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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Esta pesquisa é apoiada pelo projeto intitulado "Desenvolvimento da tecnologia de relevo quente tipo impressão de impacto para uma camada condutora usando materiais nanocompostos condutores" através do Ministério do Comércio, Indústria e Energia (MOTIE) da Coreia (N046100024, 2016).

1. Fabricação do processo de relevo quente tipo impressão de impacto
<ol><li>Faça o modelo 1 e combine-o com um estágio X (ver Figura 1). NOTA: Recomenda-se que o Modelo 1 seja feito de alumínio para evitar que o calor seja conduzido para o estágio X. Além disso, recomenda-se que o comprimento do Modelo 1 seja a distância entre a superfície da placa de calor e a altura mais baixa da placa de rolamento do estágio Z, pois o design do Modelo 1 varia com o tamanho da placa de cal...

<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>

Neste estudo, implementamos o processo de relevo quente tipo impressão de impacto e padrões de pontos gravados com várias larguras e profundidades em uma gama de filmes de polímeros em tempo real. Entre as etapas do protocolo, duas etapas devem ser consideradas criticamente entre todas as etapas. A primeira é a definição da temperatura da placa de calor (passo 3.3.3), e a segunda é a definição da posição inicial do cabeçalho de impacto (passo 3.5.1). Na etapa 3.3.3, se a temperatura da placa de calor for mui...

Os pesquisadores estão ativamente tentando miniaturizar dispositivos e displays existentes e aumentar a flexibilidade desses dispositivos1,2. Para reduzir a largura e a profundidade dos canais elétricos à escala micro ou nano, é necessária uma tecnologia de alta precisão. Além disso, para aumentar a flexibilidade desses dispositivos, os padrões dos canais elétricos devem estar localizados em um material flexível, como uma película de polímero3,4. Para atender a essas condições, o estudo da tecnologia de microprocessamento ultrafino está ativamente em andamento.
A tecnologia de microfabricação ultrafina tem uma vantagem em que os possíveis materiais de padronização incluem não apenas materiais altamente rígidos, como ferro ou plástico, mas também materiais macios, como filmes de polímeros. Devido a essas vantagens, essa tecnologia é amplamente utilizada como um processo central em diversos campos, como comunicações, química, óptica, aeroespacial, semicondutores e sensores5,6,7. No campo de microprocessamento ultrafino, são utilizados métodos de microprocessamento LIGA (litografia, eletroplação e moldagem) ou de micromachinagem8. No entanto, esses métodos convencionais estão associados a vários problemas. Os métodos LIGA requerem uma quantidade considerável de tempo e várias etapas de processo para criar padrões ultrafinos e incorrer em um alto custo também, porque eles precisam de muitos tipos diferentes de equipamentos durante os processos. Além disso, os métodos liga usam produtos químicos que podem poluir o meio ambiente.
Para resolver esse problema, a tecnologia de processo de relevo quente tem sido destacada entre as tecnologias de microprocessos ultrafinos. O relevo quente é uma tecnologia que cria um padrão em um filme de polímero aquecido usando um molde de relevo micro ou nanoescala. A tecnologia convencional de relevo quente é dividida no tipo de placa e tipo rolo-a-rolo, dependendo da forma do molde. Os dois tipos de tecnologia de relevo quente são diferentes em termos da forma do molde, mas esses dois processos são semelhantes em que o molde de relevo pressiona o filme de polímero em uma placa aquecida para gravar um padrão no filme polímero. Para gravar o padrão usando o processo de relevo quente, é necessário aquecer a película de polímero acima da temperatura de transição do vidro e aplicar uma quantidade adequada de pressão (~30-50 MPa)9. Além disso, a largura e a profundidade do padrão mudam dependendo da temperatura da placa aquecida, do material e da forma do molde de relevo. Além disso, o método de resfriamento após o processo de padronização afeta a forma do padrão na película de polímero.
No processo convencional de relevo quente, os selos ou rolos de relevo podem ser gravados com o padrão desejado, e o molde de relevo pode ser usado para imprimir o mesmo padrão em superfícies de filme de polímero continuamente. Esta característica torna este processo adequado não só para a produção em massa, mas também para a fabricação de dispositivos com materiais macios, como as pelídeas de polímero10,,11,,12,,13,,14. No entanto, o método convencional de relevo quente só pode criar o único padrão gravado no molde de relevo. Portanto, quando o usuário quer fazer um novo padrão ou modificar o padrão, ele deve fazer um novo molde para modificar o padrão de impressão. Por essa razão, o relevo quente convencional é caro e demorado ao criar novos padrões ou substituir os projetos existentes.
Trabalhos anteriores introduziram o processo de relevo quente do tipo impacto para produzir padrões de ponto com várias larguras e profundidades em tempo real15. Ao contrário do processo convencional de relevo quente, o método de relevo quente tipo impressão de impacto usa um cabeçalho de impacto para criar padrões na película de polímero. Esta tecnologia move o cabeçalho de impacto para a posição desejada com um sistema de posicionamento de precisão. Um sinal de controle é aplicado a padrões de impressão em uma largura e profundidade desejadas e em uma posição arbitrária. A estrutura do cabeçalho de impacto consiste em um motor, uma mola, um enrolamento de bobinas e um núcleo (ver Figura 1A)15. Trabalhos anteriores confirmaram através de uma análise e experimento que tal cabeçalho de impacto pode produzir a força adequada para a relevo quente16. O protocolo deste papel abrange o design do hardware para o processo de relevo quente do tipo impacto e o ambiente de controle para controle de processos. Além disso, analisamos os padrões de ponto em filme PET, filme PMMA e filme de PVC, todos processados com o protocolo proposto para verificar se o processo de relevo quente tipo impressão de impacto pode criar padrões de ponto com várias larguras e profundidades em tempo real. Os resultados desses experimentos são apresentados abaixo na seção de resultados, confirmando que o processo de relevo pode produzir adequadamente padrões ultrafinos.

