제트기를 조정 합니다.
   2. 인쇄 잉크의 잘 정의 된 및 균질 상품을 배출 하는 노즐을 선택 합니다.
   3. 프린터의 환경 설정에서 선택한 노즐의 번호를 입력 합니다.
6. 각 기판에 인쇄 한 방울의 크기를 확인 하려면 드롭 크기 테스트를 수행 합니다.
   1. 알려진된 프린터 구성을 사용 하 여 드롭 패턴을 인쇄 합니다.
   2. 측정된 현미경 또는 프린터의 inbuilt 카메라 시스템을 사용 하 여 달성된 드롭 크기를 결정 합니다.
   3. 이후 사용된 인쇄 해상도 균질 하 고 닫힌 표면 조작 하 관찰된 잉크 젖 음에 대 한 적절 한 있는지 확인 (예를 들면, 40-50 µ m의 방울 크기에 900-1000 dpi의 인쇄 해상도 선택).
7. 거짓말 분석 (자료 테이블), 전도성 기판에 대 한 충분 한 대량 동질성을 확인 하려면 제조업체의 지시에 따라 수행 합니다.

5. 치료 하는 첫 번째 계층에 대 한 매개 변수 조정

1. 첫 번째 장치 계층 (즉, 나중에 삭제 될 수 있으며 테스트용 으로만 사용 됩니다 같은 소재의 샘플) 더미 기판에 사용 되는 잉크의 레이어를 사용 하 여 여러 구조를 인쇄 합니다.
2. 세라믹 기판에 인쇄 된 전도성 실버 패턴에 대 한 주위 압력에 적어도 30 분 동안 130 ° C에서 오븐에 열 치료를 사용 합니다.
   참고: 샘플의 크기에 따라 오븐 내부 샘플을 보유 하는 포드를 사용 합니다.
3. 금속 기판에 단 열 잉크에 대 한 광 치료를 사용 합니다.
   1. 기판 테이블을 포함 하는 광 치료 장비의 트레이 엽니다.
   2. 광 치료 장비 기판 테이블에 샘플을 이동 하 고 그것을 적절 하 게 수정 (자기 설비를 제공 예를 들어, 사용 하 여,).
   3. 치료 장비의 초점 평면에 샘플을 이동 테이블 스핀 들을 사용 하 여 장비의 기판 테이블의 높이 조정 합니다.
   4. 트레이 닫습니다 및 장비의 소프트웨어 인터페이스에 인쇄물에 대 한 공급 업체에서 권장 하는 대로 경화 프로 파일을 조정 하 고 시작 버튼을 누릅니다.
4. 현미경을 사용 하 여 질적 및 양적으로 profilometer를 사용 하 여 표면의 동질성을 제어 합니다.
   1. profilometer의 기판 테이블 (무대)에 샘플을 넣어.
   2. 그렇지 않으면 홈된, 홈 소프트웨어에서 해당 단추를 사용 하 여 단계.
   3. 각 해상도 매핑되는 영역을 선택 합니다.
   4. 측정 헤드를 시작 하는 위치에 놓고 측정을 시작 합니다.
   5. 측정 완료 후 일관성에 대 한 결과 확인 하 고 데이터를 저장 합니다.
5. 광학적 반복 하거나 열 치료 절차를 사용 하 여 필요한 경우 치료 매개 변수 채택.
   1. 달성된 저항은 너무 높은 경우의 예를 들어, 5 V의 광 치료 장비 소프트웨어 인터페이스에 작은 단계에서 사용 된 광자 에너지를 증가. 샘플의 흔적을 보여줍니다 하는 경우 사용된 에너지 감소.
6. 응용 프로그램에 대 한 충분 한 전도도 도달 하지만 아직 인쇄 구조의 아무 점화 발생 합니다 첫 번째 기능 장치 계층의 치료에 대 한 장비 매개 변수를 조정 합니다.

