JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Burada bir iletişim kuralı çok katmanlı sensör inkjet baskılı yapıları additively imal edilmiş yüzeylerde ve folyo imalatı için mevcut.

Özet

Yüzeylerde veya folyo Additively birleştirmek için bir yöntem imal ve çok katmanlı mürekkep püskürtmeli baskı sensör cihazları imalatı için sunulur. İlk, üç yüzeylerde (Akrilat, seramik ve bakır) hazırlanır. Bu yüzeyler elde edilen malzeme özelliklerini belirlemek için profilometer, temas açısı, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve odaklanmış iyon demeti (yalan) ölçümleri yapılır. Ulaşılabilir yazdırma çözünürlüğü ve uygun bırakma birimi her yüzey için sonra açılan boyutu testler aracılığıyla bulundu. Sonra ısı yalıtım ve iletken mürekkep katmanlardır dönüşümlü olarak hedef sensör yapıları imal etmek baskı mürekkep püskürtmeli. Baskı her adımdan sonra ilgili katmanları ayrı ayrı fotonik kür tarafından kabul edilir. Her tabaka tedavi için kullanılan parametreleri bağlı olarak basılı mürekkep yanı sıra ilgili substrat yüzey özelliklerini uyarlanmış. Elde edilen iletkenlik onaylamak ve yazdırılan yüzey kalitesini belirlemek için dört maddelik sonda ve profilometer ölçümleri yapılır. Son olarak, bir ölçüm set-up ve böyle bir all-baskılı sensör sistemi tarafından sonuçlar ulaşılabilir kalite göstermek için gösterilir.

Giriş

Katkı imalat (AM) nerede malzeme nesneleri 3D modeli veri yapmak için katılan bir süreç olarak standartlaştırılmıştır. Bu genellikle katman üzerine katman yapılır ve böylece, yarı iletken üretim gibi Eksiltici üretim teknolojileri ile karşıttır. Eşanlamlıları 3D-baskı, katkı imalat, katkı işlemi, katkı teknikleri, katkı katman üretim, katman üretim ve serbest form uydurma içerir. Bu eş anlamlı standardizasyon benzersiz bir tanım sağlamak için American Society test ve malzeme (ASTM)1 ile çoğaltılabilir. Literatürde, 3D baskı kalınlığı yazdırılan nesnelerin santimetre bile metre2aralığında nerede süreci olarak adlandırılır.

Stereolitografi3gibi daha genel süreçlerini polimerler yazdırmayı etkinleştirmek ama metal 3D baskı da ticari olarak mevcut zaten. Otomotiv, Havacılık ve uzay4ve tıbbi5 sektörler için metaller AM gibi manifold alanlarında istihdam edilmektedir. Hafif cihazlar basit yapısal değişiklikler (petek tasarım kullanarakÖrneğin,) aracılığıyla baskı imkanı uzay yapıları için bir avantajdır. Sonuç olarak, malzeme ile Aksi takdirde ağırlık (Örneğin, alüminyum yerine titanyum)6önemli miktarda eklersiniz, istihdam edilecek Örneğin, daha büyük mekanik bir güç.

Polimerlerin 3D baskı zaten iyi kurulmuş olmakla birlikte, metal 3D baskı hala canlı araştırma konusu ve süreçleri çeşitli metal yapılar 3D-yazdırma için geliştirilen. Temel olarak, kullanılabilir yöntemleri yani 1) bir lazer veya elektron ışını kaplama tel beslenen bir işlemde için bir lazer veya elektron ışını, 3) seçmeli olarak toz kullanarak erime kullanarak 2) sinterleme sistemleri kullanarak dört grup7,8, kombine edilebilir bir lazer veya elektron ışını (toz yatak fusion) ve 4) nerede, yaygın, bir mürekkep püskürtmeli yazıcı kafası bir toz yüzey üzerinde hareket eder ve bağlama aracı dağıtır işlem jeti bir cilt.

İşlemi bağlı olarak anılan sıraya göre imal edilmiş örnekleri farklı yüzey ve yapısal özellikleri7sergileyecek. Bu farklı özellikler daha fazla çabaları daha fazla basılı parçalar (sensörler onların yüzeylerde imalatı tarafındanÖrneğin,) functionalize için dikkate alınması gerekir.

Aksine 3D baskı, baskı işler böyle bir functionalization elde etmek için (Örn., ekran ve mürekkep püskürtmeli baskı) kapak nesne heights 100 nm9 ilâ birkaç mikrometre ve vardır, sınırlı sadece böylece, sık sık da adlandırılır olarak 2.5 D-baskı. alternatif olarak, yüksek çözünürlüklü desenlendirme için lazer tabanlı çözümler de önerilen10,11olmuştur. Yazdırma işlemleri kapsamlı bir inceleme, nano tanecikleri sıcaklığını termal olarak bağımlı eritin ve uygulamalar Ko12tarafından verilir.

Emprime baskı iyi edebiyat13,14' te kurulmuş olsa da, mürekkep püskürtmeli baskı ile birlikte artan bir çözünürlük daha küçük özellik boyutları yazdırmak için geliştirilmiş bir geliştirme yeteneği sağlar. Bunun yanı sıra, bu üç boyutlu işlevsel malzemeler esnek birikimi sağlayan bir dijital aygıtlar yazdırma yöntemdir. Sonuç olarak, bizim iş mürekkep püskürtmeli baskı üzerinde odaklanmıştır.

