Name: study of a dot-patterning process on flexible materials using impact print-type hot embossing technology
Uploaded: 2020-04-06T14:00:00
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本研究は、韓国貿易省(2010024年、2016年)を通じて「導電性ナノ複合材料を用いた導電層の衝撃プリント型ホットエンボス技術の開発」と題するプロジェクトで支援されています。

インパクトプリントタイプホットエンボス加工の製作
<ol><li>モデル 1 を作成し、それを X ステージと組み合わせます (図 1を参照)。 メモ:Xステージに熱が出ないように、モデル1はアルミニウム製にすることをお勧めします。また、モデル1の設計がヒートプレートの大きさによって変化するため、Z段の軸受板の表面と最も低い高さとの間の距離をモデル1の長さにす?...

<ol>
	<li>Lee, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2018+Optical+Fiber+Communications+Conference+and+Exposition+(OFC).">2018 Optical Fiber Communications Conference and Exposition (OFC).</a> IEEE. , 1-3 (2019).</li><li>Yang, D., Pan, L., Mu, T., Zhou, X., Zheng, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fabrication+of+electrochemical+geophone+based+on+FPCB+process+technology.">The fabrication of electrochemical geophone based on FPCB process technology.</a> Journal of Measurements in Engineering. 5 (4), 235-239 (2017).</li><li>Fukuda, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+printed+high-performance+organic+thin-film+transistors+and+circuitry+on+one-micron-thick+polymer+films.">Fully printed high-performance organic thin-film transistors and circuitry on one-micron-thick polymer films.</a> Nature Communications. 5, 4147 (2014).</li><li>Sekitani, T., Zschieschang, U., Klauk, H., Someya, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+organic+transistors+and+circuits+with+extreme+bending+stability.">Flexible organic transistors and circuits with extreme bending stability.</a> Nature Materials. 9 (12), 1015 (2010).</li><li>Zamkotsian, F., Dohlen, K., Burgarella, D., Ferrari, M., Buat, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=International+Conference+on+Space+Optics-ICSO+2000.">International Conference on Space Optics-ICSO 2000.</a> International Society for Optics and Photonics. , 105692A (2019).</li><li>Zhang, X., Li, Z., Zhang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+performance+ultra-precision+turning+of+large-aspect-ratio+rectangular+freeform+optics.">High performance ultra-precision turning of large-aspect-ratio rectangular freeform optics.</a> CIRP Annals. 67 (1), 543-546 (2018).</li><li>Ziaie, B., Baldi, A., Lei, M., Gu, Y., Siegel, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hard+and+soft+micromachining+for+BioMEMS:+review+of+techniques+and+examples+of+applications+in+microfluidics+and+drug+delivery.">Hard and soft micromachining for BioMEMS: review of techniques and examples of applications in microfluidics and drug delivery.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 56 (2), 145-172 (2004).</li><li>Mishra, S., Yadava, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+beam+micromachining+(LBMM)-a+review.">Laser beam micromachining (LBMM)-a review.</a> Optics and Lasers in Engineering. 73, 89-122 (2015).</li><li>Yun, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+roll-to-roll+hot+embossing+system+with+induction+heater+for+micro+fabrication.">Development of roll-to-roll hot embossing system with induction heater for micro fabrication.</a> Review of Scientific Instruments. 83 (1), 015108 (2012).</li><li>Ker&#228;nen, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roll-to-roll+printed+and+assembled+large+area+LED+lighting+element.">Roll-to-roll printed and assembled large area LED lighting element.</a> The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 81 (1-4), 529-536 (2015).</li><li>Park, J., Lee, J., Park, S., Shin, K. H., Lee, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+hybrid+process+for+double-side+flexible+printed+circuit+boards+using+roll-to-roll+gravure+printing,+via-hole+printing,+and+electroless+plating.">Development of hybrid process for double-side flexible printed circuit boards using roll-to-roll gravure printing, via-hole printing, and electroless plating.</a> The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 82 (9-12), 1921-1931 (2016).</li><li>Rank, A., Lang, V., Lasagni, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Speed+Roll-to-Roll+Hot+Embossing+of+Micrometer+and+Sub+Micrometer+Structures+Using+Seamless+Direct+Laser+Interference+Patterning+Treated+Sleeves.">High-Speed Roll-to-Roll Hot Embossing of Micrometer and Sub Micrometer Structures Using Seamless Direct Laser Interference Patterning Treated Sleeves.</a> Advanced Engineering Materials. 19 (11), 1700201 (2017).</li><li>Shan, X., Liu, T., Mohaime, M., Salam, B., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+format+cylindrical+lens+films+formed+by+roll-to-roll+ultraviolet+embossing+and+applications+as+diffusion+films.">Large format cylindrical lens films formed by roll-to-roll ultraviolet embossing and applications as diffusion films.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 25 (3), 035029 (2015).</li><li>Wang, X., Liedert, C., Liedert, R., Papautsky, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+disposable,+roll-to-roll+hot-embossed+inertial+microfluidic+device+for+size-based+sorting+of+microbeads+and+cells.">A disposable, roll-to-roll hot-embossed inertial microfluidic device for size-based sorting of microbeads and cells.</a> Lab on a Chip. 16 (10), 1821-1830 (2016).</li><li>Yun, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+Print-Type+Hot+Embossing+Process+Technology.">Impact Print-Type Hot Embossing Process Technology.</a> Advanced Engineering Materials. 20 (9), 1800386 (2018).</li><li>Ahn, J., Yun, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analyzing+Electromagnetic+Actuator+based+on+Force+Analysis.">Analyzing Electromagnetic Actuator based on Force Analysis.</a> 2019 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , (2019).</li></ol>