<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

Aqui apresentamos nosso estudo sobre um processo de relevo quente do tipo impressão de impacto que pode criar padrões de ponto com vários projetos, larguras e profundidades em tempo real em filme de polímero. Além disso, implementamos um sistema de controle para o movimento on-off e posição do cabeçalho de impacto para gravar diferentes padrões de pontuação. Realizamos padronização de dot em vários filmes de polímero, como filme de poliéster (PET), filme polimetil metacrilato (PMMA) e filme de cloreto de polivinil (PVC). Os padrões de ponto foram medidos usando um microscópio confocal, e confirmamos que o processo de relevo quente tipo impressão de impacto produz menos erros durante o processo de padronização de pontos. Como resultado, o processo de relevo quente tipo impressão de impacto é considerado adequado para gravura de padrões de ponto em diferentes tipos de filmes de polímero. Além disso, ao contrário do processo convencional de relevo quente, este processo não usa um carimbo de relevo. Portanto, o processo é simples e pode criar padrões de pontos em tempo real, apresentando vantagens únicas para a produção em massa e a produção em lote de pequena quantidade.

O processo de relevo quente do tipo impressão de impacto é um processo que pode ser usado para gravar padrões de ponto em um filme de polímero em tempo real, como mostrado na Figura 1. Este processo pode resolver os problemas do alto custo e longos tempos para substituição de padrões associados ao processo de relevo quente existente. Um circuito de controle foi construído, como mostrado na Figura 2 (ver etapas 2.3-2.3.9), usando o DAQ, OP-AMP e fonte de ...

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

A tecnologia de relevo quente tipo impressão de impacto usa um cabeçalho de impacto para gravar padrões de ponto em materiais flexíveis em tempo real. Esta tecnologia tem um sistema de controle para controlar o movimento on-off e a posição do cabeçalho de impacto para criar padrões de pontilhamento com várias larguras e profundidades em diferentes pelímeros de polímero.

Estudo de um processo de padronização de ponto em materiais flexíveis usando tecnologia de relevo quente tipo impressão de impacto

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 ...