Mürekkep püskürtmeli baskı teknolojisi zaten metal (Gümüş, altın, platin, vb) algılama elektrotlar fabrikasyon istihdam edilmiştir. Sıcaklık ölçüm15,16, basınç ve zorlanma algılama17,18,19ve biosensing20,21, yanı sıra gaz veya buhar uygulama alanları içerir analiz22,23,24. Yazdırılan böyle yapılar ile sınırlı yükseklik uzatma kür dayalı termal25, mikrodalga26, elektrik27, lazer28, çeşitli teknikler kullanarak yapılır ve fotonik olabilir29 ilkeleri.

Fotonik inkjet baskılı yapıları için kür araştırmacılar yüksek enerjili, tedavi edilebilir, iletken mürekkepler düşük sıcaklık direnci ile yüzeylerde kullanmak izin verir. Bu durum, 2.5 kombinasyonu istismar D ve 3D yazdırma işlemleri akıllı ambalaj30,31,32 ve akıllı algılama alanında son derece esnek prototip imal için istihdam edilebilir.

Havacılık sektörü için hem de sağlık sektörü için 3D baskılı metal yüzeylerde iletkenlik ilgilendirir. Bu sadece bazı parçalar mekanik kararlılığını artırmak değil ama yakın alan yanı sıra kapasitif algılama faydalıdır. O-ebilmek var olmak bağlı elektriksel olarak 3D baskılı metal gövde ek koruma/koruyan sensör, ön uç sağlar.

AM teknolojisini kullanan cihazlar imal etmek hedeflenmektedir. Bu cihazlar onlar için (genellikle mikro - veya nano) istihdam edilmektedir ölçüm yeterince yüksek bir çözünürlükte sağlamalıdır ve aynı zamanda, güvenilirlik ve kalite ile ilgili yüksek standartları yerine getirmek.

AM teknoloji elde edilebilir genel ölçüm kalitesini en iyi duruma getirilmiş tasarımlar33,34 imal etmek yeterli esnekliği ile kullanıcıya sunan gösterilmiştir. Ayrıca, polimerler ve tek katmanlı mürekkep püskürtmeli baskı ile birlikte önceki araştırma35,36,37,38sundu.

Bu eser Mevcut çalışmalar genişletilir ve metaller üzerinde odaklanmak ve çok katmanlı mürekkep püskürtmeli baskı ve fotonik kür ile onların uyumluluk ile AM yüzeylerde fiziksel özellikleri hakkında bir inceleme sağlanmıştır. Bir örnek çok katmanlı eşanjörü tasarımı ek Şekil 1' de verilmiştir. Sonuçlar çok katmanlı sensör yapıları AM metal yüzeyler üzerinde mürekkep püskürtmeli baskı için stratejileri sağlamak için kullanılır.

Protokol

Dikkat: kabul mürekkepler ve yapıştırıcılar kullanmadan önce ilgili malzeme güvenlik veri sayfaları (MSDS) danışın. Yapıştırıcılar ve istihdam nanopartikül mürekkep toksik veya kanserojen, dolgu bağımlı durumda olabilirler. Lütfen mürekkep püskürtmeli baskı veya örnekleri hazırlama işlemi sırasında tüm uygun güvenlik yöntemleri kullanın ve uygun kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, eldiven, önlük, tam uzunlukta pantolon, kapalı-toe ayakkabı) giymek emin olun.

Not: Protokol adımları 6,3-6,6 ve adımları 9.2-9.5 dışında herhangi bir adım sonra duraklatılmış.

1. 3D baskılı yüzeylerde hazırlanması

  1. Bilgisayar destekli tasarım (CAD) çizimler, ideal stereolitografi .stl dosya biçimini kullanarak hazırlayın.
    Not: Kullanılan tasarımlar ek Şekil 2 ve ek şekil 3' de gösterilmiştir.
  2. Hedef uygulama tarafından gerekli malzeme özelliklerine dayalı olarak AM işlemi seçin (ilgili işlem sınırlamaları için bkz: Tablo 1 ).
    Not: Bu çalışmada, biz 3D baskılı bakır, yanı sıra 3D Baskılı Seramik yapılan örnekleri kullanılır.
  3. Balmumu ve kayıp mum döküm39ile 3D yazdırarak bakır substrat imal.
  4. Seramik yüzey (LCM) teknolojisi40 üretim litografi tabanlı seramik tarafından imal ( Video 1bakınız).
  5. Bir yüksek çözünürlüklü polimer 3D-yazıcı37 kullanarak akrilat substrat imal ve destekleyici mum yazdırılan bölümünden kaldırmak.
    1. Yazdırılan bölümü 65 ° c destekleyen balmumu eritmek 1 h için bir fırın içine koymak.
    2. Yazdırılan bölümü fırından çıkardıktan sonra bu delikler, küçük açıklıklar, vb balmumu kaldırmak için 65 ° c bir ultrasonik yağ banyosu içine koymak
  6. Olası yüzey kirleri büyük ölçüde daha sonra mürekkep püskürtmeli baskı kalitesini etkileyebilir gibi aseton ile ıslak bir silecek kullanarak yüzeyler temiz.
    Not: AM yüzeylerde hazırlanması yapılabilir farklı ekipman ve işlemleri kullanarak. İmalat strateji bağlı olarak, yüzey ve dökme özellikleri de değişebilir. Bu, bu nedenle, daha sonra önerilen muayene teknikleri kullanarak bu özellikleri (bkz, örneğin, Bölüm 4 Bu protokol) kontrol etmek çok önemlidir.