本研究では、印刷型のホットエンボス加工に影響を与え、様々な幅と深さを持つドットパターンを様々なポリマーフィルムにリアルタイムで刻印した。プロトコルステップの中で、2つのステップをすべてのステップの中で重要視する必要があります。1つ目は、ヒートプレートの温度の設定(ステップ3.3.3)で、2つ目は衝撃ヘッダの初期位置の設定(ステップ3.5.1)です。ステップ3.3.3では、ヒート...

研究者は積極的に既存のデバイスやディスプレイを小型化し、これらのデバイスの柔軟性を高めようとしています1,,2.マイクロまたはナノスケールに電気チャネルの幅と深さを減らすためには、高精度技術が必要です。さらに、これらのデバイスの柔軟性を高めるために、電気チャネルのパターンは、ポリマーフィルム33、44などの柔軟な材料上に配置する必要があります。これらの条件を満たすために、超微細マイクロプロセッシング技術の研究が盛んに進められています。
超微細微細加工技術は、鋳造材には鉄やプラスチックなどの高剛性材料だけでなく、ポリマーフィルムなどの軟質材料も含まれるという利点があります。これらの利点により、この技術は、通信、化学、光学、航空宇宙、半導体、センサ5、6、7,など、さまざまな分野でコアプロセスとして広く使用5,されています。超微細微分処理分野では、LIGA(リソグラフィ、電気めっき、および成形)またはマイクロマシニング法が8を用いる。しかしながら、これらの従来の方法はいくつかの問題に関連している。LIGA メソッドは、超微細パターンを作成するためにかなりの時間といくつかのプロセスステップを必要とし、プロセス中に多くの異なるタイプの機器を必要とするため、高いコストも発生します。また、LIGA法では環境を汚染する化学物質を使用しています。
この問題に対処するために、ホットエンボス加工技術は、超微細マイクロプロセス技術の間で注目されています。ホットエンボス加工は、マイクロスケールまたはナノスケールのエンボス成形金型を使用して、加熱されたポリマーフィルムにパターンを作成する技術です。従来のホットエンボス加工技術は、金型の形状に応じて板型とロール・ツー・ロール型に分かれています。2種類の熱いエンボス加工技術は金型の形状の点で異なりますが、この2つのプロセスは、エンボス成形金型がポリマーフィルムを加熱プレートに押し込み、ポリマーフィルムにパターンを刻むという点で似ています。熱いエンボス加工を用いてパターンを刻印するには、ポリマーフィルムをガラス転移温度以上に加熱し、十分な圧力量(〜30〜50 MPa)9を加9える必要がある。また、加熱板の温度、材料、エンボス成形金型の形状などによりパターンの幅や奥行きが変化する。また、パターン化処理後の冷却方法は、ポリマーフィルム上のパターンの形状に影響を与える。
従来のホットエンボス加工では、エンボススタンプやローラーを目的のパターンでエンボス加工することができ、エンボス成形金型を使用して、ポリマーフィルム表面に同じパターンを連続的に印刷することができます。この機能は、大量生産だけでなく、ポリマーフィルム,,10、11、12、13、14,11などの柔らかい材料を持つデバイスを製造するのに適しています。12,1314しかし、従来のホットエンボス加工では、エンボス成形金型に刻まれた単一パターンのみを作成できます。したがって、ユーザーが新しいパターンを作成したり、パターンを修正したりする場合は、インプリンティング パターンを修正するために新しい金型を作成する必要があります。このため、従来のホットエンボス加工は、新しいパターンを作成したり、既存の設計を置き換えたりする場合に、コストと時間がかかります。
以前の研究では、リアルタイム15で様々な幅と深度を持つドットパターンを生成するためのインパクトタイプのホットエンボス加工が導入されました。従来のホットエンボス加工とは異なり、インパクトプリントタイプのホットエンボス法では、インパクトヘッダーを使用してポリマーフィルムにパターンを作成します。この技術は精密位置決めシステムとの目的の位置に衝撃のヘッダーを移動する。制御信号は、目的の幅と深さ、任意の位置でパターンを印刷するために適用されます。衝撃ヘッダの構造は、移動体、ばね、コイル巻き、コア(図1A)15から構成されています。A以前の作業は、分析と実験を通じて、このような衝撃ヘッダがホットエンボス16に対して適切な力を生み出すことができることを確認した。本稿のプロトコルは、インパクトタイプのホットエンボス加工用のハードウェアの設計と、プロセス制御の制御環境をカバーしています。また、PETフィルム、PMMAフィルム、PVCフィルムのドットパターンを分析し、そのすべてが提案されたプロトコルで処理され、インパクトプリント型のホットエンボス加工によって、様々な幅と深さのドットパターンをリアルタイムで作成できることを確認します。これらの実験の結果は、結果のセクションで以下に示され、エンボス加工が超微細パターンを適切に生成できることを確認する。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.3mm High Quality Clear Rigid Packaging PVC Film Roll For Vacuum Forming</td>