6. 잉크젯 인쇄 및 첫번째 장치 층의 경화

1. 기판에 접착 테이프를 사용 하 여 기판 테이블 수정 고 적절 하 게 그것의 위치를 표시 합니다.
2. 첫 번째 계층은 전도성, 세라믹과 아크릴 타입 기판 대 기판 테이블 난방 60 ° c.의 사용
   참고: 온도 각각 기질에 영향을 미칠 수 있는 온도 초과 하지 않아야 합니다 (예를 들어는 아크릴 허용만 최대 65 ° C). 이 조정 프린터 설정에서 할 수 있습니다.
3. 노즐 및 소프트웨어 인터페이스의 설정에서 인쇄 매개 변수를 조정 합니다.
   1. 프린트 헤드는 dropview에 위치 하 고 잉크 제트 관찰을 이동 합니다.
   2. 인쇄 잉크의 잘 정의 된 및 균질 상품을 배출 하는 노즐을 선택 합니다.
   3. 프린터의 환경 설정에서 선택한 노즐의 번호를 입력 합니다.
4. 이전 결정된 기판 속성에 따라 잉크의 균질 한 레이어를 입금 프린트 헤드의 사용된 해상도 조정: 낮은 습윤 기판에 대 한 예를 들어, 큰 접촉 각 및 작은 방울 크기를 증가 인쇄 해상도입니다. 높은 습윤 기판에 대 한 해상도 낮춥니다.
   
   참고: 인쇄 매개 변수 조정 프린터 설정에서 할 수 있습니다.
5. 패턴을 인쇄 하 고 그 좌표를 저장 하는 적절 한 참조 점을 선택 합니다.
6. 해당 확장 가능한 벡터 그래픽 (.svg) 파일을 로드 하 고 적절 한 해상도 크기, 원하는 패턴 및 프린터 소프트웨어에서 기판의 크기에 따라 선택 합니다.
7. 인쇄를 수행 합니다. 한 층 잉크의 인쇄를 반복 하 여 인쇄의 동질성은 만족 합니다.
8. 측정된 현미경을 사용 하 여 또는 프린터의 inbuilt 카메라 시스템을 사용 하 여 인쇄 층의 동질성을 제어 합니다.
   1. 프린터의 인쇄 위치로 이동 하 고 프린터의 소프트웨어 인터페이스에 인쇄의 품질을 관찰.
9. 이 프로토콜의 섹션 5에서에서 결정 하는 매개 변수를 사용 하 여 첫 번째 레이어를 치료.
   1. 실버 잉크 (아크릴, 포 일) 폴리머 기판에 대 한 1을 사용 하 여 ms 펄스 에너지 (525 mJ/cm²)의 감소 금액 250 V.
   2. 세라믹 기판에 실버 잉크, 잉크 (예를 들어, 30 분 동안 130 ° C)와 권장 하는 대로 오븐에 경화 하는 열 사용 하 여.
   3. 200 V 1 ms 펄스에서 유 전체 인쇄 잉크를 치료 하 고 반복 펄스 8 x 1 Hz의 주파수에.
      참고: 광자 치료에 사용 하는 내보낸된 빛의 스펙트럼은 매우 광범위 한 (울트라 바이올렛-근처-적외선 [UV-NIR]). 아직도, UV 빛의 양을 photopolymerization를 시작 하 고 격리 층 치료에 충분 하다.

7. 적성에 대 한 각 기판의 표면 특성 및 후속 레이어에 대 한 프린터 매개 변수 조정의 검사

참고: profilometer 측정 및 현미경 검사를 수행 하는 측정 장비의 사용자 설명서를 참조 하십시오.