2. fabrikasyon arasında bağlantı yapan operatördür

Not: İmalatı ara bağlantı türüne substrat (iletken/nonconductive) farklıdır.

  1. İmal nonconductive (seramik) yüzeyler arasında bağlantı yapan operatördür.
    1. Düşük sıcaklık tedavi edilebilir iletken yapıştırıcı bir microassembly istasyonunda basılı parçaları uygun bir vias monte bir zaman baskısı microdispenser ile dağıtmak.
    2. Bırak fabrikasyon 10 dk 23 ° c ve ortam basıncı ile Kuru arasında bağlantı yapan operatördür.
      Not: seramik yüzey için bağlantılar da lehim Yapıştır ve yüksek sıcaklık kür kullanarak sahte olduğu.
  2. İmal iletken yüzeylerde arasında bağlantı yapan operatördür.
    1. VIAS (delik/substrat delikler) tüm yalıtım mürekkep dağıtmak çevresi ile bir zaman baskısı microdispenser.
    2. Fotonik kür olarak mürekkep tedarikçi tarafından önerilen yoğun atımlı ışık kullanarak gerçekleştirin.
      1. Tepsiyi substrat tabloyu içeren fotonik kavurma ekipman açın.
      2. Bakır örnek fotonik kavurma ekipman substrat tabloya git ve sağlanan manyetik armatürleri kullanarak bunu düzeltin.
      3. Örnek kavurma ekipman odak düzlemi taşımak için ekipman'ın substrat tablo yüksekliğini ayarlayın.
      4. Kapatmak belgili tanımlık tepsi ve basılı malzeme ekipman'ın yazılım arayüzü için malzemenin tedarikçi tarafından tavsiye edilen şekilde kür profili ayarlayın ve Başlat düğmesine basın.
    3. Doldurmak yoluyla (Tablo reçetesi) düşük iletken kür sıcaklık ile yapıştırın.
      Not: genel olarak, her türlü sıcaklık aktive olan bir bileşen, Epoksi esaslı iletken yapıştırıcı kullanmak mümkündür.
    4. Kuru fabrikasyon 23 ° C'de 10 dakika ara bağlantıları

3. mürekkep püskürtmeli baskı sistemi hazırlanması

  1. Temiz/yazdırma kafası başlıklarını yazılım programında ayarlama, ilgili mürekkep için uygun kimyasal kullanarak tasfiye ile tasfiye: mürekkepler; yalıtım için isopropanol kullanın triethylene glikol monomethyl eter için iletken mürekkep kullanın. İlgili başlıklarından çıkıp çözüm temizlenene kadar yazıcı yazılım arayüzü temizle düğmesine basarak püskürtme uçlarını temizleyin.
    Not: Yazıcı, meme ve kimya kimyasal gerekli bağlıdır. Bu deneyde, yaklaşık 2 mL kullanılmıştır.
  2. Mürekkep kapları ile yaklaşık 1.5 mL nano tanecikleri gümüş mürekkep 50 wt.% metal yükleme ve bir ortalama partikül boyutu 110 ile dolgu, örneğin, 3 mL varil ve bir 18 G radarı kilit iğne dağıtımı ile kullanarak nm.
  3. Bir yazdırma kafası mürekkep yazıcı yazılım arayüzü head Start düğmesine basarak jet için kullanın.
  4. Yazıcı önceden ayarlanmış püskürtmek profil iletken mürekkep jeti için kullanın.
    1. Yazdırma kafası Yazıcı yazılım arabiriminde dropview konumuna git seçeneğini kullanarak dropview konuma taşımak ve mürekkep jeti gözlemlemek.
    2. Yazdırma kafası ve yazıcı kafası sıcaklığı için açılan hız, şekil ve hacim ayarlamak için önceden yüklenmiş olduğu voltaj profil parametrelerini değiştirmek. Mürekkep baskı ve herhangi bir mürekkep dökülmesini önlemek için uydu damlacıkları oluşumunu azaltmak için ayarlayın.
      Not: Bu protokol için kullanılan yazdırma sistemi için 40 V ve bir jeti profil 1 µs yükselme/düşme zaman 10-14 zamanında kullanılan µs tutun ile operasyonel maksimum püskürtmek gerilim ayarlandı. Gümüş mürekkep 45 ° C'de jeti Optimum mürekkep baskı mürekkep düzeyi üzerinde bağlıdır. Gerilim gerilim profilinde artırılması veya durumunu (Örneğin, sıcaklık, viskozite) mürekkep ve baş mevcut sıcaklığı, hem de kullanılan yazdırma kafası durumunu bağlı olarak azaltılmış gerekiyor. Uygun jeti elde etmek için küçük adımlarla yukarı 1 V, gerilim değiştirmenizi öneririz. Damla şeklinde hiçbir gelişme ise, istikrarlı bir bırakarak elde kadar gerilim küçük adımlarla takip 1, bu yordamı azaltmak.
  5. Yalıtım mürekkep için yazdırma parametrelerini için gümüş mürekkebi bitmiş gibi aynı şekilde ayarlayın.
    1. Başka bir yazdırma kafası akrilat tipi monomerleri karışımı düşük-k dielektrik malzeme jet için kullanın.
      Not: Yine, 40 V operasyonel bir jeti gerilim ve 8 µs 1 µs yükselme/düşme zamanla bu protokol için kullanılıyordu tutun. Dielektrik mürekkep 50 ° C'de jeti Optimum mürekkep baskı gerçek mürekkep düzeyi üzerinde bağlıdır. Genel olarak, kullanılan parametreleri son derece mürekkep, hem de alt katman veya katman üzerine yazdırılması gereken özellikler üzerinde bağlıdır. Üretim işlemi sırasında yazdırma parametrelerini dinamik olarak ayarlanması gerekebilir. İçin baskı sistemi nasıl düzgün yazıcı parametreleri ayarlamak kullanıcı kılavuzuna başvurun.