			<td>Sunyo</td>
			<td>SY1023</td>
			<td>PVC film / Thickness : 300&#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acryl(PMMA) film</td>
			<td>SEJIN TS</td>
			<td>C200</td>
			<td>PMMA film / Thickness : 175&#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal Laser Scanning Microscope: 3D-Topography for Materials Analysis and Testing</td>
			<td>Carl Zeiss</td>
			<td>LSM 700</td>
			<td>3D confocal microscope / Supporting Mode : 2D, 2.5D, 3D topography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAQ board</td>
			<td>NATIONAL INSTRUMENTS</td>
			<td>USB-6211</td>
			<td>Control board for two stage and impact header / 16 inputs, 16-bit, 250kS/s, Multifunction I/O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC Power Supply</td>
			<td>SMART</td>
			<td>RDP-305AU</td>
			<td>3 channel power supply / output voltage : 0~30V, Output current : 0~5A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L511 stage</td>
			<td>PI</td>
			<td>L511.20SD00</td>
			<td>Z-stage / Travel range : 52mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Large Digital Hotplate</td>
			<td>DAIHAN Scientific</td>
			<td>HPLP-C-P</td>
			<td>Heatplate / Max Temp : 350&#186;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M531 stage</td>
			<td>PI</td>
			<td>M531.2S1</td>
			<td>X-stage / Travel range : 306mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mylar Polyester PET films</td>
			<td>CSHyde</td>
			<td>48-2F-36</td>
			<td>PET film / Thickness : 50&#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OPA2541</td>
			<td>BURR-BROWN</td>
			<td>OPA2541BM</td>
			<td>OP-AMP / Output currents : 5A, output voltage : &#177;40V</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