1. 거칠기 및 인쇄 층의 두께 결정 하기 위해 profilometer 측정을 수행 합니다.
   1. profilometer의 기판 테이블에 샘플을 넣어.
   2. 그렇지 않으면 홈된, 홈 소프트웨어에서 해당 단추를 사용 하 여 단계.
   3. 각각 해상도 매핑해야 하는 영역을 선택 합니다.
   4. 측정 헤드를 시작 하는 위치에 놓고 측정을 시작 합니다.
   5. 측정 완료 후 일관성에 대 한 결과 확인 하 고 데이터를 저장 합니다.
2. 접촉 각 측정 습윤 속성 확인을 수행 합니다.
   참고: 제대로 접촉 각 측정을 수행 하는 방법에 닥 측정 장비 사용자 설명서를 참조 하십시오.
3. 각 기판에 인쇄 한 방울의 크기를 확인 하려면 드롭 크기 테스트를 수행 합니다.
   1. 알려진된 프린터 구성을 사용 하 여 드롭 패턴을 인쇄 합니다.
   2. 측정된 현미경 또는 프린터의 inbuilt 검사 시스템을 사용 하 여 달성된 드롭 크기를 결정 합니다.
4. 잉크의 균질 한 레이어를 달성 하기 위해 프린트 헤드의 사용된 해상도 조정: 낮은 습윤 기판에 대 한 예를 들어, 큰 접촉 각 및 작은 방울 크기를 증가 인쇄 해상도. 높은 습윤 기판에 대 한 해상도 낮춥니다.
5. 첫 번째 층의 전기적 특성 제어: 전도성 첫 번째 레이어를 사용 하 여 4 포인트 프로브 달성된 전도도 결정.
   1. 기판 테이블에 샘플을 넣어.
   2. 낮은 전도성 트랙에 머리를 측정 분석 인쇄 된 구조와 좋은 접촉은 확인 조사 하 고 있습니다.
6. 단 첫 번째 계층에 대 한 표면 homogenously 아래 지휘자를 다루고 있는지 확인 합니다. 현미경을 사용 하 여 확인. 멀티 미터를 사용 하 여 격리 속성을 확인 합니다.

8. 치료 이후 레이어의 매개 변수 조정

1. 다음 장치 계층 해당 이전 레이어와 더미 기판에 사용 되는 잉크의 레이어를 사용 하 여 여러 구조를 인쇄 합니다.
2. 모든 기판에 대 한 치료만 광자를 사용 합니다.
3. 후 경화, 인쇄 층의 전기적 및 구조적 속성 제어: 프로그램 전도도 충분 한 지 확인 하려면 4 포인트 프로브 측정.
4. 현미경을 사용 하 여 질적 및 양적으로 profilometer를 사용 하 여 표면의 동질성을 제어 합니다.
5. 필요한 경우 광자 치료 절차를 반복 합니다.
6. 이후 기능 장치 층의 경화에 장비 매개 변수를 조정 합니다.

9. 잉크젯 인쇄 하 고 후속 장치 층의 치료

1. 이전에 표시 된 위치에서 적절 하 게 기판 테이블에 기판 수정.
2. 이전 단계에서 결정 된 노즐 및 인쇄 매개 변수를 조정 합니다.
3. 패턴을 인쇄 하 고 인쇄 된 패턴은 이후 장치의 적절 한 기능을 보장 하기 위해 서로 잘 정렬 된 ㄴ 다는 것을 확인 하려면 적절 한 참조 점을 선택 합니다.
4. 적절 한 해상도 및 크기와 함께 각각.svg 파일을 로드 합니다.
5. 인쇄를 수행 합니다. 한 층 잉크의 인쇄를 반복 하 여 인쇄의 동질성은 만족 합니다.
6. 현미경으로 인쇄 층의 동질성을 제어 (여기서는 프린터의 inbuilt 카메라 시스템 사용).
7. 이 계층의 치료에 대해서만 치료 하는 광자를 사용 합니다. 절연 층 또는 절연체에 전도성 레이어 미리 결정 하는 매개 변수를 사용 합니다.
8. 후 경화, 인쇄 층의 전기적 및 구조적 속성 제어: 전도성 층의 전도도 범위 허용 인지 확인 하려면 멀티 미터.

결과

그림 1에 표시 된 SEM 이미지에서 각각 기판에 전이성에 결론을 그릴 수 있습니다. 눈금 막대는 표면 거칠기의 다른 범위 때문에 다른. 그림 1a는 훨씬 부드러운 구리 기판의 표면이 표시 됩니다. 그림 1 c, 다른 한편으로, 쇼 스틸, 기판은 높은 다공성과 불안정 한 접촉 각 ( 표 2참조) 잉크젯 인쇄...

토론

다층 센서 구조와 호 일 3D 인쇄 기판에 조작 하는 방법은 설명 했다. 세라믹과 아크릴 유형 및 포 일 기판으로 오전 금속 다층 잉크젯 인쇄, 기판 및 다른 레이어 간의 접착은 충분 한로 각각 전도성 또는 절연 기능에 적합 하도록 표시 됩니다. 이 전도성 구조 단열재의 인쇄 층으로 표시 수 있습니다. 또한, 인쇄 및 모든 계층에 대 한 프로세스를 경화 성공적으로 서로 방해 하지 않고 수행 되었습니...

자료

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.