4. muayene için baskıya ilgili yüzeylerde yüzey özelliklerini ve ilk katman için yazıcı parametreleri ayarlama

  1. Yüzey pürüzlülüğü belirlemek için profilometer ölçümleri gerçekleştirmek.
    1. Örnek profilometer substrat masaya (sahne) koyun.
    2. Eğer girişli, ana sahne giriş sayfası düğmesini kullanarak yazılım arabiriminde değil.
    3. İlgili çözünürlük ve yazılım arabiriminde eşlenmiş alan seçin.
    4. Ölçüm kafa başlangıç konumunda yer dürtmek seçeneğini kullanarak ölçüm başlangıç ve yazılım arabiriminde başlamak düğme.
    5. Ölçüm bittikten sonra sonucu tutarlılığını kontrol edin (Örneğin, gösterilen yükseklikler için yazdırılan katman sayısını makul şunlardır) ve verileri kaydetmek.
  2. SEM denetimler yüzey kalitesi analiz etmek için kullanım kılavuzuna göre gerçekleştirin.
  3. İletişim açı ölçüleri wettability özellikleri belirlemek için SEM İstasyonu kullanım kılavuzunda açıklandığı gibi gerçekleştirin.
  4. Belgili tanımlık substrate yapışkan bant kullanarak substrat tablosunu düzeltmek ve mark konumuna uygun.
  5. Yazdırma kafası Yazıcı yazılım arayüzü özelliklerini düzenleyerek meme ve yazılım arayüzü ayarları yazdırma parametrelerini ayarlayın.
    1. Yine, yazıcı kafası Yazıcı yazılım arabiriminde dropview konumuna git seçeneğini kullanarak dropview konuma taşımak ve mürekkep jeti gözlemlemek. Gerekirse, jeti optimize etmek için yazdırma parametrelerini ayarlayın.
    2. Mürekkep baskı için iyi tanımlanmış ve homojen damlaları çıkar bir başlık seçin.
    3. Yazıcının tercihlerinde seçilen başlık sayısını girin.
  6. İlgili maddeyi bir basılı teslimi boyutunu belirlemek için açılan boyutu sınamaları gerçekleştirin.
    1. Bilinen yazıcı yapılandırması'nı kullanarak bir damla deseni yazdırın.
    2. Kalibre edilmiş mikroskop veya yazıcının dahili kamera sistemi kullanarak elde açılan boyutunu belirler.
    3. Daha sonra kullanılan yazdırma çözünürlüğü homojen ve kapalı yüzey imal etmek gözlenen mürekkep ıslatma için uygun olduğundan emin olun (Örneğin, 40-50 µm bir damla boyutu için 900-1000 dpi baskı çözünürlüğü seçin).
  7. İletken yüzeylerde için yeterli bir toplu homojenliği emin olmak için üreticinin yönerge gereğince (Tablo malzeme), bir yalan çözümlemesi gerçekleştirin.

5. ilk katman için parametre ayarlamaları kür

  1. Birden çok yapıları, bir katmanı, bir kukla substrat (yani, bir örnek daha sonra tasfiye edilmesi ve yalnızca sınama amacıyla kullanılan aynı malzeme) üzerine ilk aygıt katman için kullanılan mürekkep kullanarak yazdırma.
  2. 130 ° c seramik yüzey üzerinde basılı iletken gümüş desenler için ortam basıncı, en az 30 dk fırında termal kür kullanın.
    Not: örnek fırın içinde tutmak için bir örnek boyutu bağlı olarak kullanın.
  3. Metal yüzey üzerinde yalıtım mürekkep için fotonik kür kullanın.
    1. Tepsiyi substrat tabloyu içeren fotonik kavurma ekipman açın.
    2. Örnek fotonik kavurma ekipman substrat tabloya git ve buna göre tamir (kullanarak, örneğin, sağlanan manyetik demirbaşlar).
    3. Örnek kavurma ekipman odak düzlemi taşımak için tablo iğ kullanarak ekipmanları'nın substrat tablo yüksekliğini ayarlayın.
    4. Kapatmak belgili tanımlık tepsi ve basılı malzeme ekipman'ın yazılım arayüzü için tedarikçi tarafından tavsiye edilen şekilde kür profili ayarlayın ve Başlat düğmesine basın.
  4. Polimerlerin niteliksel bir mikroskop kullanarak ve kantitatif bir profilometer kullanarak yüzey kontrol.
    1. Örnek profilometer substrat masaya (sahne) koyun.
    2. Eğer girişli, ana sahne ilgili düğme içinde belgili tanımlık bilgisayar yazılımı kullanarak değil.
    3. İlgili çözünürlük ve eşlenmiş olması gereken alanı seçin.
    4. Ölçüm kafa başlangıç konumunda yer ve ölçüm başlar.
    5. Ölçüm bittikten sonra sonucu tutarlılığını kontrol edin ve verileri kaydetmek.
  5. Fotonik yinelemek veya termal kür yordamlar kullanan kür parametreleri gerekirse kabul.
    1. Elde direnci çok yüksek ise küçük adımlarla, örneğin, 5 V fotonik kavurma ekipman yazılım arabiriminde kullanılan fotonik enerji artırmak. Örnek yanan belirtileri gösteriyorsa kullanılan enerji azaltın.
  6. Böylece uygulama için yeterli bir iletkenlik ulaştı, ama henüz yanma yok yazdırılan yapısını oluşur ilk işlevsel aygıt tabakası kür için ekipman parametrelerini ayarlamak.