study of a dot-patterning process on flexible materials using impact print-type hot embossing technology

ここでは、ポリマーフィルムに様々なデザイン、幅、奥行きのあるドットパターンをリアルタイムで作成できるインパクトプリント型ホットエンボス加工に関する研究を紹介します。また、衝撃ヘッダのオンオフモーションと位置を制御システムを実装し、異なるドットパターンを刻み込んだ。ポリエステル(PET)フィルム、ポリメチルメタクリレート(PMMA)フィルム、ポリ塩化ビニル(PVC)フィルムなど、さまざまなポリマーフィルムにドットパターニングを行いました。ドットパターンは共焦点顕微鏡を用いて測定し、ドットパターン化プロセス中に印字型ホットエンボス加工により誤差が少なくて済むのを確認した。その結果、異なるタイプのポリマーフィルムにドットパターンを刻印する際に、プリント式ホットエンボス加工の影響が見られる。また、従来のホットエンボス加工と異なり、このプロセスではエンボススタンプを使用しません。そのため、プロセスは単純であり、大量生産と少量のバッチ生産のためのユニークな利点を提示し、リアルタイムでドットパターンを作成することができます。

インパクトプリント型ホットエンボス加工は、図1に示すように、リアルタイムでポリマーフィルムにドットパターンを刻み込むために使用できるプロセスです。このプロセスは、既存のホットエンボス加工に関連するパターン置換の高コストと長い時間の問題を解決できます。DAQ、OP-AMP、電源を使用して、オンオフ操作時の衝撃ヘッダーの実装により、さまざまなタイ...

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Study of a Dot-patterning Process on Flexible Materials using Impact Print-Type Hot Embossing Technology

インパクトプリントタイプのホットエンボス技術は、インパクトヘッダーを使用して、柔軟な材料にドットパターンをリアルタイムで刻印します。この技術は、異なるポリマーフィルム上の様々な幅と深度を持つドットパターンを作成するために、衝撃ヘッダーのオンオフモーションと位置を制御するための制御システムを備えています。

衝撃プリント型ホットエンボス加工技術を用いたフレキシブル材料のドットパターン化プロセスの研究

Here we present our study on an impact print-type hot embossing process which can create dot patterns with various designs, widths, and depths in real ...