A tecnologia Desembosa quente tipo impressão de impacto pode fazer padrões de ponto que podem alterar a largura e a profundidade do padrão em tempo real, em vários tipos de filmes de polímeros, usando um padrão de impacto. Comparado com a tecnologia de relevo quente existente, o custo da forma de padrão prensado é significativamente menor e a forma de relevo arbitrário pode ser feita em tempo real. Nossa tecnologia pode ser aplicada ao campo de bioativos e esses dispositivos podem ajudar a verificar a condição ou doença do paciente lendo os bioassinários do usuário.Se o calor da eletricidade estiver muito baixo, o cabeçalho de impacto pode rasgar o filme do polímero ou a cabeça de impacto pode desgastar. Portanto, encontrar um calor de eletricidade adequado a partir de experimentos repetitivos é importante. Comece fazendo o modelo um e combine-o com um estágio X.Combine o estágio X e o palco Z, e monte o estágio Z e o modelo dois. Em seguida, misture o modelo dois e o cabeçalho de impacto, e coloque a placa de calor abaixo do modelo um. Instale dois suportes de filme na extremidade da placa de calor e fixe a película do polímero no suporte do filme.Em seguida, para garantir que o filme de polímero seja plano na placa de calor, puxe o filme de polímero o máximo possível usando o motion um do suporte do filme. Alternativamente, para mover o filme polímero para o lado, mova o suporte do filme através do movimento dois. Finalmente, conecte o dispositivo de controle que envia os sinais ao cabeçalho de impacto para controlá-lo, e insira menos 3v e mais 10v como sinais de controle no cabeçalho de impacto.Finalmente, conecte o dispositivo de controle que envia os sinais ao cabeçalho de impacto para controlá-lo, e insira menos 3 volts e mais 10 volts como sinais de controle no cabeçalho de impacto. Comece instalando um programa de controle de palco no PC de controle para controlar o estágio X e o estágio Z. Instale o software do driver DAQ para detectar o dispositivo de controle no PC de controle que controla o cabeçalho de impacto e instalar um programa operacional para controlar o dispositivo de controle.Em seguida, para conduzir o experimento de padronização, fixar o filme de polímero no suporte do filme, e ajustar a posição do filme polímero usando movimentos um e dois, para corrigir o filme fixamente. Depois de fixar o filme de polímero, ajuste a temperatura da placa de calor para aquecer o filme acima da temperatura de transição de vidro. Em seguida, ajuste a posição inicial do cabeçalho de impacto controlando as etapas X e Z usando o programa de controle de palco.Use o programa operacional para gerar um sinal de controle de 5v a partir do dispositivo de controle. Uma vez que o amplificador OP ampear o sinal de controle de 5v para maior que 10v, ligue o cabeçalho de impacto e grave os padrões na película do polímero. Em seguida, gere um sinal de controle de 0v a partir do dispositivo de controle usando o programa operacional.Uma vez que o amplificador OP ampear o sinal de controle 0v para menos 3v, desligue o cabeçalho de impacto. Mova o estágio X para a posição para gravar o próximo padrão. Abaixe o estágio Z de dez mícrons da posição inicial egrave padrões três vezes na película do polímero, contando o número de movimentos de estágio Z.Quando o número de movimentos de estágio Z exceder três, mova o estágio X para a posição inicial, e eleve o cabeçalho de impacto máximamente movendo o estágio Z. Finalmente, retire a película do polímero do suporte do filme e meça a largura e a profundidade de cada padrão de ponto usando um microscópio confocal no modo de varredura a laser. Neste estudo, foi criado um padrão de ponto nos três filmes de polímeros, e um microscópio confocal foi usado para observar o padrão.Nove pontos foram utilizados no padrão de pontos, e o tamanho do padrão aumentou da amostra um para a amostra três porque a altura do estágio Z diminuiu em dez mícrons. Além disso, este protocolo foi capaz de medir a largura do padrão e a profundidade de cada padrão de ponto, e o padrão era claramente observável através da imagem 2D de um ponto. Os erros nos padrões de ponto para os três tipos de filmes são menores, indicando que o processo de relevo quente tipo impressão de impacto é adequado para gravar micro-padrões em filmes de polímeros em tempo real.Este método é o primeiro dos métodos propostos, por isso será uma ajuda para os iniciantes entenderem o desenho de perspicácia, preparação de amostras e procedimento de processo por visualização. Nesta etapa, se o filme for aquecido em repouso na temperatura de transição de vidro, o padrão não gravará lá, devido à restauração do filme. A documentação da temperatura de padronização é de 350 graus celsius e nosso processo pode se ajustar à padronização da linha.Essas vantagens podem ser utilizadas no semicondutor, utilizando altas temperaturas e canais ultrafinas. Nossa tecnologia pode fazer um padrão usando sistemas de contorno. Este protocolo ajuda a abrir caminho para pesquisas que podem fazer padrões de microescamia a baixo custo, sem processo químico.Não há risco de lágrimas químicas, porém durante o experimento o usuário tem que usar equipamentos de proteção para evitar queimaduras, já que a placa de calor é aquecida a altas temperaturas.

Research

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Engineering

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