6. mürekkep püskürtmeli baskı ve ilk aygıt tabakası kür

  1. Belgili tanımlık substrate yapışkan bant kullanarak substrat tablosunu düzeltmek ve mark konumuna uygun.
  2. İlk katman iletken olduğu gibi substrat tablo Isıtma 60 ° c seramik ve akrilat türü substrat için kullanın
    Not: İlgili substrat etkileyebilecek bir sıcaklık sıcaklık aşmamalıdır (Örneğin, akrilat'in tolerans göstereceği sadece 65 ° C'ye kadar). Bu ayarlama yazıcı ayarlarında yapılabilir.
  3. Meme ve yazılım arayüzü ayarları yazdırma parametrelerini ayarlayın.
    1. Dropview için yazdırma kafası konumlandırın ve mürekkep jeti gözlemlemek taşıyın.
    2. Mürekkep baskı için iyi tanımlanmış ve homojen damlaları çıkar bir başlık seçin.
    3. Yazıcının tercihlerinde seçilen başlık sayısını girin.
  4. Mürekkep daha önce belirlenen yüzey özelliklerine göre homojen bir tabaka yatırmak için yazdırma kafası kullanılan çözünürlüğü ayarlamak: düşük-wettability yüzeyler için örneğin, bir büyük kişi açı ve damla küçük boyutu yazdırma artırmak çözünürlük. Yüksek-wettability yüzeyler için çözünürlüğünü düşürün.

    Not: Yazıcı ayarlarında yazdırma parametrelerini ayarlama yapılabilir.
  5. Deseni yazdırın ve koordinatlarını depolamak için uygun referans noktasını seçin.
  6. İlgili ölçeklenebilir vektör grafiği (.svg) dosya yüklemek ve bir uygun çözünürlük ve boyutu, gerekli kalıbı ve substrat yazıcı yazılımındaki boyutları seçin.
  7. Yazdırma gerçekleştirin. Yazdır polimerlerin tatmin edici kadar mürekkep bir katman yazdırma işlemi yineleyin.
  8. Kalibre edilmiş bir mikroskop kullanarak veya dahili kamera sistemi yazıcı kullanarak yazdırılan katman polimerlerin kontrol.
    1. Kamera yazıcının yazdırma konumuna taşınması ve Yazıcı yazılım arabiriminde verilen baskı kalitesini gözlemlemek.
  9. Bu protokolün 5 bölümünde belirlenen parametreleri kullanarak ilk katman tedavi.
    1. Bir polimer substrat (Akrilat, folyo) üzerinde gümüş mürekkep için 1 kullanın ms darbe 250 V enerji (525 mJ/cm2) sınırlı bir miktarda.
    2. Seramik yüzey üzerinde gümüş mürekkep için bir fırın olarak (Örneğin, 30 dk için 130 ° C) mürekkep ile tavsiye kür ısı kullanın.
    3. Yazdırılan dielektrik mürekkep 200 V 1 ms darbeleri ile tedavi ve bakliyat 8 tekrar x 1 Hz frekansta.
      Not: Spectra fotonik kür kullanılan verilmiş ışığın oldukça geniş (ultra-menekşe – yakın kızılötesi [UV-NIR]). Yine de, UV ışık miktarını photopolymerization başlatmak ve yalıtım katmanı tedavi yeterlidir.

7. muayene için baskıya ilgili yüzeylerde yüzey özelliklerini ve sonraki katmanlar için yazıcı parametreleri ayarlama

Not: Lütfen profilometer ölçümleri ve mikroskopi denetimleri gerçekleştirmek için ölçüm cihazları Kullanıcı kılavuzlarına bakın.