インパクトプリントタイプホットエンボス加工技術は、インパクトパターンを使用して、様々なタイプのポリマーフィルムで、パターンの幅と深さをリアルタイムで変更できるドットパターンを作成できます。既存のホットエンボス加工技術と比べ、押されたパターン形状のコストが大幅に低く、任意のエンボス形状をリアルタイムで行うことができます。当社の技術はバイオデバイス分野に応用することができ、これらのデバイスは、ユーザーの生体信号を読み取ることによって患者の状態や病気をチェックするのに役立ちます。電気熱が低すぎると、衝撃ヘッダがポリマーフィルムを引き裂いたり、衝撃ヘッドが摩耗したりする可能性があります。したがって、反復実験から適切な電気熱を見つけることが重要である。モデル1を作り、Xステージと組み合わせます。XステージとZステージを組み合わせ、Zステージとモデル2を組み立てます。次に、モデル 2 と衝撃ヘッダーを組み合わせて、ヒート プレートをモデル 1 の下に配置します。ヒートプレートの端に2つのフィルムホルダーを取り付け、フィルムホルダーにポリマーフィルムを固定します。そして、ポリマーフィルムがヒートプレート上で平坦であることを確認し、フィルムホルダの動き1を用いてできるだけポリマーフィルムを引き抜く。あるいは、ポリマーフィルムを側面に移動させるには、フィルムホルダを動かして2つ動かす。最後に、信号を送信する制御デバイスをインパクトヘッダーに接続して制御し、マイナス3vとプラス10vを制御信号としてインパクトヘッダーに入力します。最後に、信号を送信する制御デバイスをインパクトヘッダーに接続して制御し、マイナス3ボルトとプラス10ボルトを制御信号としてインパクトヘッダーに入力します。まず、X ステージと Z ステージを制御するために、制御 PC にステージ制御プログラムをインストールします。DAQドライバソフトウェアをインストールして、影響ヘッダーを制御する制御PC上の制御デバイスを検出し、制御装置を制御する動作プログラムをインストールします。次に、パターニング実験を行い、ポリマーフィルムをフィルムホルダに固定し、動き1と2を用いてポリマーフィルムの位置を調整し、フィルムを平らに固定する。ポリマーフィルムを固定した後、熱板の温度を調整して、ガラス転移温度以上のフィルムを加熱する。次に、ステージ制御プログラムを使用してXステージとZステージを制御することにより、インパクトヘッダの初期位置を調整します。操作プログラムを使用して、制御装置から5v制御信号を生成します。OPアンプが5v制御信号を10vより大きく増幅したら、インパクトヘッダーをオンにして、ポリマーフィルムにパターンを刻印します。次に、動作プログラムを用いて制御装置から0v制御信号を生成する。OPアンプが0v制御信号をマイナス3vに増幅したら、インパクトヘッダーをオフにします。X ステージを位置に移動して、次のパターンを表示します。Zステージを初期位置から10ミクロン下げし、ポリマーフィルムにパターンを3回刻み、Z段の動きの数を数える。Z ステージの動き数が 3 を超えた場合は、X ステージを初期位置に移動し、Z ステージを移動してインパクト ヘッダーを最大限に上げます。最後に、フィルムホルダからポリマーフィルムを取り外し、レーザー走査モードで共焦点顕微鏡を使用して各ドットパターンの幅と深さを測定します。本研究では、3つのポリマーフィルムにドットパターンを作成し、共焦点顕微鏡を用いてそのパターンを観察した。ドットパターンでは9点を使用し、Zステージの高さが10ミクロン下がったため、パターンのサイズはサンプル1からサンプル3に増加しました。また、このプロトコルは各ドットパターンのパターン幅と深さを測定することができ、1点の2D画像を通してパターンを明確に観察することができた。3種類のフィルムのドットパターンの誤差は軽微であり、インパクトプリントタイプのホットエンボス加工が、マイクロパターンをリアルタイムでポリマーフィルムに刻印するのに適していることを示しています。この方法は最初に提案された方法なので、初心者が視覚によって洞察力の設計、標本の準備、およびプロセス手順を理解するのに役立ちます。この工程では、フィルムがガラス転移温度で安静時に加熱された場合、フィルムの修復のためにパターンがそこに刻み込まれません。パターニング温度のドキュメンテーションは摂氏350度であり、我々のプロセスはラインパターニングに合わせて調整することができます。これらの利点は、高温および超微細チャネルを使用して、半導体に使用することができます。私たちの技術は、輪郭システムを使用してパターンを作ることができます。このプロトコルは、化学プロセスなしで、低コストでマイクロスケールパターンを作ることができる研究のための道を開くのに役立ちます。化学液のリスクはありませんが、熱板が高温に加熱されるため、実験中にユーザーは火傷を避けるために保護装置を使用する必要があります。

Research

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Engineering

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