  1. Pürüzlülük ve yazdırılan katman kalınlığını belirlemek için profilometer ölçümleri gerçekleştirmek.
    1. Örnek profilometer substrat masanın üstüne koy.
    2. Eğer girişli, ana sahne ilgili düğme içinde belgili tanımlık bilgisayar yazılımı kullanarak değil.
    3. İlgili çözünürlük ve eşlenmiş olması gereken alanı seçin.
    4. Ölçüm kafa başlangıç konumunda yer ve ölçüm başlar.
    5. Ölçüm bittikten sonra sonucu tutarlılığını kontrol edin ve verileri kaydetmek.
  2. Wettability özellikleri belirlemek için temas açısı ölçümleri gerçekleştirmek.
    Not: ölçüm ekipman el altında nasıl düzgün iletişim açı ölçümleri gerçekleştirmek Kullanıcı Elkitabına bakınız.
  3. İlgili maddeyi bir basılı teslimi boyutunu belirlemek için açılan boyutu sınamaları gerçekleştirin.
    1. Bilinen yazıcı yapılandırması kullanılarak açılan deseni yazdırın.
    2. Kalibre edilmiş mikroskop veya yazıcının dahili denetim sistemi kullanarak elde açılan boyutunu belirler.
  4. Mürekkep homojen bir katman elde etmek için yazdırma kafası kullanılan çözünürlüğü ayarlamak: düşük-wettability yüzeyler için örneğin, bir büyük kişi açı ve damla küçük boyutu yazdırma çözünürlüğünü artırmak. Yüksek-wettability yüzeyler için çözünürlüğünü düşürün.
  5. İlk katman elektriksel özellikleri kontrol: bir iletken ilk katman için dört maddelik sonda elde iletkenlik belirlemek için kullanın.
    1. Örnek substrat masanın üstüne koy.
    2. Daha düşük Ölçüm kafası iletken parça üzerine soruşturma emin çözümlenmesi için yazdırılan yapısı ile iyi iletişim vardır.
  6. Bir yalıtım ilk katmanı için yüzey rastlanılmaması iletken kapsadığından emin olun. Mikroskop doğrulamak için kullanın. Bir multimetre kullanarak yalıtım özelliklerini doğrulayın.

8. parametre ayarlamaları sonraki katmanlar için kür

  1. Birden çok yapıları, bir katmanı, eşdeğer bir önceki katmanı ile kukla bir substrat üzerine sonraki aygıt katman için kullanılan mürekkep kullanarak yazdırma.
  2. Sadece fotonik kür için tüm yüzeylerde kullanın.
  3. Kür sonra yazdırılan tabakasının elektrik ve yapısal özellikleri denetler: dört maddelik sonda ölçüm iletkenlik yeterli olup olmadığını belirlemek için kullanın.
  4. Polimerlerin niteliksel bir mikroskop kullanarak ve kantitatif profilometer kullanarak yüzey kontrol.
  5. Fotonik kür yordamları yineleyin.
  6. Sonraki işlevsel aygıt tabakası kür için ekipman parametrelerini ayarlamak.

9. mürekkep püskürtmeli baskı ve sonraki aygıt katmanları kür

  1. Belgili tanımlık substrate substrat masada uygun şekilde önceden işaretlenmiş pozisyon gidermek.
  2. Önceki adımından belirlenen meme ve yazdırma parametrelerini ayarlayın.
  3. Desen baskı ve yazdırılan desenleri ile her diğer aygıtın düzgün çalışması daha sonra emin olmak için iyi hizalanmış olduğundan emin olun uygun referans noktasını seçin.
  4. Uygun çözünürlük ve boyutu ile ilgili .svg dosya yükleyin.
  5. Yazdırma gerçekleştirin. Yazdır polimerlerin tatmin edici kadar mürekkep bir katman yazdırma işlemi yineleyin.
  6. Mikroskop altında yazdırılan katman polimerlerin kontrol (burada, dahili kamera sistemi yazıcı kullanılır).
  7. Fotonik kür sadece bu tabaka, tedavi için kullanın. Bir yalıtım katmanı veya yalıtkan iletken bir katmanda için önceden belirlenen parametreleri kullanın.
  8. Kür sonra yazdırılan tabakasının elektrik ve yapısal özellikleri denetler: iletken katman iletkenlik aralığını kabul edilebilir olup olmadığını belirlemek için bir multimetre kullanabilirsiniz.

Sonuçlar

Şekil 1' de gösterilen SEM görüntüleri ilgili yüzeyler üzerinde baskıya sonuçlara çizilebilir. Ölçek çubukları yüzey pürüzlülüğü farklı aralıkları nedeniyle farklıdır. Şekil 1a', bakır substrat yüzeyinde farkla en yumuşak olduğu gösterilir. Şekil 1 c, öte yandan, gösterir çelik, mürekkep püskürtmeli baskı nedeniyle (Ayrıca bkz: Tablo 2) yükse...

Tartışmalar

Çok katmanlı sensör yapıları 3D baskılı yüzeylerde ve folyo imal etmek bir şekilde gösterilmiştir. AM metal yanı sıra, seramik ve akrilat türü ve folyo yüzeylerde çok katmanlı mürekkep püskürtmeli baskı belgili tanımlık substrate ve farklı katmanları arasında yapışma yeterli olduğu gibi aynı zamanda için ilgili iletkenlik veya yalıtım özelliği uygun olarak gösterilir. Bu iletken yapıların izolasyon malzemesi üzerinde baskı katmanları tarafından gösterilebilir. Ayrıca, baskı v...

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Bu eser kuyruklu yıldız K1 ASSIC Avusturyalı akıllı sistemleri entegrasyon Araştırma Merkezi tarafından desteklenmiştir. Kuyruklu yıldız-yeterlilik merkezleri için mükemmel Teknolojileri-Program BMVIT, BMWFW ve Karintiya ve Styria federal illerinde tarafından desteklenir.

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
PiXDRO LP 50Meyer Burger AGInkjet-Printer with dual-head assembly.
SM-128 Spectra S-classFujifilm DimatixPrintheads with nozzle diameter of 50 µm, 50 pL calibrated dropsize and 800 dpi maximum resolution.
DMC-11610/DMC-11601Fujifilm DimatixDisposable printheads with nozzle diameter 21.5 µm, 1 or 10 pL calibrated dropsize
Sycris I50DM-119PV NanocellConductive silver nanoparticle ink with 50 wt.% silver loading, with an average particle size of 120 nm, in triethylene glycol monomethyl ether.
Solsys EMD6200SunChemicalInsulating, low-k dielectric ink which is a mixture of acrylate-type monomers. Viscosity is 7-9 cps.
Dycotec DM-IN-7002-IDycotecUV curable insulator, Surface Tension: 37.4 mN/m
Dycotec DM-IN-7003C-IDycotecUV curable insulator, Surface Tension: 29.7 mN/m
Dycotec DM-IN-7003-IDycotecUV curable insulator, Surface Tension: 31.4 mN/m
Dycotec DM-IN-7004-IDycotecUV curable insulator, Surface Tension: 27.9 mN/m
Pulseforge 1200NovacentrixPhotonic curing/sintering equipment.
DektatkXTBrukerStylus Profiler with stylus tip of 12.5 µm diameter and constant force of 4 mg.
C4SCascade MicrotechFour-point-probe measurement head.
2000KeithleyMultimeter to evaluate the measurements using the four-point-probe.
Helios NanoLab600iFEIFocused Ion Beam analysis station which provides high-energy gallium ion milling.
SeeSystemAdvex InstrumentsWater contact angle measurement device.
Projet 3500 HDMax3D SystemsProfessional 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 1000Polytec PTElectrically conductive adhesive based on Polyurethane, available
MicrodispenserMusashiNeedle for microdispensing.
Micro-assembly stationFinetechEquipment for assembly of, e.g., printed circuit boards (PCBs) and placing of chemicals (e.g. solder) and SMD parts.

Referanslar

  1. . Standards Worldwide Available from: https://www.astm.org/ (2012)
  2. Morris, M., et al. Mars Ice House: Using the Physics of Phase Change in 3D Printing a Habitat with H2O. AIAA SPACE Forum. , (2016).
  3. Jacobs, P. F. Rapid Prototyping & Manufacturing: Fundamentals of StereoLithography. Society of Manufacturing Engineers. , (1992).
  4. Kief, C. J., et al. Printing Multi-Functionality: Additive Manufacturing for CubeSats. AIAA SPACE Forum. , (2014).
  5. Sing, S. L., An, J., Yeong, W. Y., Wiria, F. E. Laser and Electron-Beam Powder-Bed Additive Manufacturing of Metallic Implants: A Review on Processes, Materials and Designs. Journal of Orthopedic Research. 34 (3), 369-385 (2016).
  6. Garcia-Corso, M., Gonzalez, J. M., Vermeulen, J., Rossmann, C., Kranz, J. Additive Manufacturing Hot Bonded Inserts in Sandwich Structures. European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Environmental Testing. , (2016).
  7. Murr, L. E., Johnson, W. L. 3D metal droplet printing development and advanced materials additive manufacturing. Journal of Materials Research and Technology. 6 (1), 77-89 (2017).
  8. Stavropoulos, P., Foteinopoulos, P. Modelling of additive manufacturing processes: a review and classification. Manufacturing Review. 5 (2), (2018).
  9. Le, D. D., Nguyen, T. N. N., Doan, D. C. T., Dang, T. M. D., Dang, M. C. Fabrication of interdigitated electrodes by inkjet printing technology for apllication in ammonia sensing. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 7 (2), 1-7 (2016).
  10. Hong, S., Lee, H., Yeo, J., Hwan Ko, ., S, Digital selective laser methods for nanomaterials: From synthesis to processing. Nano Today. 11, 547-564 (2016).
  11. Pan, H., et al. High-Troughput Near-Field Optical Nanoprocessing of Solution-Deposited Nanoparticles. Small. 6 (16), 1812-1821 (2010).
  12. Ko, H. S. Low temperature thermal engineering of nanoparticle ink for flexible electronics applications. Semiconductor Science and Technology. 31, (2016).
  13. Mattana, G., Briand, D. Recent Advances in Printed Sensors on Foil. Materials Today. 19 (2), 88-99 (2016).
  14. Sekine, T., et al. Fully Printed Wearable Vital Sensor for Human Pulse Rate Monitoring using Ferroelectric Polymer. Scientific Reports. 8, (2018).
  15. Molina-Lopez, F., Vásquez Quintero, A., Mattana, G., Briand, D., de Rooij, F. N. Large-Area Compatible Fabrication and Encaplsulation of Inkjet-Printed Humidity Sensors on Flexible Foils with Integrated Thermal Compensation. Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (2), (2013).
  16. Aliane, A., et al. Enhanced Printed Temperature Sensors on Flexible Substrates. Microelectronics Journal. 45 (12), 1612-1620 (2014).
  17. Narakathu, B. B., et al. A novel fully printed and flexible capacitive pressure sensor. IEEE Sensors. , (2012).
  18. Zirkl, M., et al. PyzoFlex: a printed piezoelectric pressure sensing foil for human machine interfaces. Proceedings Volume 8831, Organic Field-Effect Transistors XII; and Organic Semiconductors in Sensors and Bioelectronics VI. SPIE Organic Photonics + Electronics. , (2013).
  19. Manunza, I., Sulis, A., Bonfiglio, A. Pressure Sensing by Flexible, Organic, Field Effect Transistors. Applied Phyics Letters. 89 (14), (2006).
  20. Jensen, G. C., Krause, C. E., Sotzing, G. A., Rusling, J. F. Inkjet-Printed Gold Nanoparticle Electrochemical Arrays on Plastic. Application to Immunodetection of a Cancer Biomarker Protein. Physical Chemistry Chemical Physics. 13 (11), 4888-4894 (2011).
  21. Lesch, A., et al. Large Scale Inkjet-Printing of Carbon Nanotubes Electrodes for Antioxidant Assays in Blood Bags. Journal of Electroanalytical Chemistry. 717, 61-68 (2014).
  22. Sarfraz, J., et al. A Printed H2S Sensor with Electro-Optical Response. Sensors and Actuators B: Chemical. 191, 821-827 (2014).
  23. Sarfraz, J., et al. Printed Copper Acetate Based H2S Sensor on Paper Substrate. Sensors and Actuators B: Chemical. 173, 868-873 (2012).
  24. Huang, L., et al. A Novel Paper-Based Flexible Ammonia Gas Sensor via Silver and SWNT-PABS Inkjet Printing. SWNT-PABS Inkjet Printing. Sensors and Actuators B: Chemical. 197, 308-313 (2014).
  25. Kamyshny, A., Steinke, J., Magdassi, S. Metal-based inkjet inks for printed electronics. Open Applied Physics Journal. 4, 19-36 (2011).
  26. Perelaer, J., de Gans, B. J., Schubert, U. S. Ink-jet Printing and Microwave Sintering of Conductive Silver Tracks. Advanced Materials. 18, 2101-2104 (2006).
  27. Hummelgard, M., Zhang, R., Nilsson, H. -. E., Olin, H. Electrical sintering of silver nanoparticle ink studied by in situ TEM probing. PLoS One. 6, (2011).
  28. Kumpulainen, T., et al. Low temperature nanoparticle sintering with continuous wave and pulse lasers. Optics and Laser Technology. 43, 570-576 (2011).
  29. Schröder, K., McCool, S., Furlan, W. Broadcast Photonic Curing of Metallic Nanoparticle Films. Technical Proceedings of the 2006 NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show. 3, 198-201 (2006).
  30. Lopes, A. J., Lee, I. H., MacDonald, E., Quintana, R., Wicker, R. Laser Curing of Silver-Based Conductive Inks for In-Situ 3D Structural Electronics Fabrication in Stereolithography. Journal Materials Processing Technology. 214 (9), 1935-1945 (2014).
  31. Faller, L. -. M., Mitterer, T., Leitzke, J. P., Zangl, H. Design and Evaluation of a Fast, High-Resolution Sensor Evaluation Platform Applied to MEMS Position Sensing. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 67 (5), 1014-1027 (2018).
  32. Faller, L. -. M., Zangl, H. Feasibility Considerations on an Inkjet-Printed Capacitive Position Sensor for Electrostatically Actuated Resonant MEMS-Mirror Systems. Journal of Microelectromechanical Systems. 26 (3), 559-568 (2017).
  33. Faller, L. -. M., Zangl, H. Robust design of an inkjet-printed capacitive sensor for position tracking of a MOEMS-mirror in a Michelson interferometer setup. Proceedings of SPIE 10246, Smart Sensors, Actuators, and MEMS VIII. , (2017).
  34. Faller, L. -. M., Zangl, H. Robust design of a 3D- and inkjet-printed capacitive force/pressure sensor. 2016 17th International Conference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems (EuroSimE). , (2016).
  35. Wang, P. -. C., et al. The inkjet printing of catalyst Pd ink for selective metallization apply to product antenna on PC/ABS substrate. 2013 8th International Microsystems, Packaging, Assembly and Circuits Technology Conference (IMPACT). , (2013).
  36. Quintero, A. V., et al. Printing and encapsulation of electrical conductors on polylactic acid (PLA) for sensing applications. 2014 IEEE 27th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). , (2014).
  37. Unnikrishnan, D., Kaddour, D., Tedjini, S., Bihar, E., Saadaoui, M. CPW-Fed Inkjet Printed UWB Antenna on ABS-PC for Integration in Molded Interconnect Devices Technology. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 14, 1125-1128 (2015).
  38. . Lost Wax Printing & Casting Available from: https://i.materialise.com/en/3d-printing-technologies/lost-wax-printing-casting (2018)
  39. Faller, L. -. M., Krivec, M., Abram, A., Zangl, H. AM Metal Substrates for Inkjet-Printing of Smart Devices. Materials Characterization. , (2018).
  40. Hutchings, I. M., Martin, G. D., Hutchings, I. M., Martin, G. D. Introduction to Inkjet Printing for Manufacturing. Inkjet Technology for Digital Fabrication. , 1-20 (2013).
  41. Baek, M. I., Hong, M., Korvink, J. G., Smith, P. J., Shin, D. -. Y. Equalization of Jetting Performance. Inkjet-Based Micromanufacturing. , 159-172 (2012).
  42. Zhang, T. . Methods for Fabricating Printed Electronics with High Conductivity and High Resolution. , (2014).
  43. Suganuma, K. . Introduction to Printed Electronics. , (2014).
  44. Baxter, L. K. . Capacitive Sensors: Design and Applications. , (1997).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

M hendisliksay 143katk imalatmetal 3Dprintingm rekkep p sk rtmeli baskok katmanl yazd rmafotonik k rFIB l mleriSEM l mleriy zey karakterizasyonuprofilometer l mleri

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır