Undersøgelse af en dot-mønstreproces på fleksible materialer ved hjælp af Impact Print-Type Hot Prægning Teknologi
Summary
Impact print-type hot prægning teknologi bruger en indvirkning header til at gravere prik mønstre på fleksible materialer i realtid. Denne teknologi har et styresystem til styring af on-off bevægelse og position af virkningen header til at skabe prik mønstre med forskellige bredder og dybder på forskellige polymer film.
Abstract
Her præsenterer vi vores undersøgelse af en indvirkning print-type hot prægning proces, som kan skabe prik mønstre med forskellige designs, bredder og dybder i realtid på polymer film. Derudover implementerede vi et kontrolsystem til on-off bevægelse og position af kollisionshovedet for at gravere forskellige prikmønstre. Vi udførte dot mønstre på forskellige polymer film, såsom polyester (PET) film, polymethyl methacrylat (PMMA) film, og polyvinylchlorid (PVC) film. Prikmønstrene blev målt ved hjælp af et konfokalt mikroskop, og vi bekræftede, at virkningen print-type hot prægning proces producerer færre fejl under prik mønsterprocessen. Som et resultat, virkningen print-type hot prægning proces viser sig at være egnet til gravering prik mønstre på forskellige typer af polymer film. Hertil kommer, i modsætning til den konventionelle hot prægning proces, er denne proces ikke bruger en prægning stempel. Derfor er processen enkel og kan skabe dot mønstre i realtid, der præsenterer unikke fordele for masseproduktion og små mængder batchproduktion.
Introduction
Forskere forsøger aktivt at miniaturisere eksisterende enheder og skærme og øge fleksibiliteten af disse enheder1,2. For at reducere bredden og dybden af elektriske kanaler til mikro- eller nanoskala er højpræcisionsteknologi nødvendig. Hertil kommer, at øge fleksibiliteten af disse anordninger, mønstrene af de elektriske kanaler skal være placeret på et fleksibelt materiale, såsom en polymer film3,4. For at opfylde disse betingelser er studiet af ultrafin mikrobehandlingsteknologi aktivt i gang.
Ultrafine mikrofabrikationsteknologi har en fordel i, at mulige mønstrematerialer omfatter ikke kun meget stive materialer som jern eller plast, men også bløde materialer såsom polymerfilm. På grund af disse fordele, er denne teknologi i vid udstrækning anvendes som en kerneproces på forskellige områder, såsom kommunikation, kemi, optik, rumfart, halvleder, og sensorer5,,6,7. I det ultrafine mikrobehandlingsfelt anvendes LIGA (litografi, galvanisering og støbning) eller mikrobearbejdningsmetoder8. Men disse konventionelle metoder er forbundet med flere problemer. LIGA metoder kræver en betydelig mængde tid og flere procestrin til at skabe ultrafine mønstre og pådrage sig en høj pris så godt, fordi de har brug for mange forskellige typer af udstyr under processerne. Desuden bruger LIGA-metoder kemikalier, der kan forurene miljøet.
For at løse dette problem, hot prægning proces teknologi er blevet fremhævet blandt ultrafine mikroproces teknologier. Hot prægning er en teknologi, der skaber et mønster på en opvarmet polymer film ved hjælp af en mikro- eller nanoskala prægning skimmel. Konventionel varm prægning teknologi er opdelt i pladetype og roll-to-roll type afhængigt af formen af formen. De to typer af varm prægning teknologi er forskellige med hensyn til formen af formen, men disse to processer er ens i, at prægning skimmel presser polymer film på en opvarmet plade til at gravere et mønster på polymer film. For at gravere mønsteret ved hjælp af den varme prægning proces, er det nødvendigt at opvarme polymer film over glasset overgangstemperatur og til at anvende en tilstrækkelig mængde tryk (~ 30-50 MPa)9. Hertil kommer, at bredden og dybden af mønsteret ændres afhængigt af temperaturen af den opvarmede plade, materialet, og formen af prægning skimmel. Desuden påvirker kølemetoden efter mønsterprocessen mønsteret mønsteret på polymerfilmen.
I den konventionelle varme prægning proces, prægning frimærker eller ruller kan præges med det ønskede mønster, og prægning skimmel kan bruges til at udskrive det samme mønster på polymer film overflader kontinuerligt. Denne funktion gør denne proces velegnet ikke kun tilmasseproduktion,men også til fremstilling af apparater med bløde materialer, såsom polymerfilm10,11,12,13,14. Men den konventionelle hot prægning metode kan kun skabe det indre mønster indgraveret i prægning skimmel. Derfor, når brugeren ønsker at lave et nyt mønster eller ændre mønsteret, skal de lave en ny form til at ændre prægning mønster. Af denne grund er konventionel hot prægning dyrt og tidskrævende, når du opretter nye mønstre eller erstatter eksisterende designs.
Tidligere arbejde indført impact-type hot prægning proces til fremstilling af prik mønstre med forskellige bredder og dybder i realtid15. I modsætning til den konventionelle hot prægning proces, virkningen print-type hot prægning metode bruger en indvirkning header til at skabe mønstre på polymer film. Denne teknologi flytter kollisionshovedet til den ønskede position med et præcisionspositioneringssystem. Der anvendes et kontrolsignal til udskriftsmønstre med den ønskede bredde og dybde og i vilkårlig position. Anslagsoverskriftens struktur består af en mover, en fjeder, en spolevikling og en kerne (se figur 1A)15. Tidligere arbejde bekræftet gennem en analyse og eksperiment, at en sådan indvirkning header kan producere den rette kraft til varm prægning16. Protokollen i dette papir dækker udformningen af hardware til impact-type hot prægning proces og kontrol miljø for proceskontrol. Derudover analyserer vi dot mønstre på PET film, PMMA film, og PVC-film, som alle behandles med den foreslåede protokol for at kontrollere, at virkningen print-type hot prægning proces kan skabe prik mønstre med forskellige bredder og dybder i realtid. Resultaterne af disse forsøg er præsenteret nedenfor i resultatsektionen, der bekræfter, at prægningsprocessen på passende vis kan producere ultrafine mønstre.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne undersøgelse implementerede vi virkningen print-type hot prægning proces og indgraveret prik mønstre med forskellige bredder og dybder på en række polymer film i realtid. Blandt protokoltrinnene bør to trin overvejes kritisk blandt alle trin. Den første er indstillingen af varmepladens temperatur (trin 3.3.3), og den anden er indstillingen af anslagshovedets startposition (trin 3.5.1). I trin 3.3.3, hvis temperaturen på varmepladen er for høj, bliver det vanskeligt at danne et mønster, fordi filmens vis…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskning understøttes af projektet “Udvikling af ondprint-type hot prægningsteknologi til et ledende lag ved hjælp af ledende nanokompositmaterialer” gennem Koreas ministerium for handel, industri og energi (MOTIE) (N046100024, 2016).
Materials
| 0.3mm High Quality Clear Rigid Packaging PVC Film Roll For Vacuum Forming | Sunyo | SY1023 | PVC film / Thickness : 300µm |
| Acryl(PMMA) film | SEJIN TS | C200 | PMMA film / Thickness : 175µm |
| Confocal Laser Scanning Microscope: 3D-Topography for Materials Analysis and Testing | Carl Zeiss | LSM 700 | 3D confocal microscope / Supporting Mode : 2D, 2.5D, 3D topography |
| DAQ board | NATIONAL INSTRUMENTS | USB-6211 | Control board for two stage and impact header / 16 inputs, 16-bit, 250kS/s, Multifunction I/O |
| DC Power Supply | SMART | RDP-305AU | 3 channel power supply / output voltage : 0~30V, Output current : 0~5A |
| L511 stage | PI | L511.20SD00 | Z-stage / Travel range : 52mm |
| Large Digital Hotplate | DAIHAN Scientific | HPLP-C-P | Heatplate / Max Temp : 350ºC |
| M531 stage | PI | M531.2S1 | X-stage / Travel range : 306mm |
| Mylar Polyester PET films | CSHyde | 48-2F-36 | PET film / Thickness : 50µm |
| OPA2541 | BURR-BROWN | OPA2541BM | OP-AMP / Output currents : 5A, output voltage : ±40V |
References
- Lee, S. Y., et al. 2018 Optical Fiber Communications Conference and Exposition (OFC). IEEE. , 1-3 (2019).
- Yang, D., Pan, L., Mu, T., Zhou, X., Zheng, F. The fabrication of electrochemical geophone based on FPCB process technology. Journal of Measurements in Engineering. 5 (4), 235-239 (2017).
- Fukuda, K., et al. Fully printed high-performance organic thin-film transistors and circuitry on one-micron-thick polymer films. Nature Communications. 5, 4147 (2014).
- Sekitani, T., Zschieschang, U., Klauk, H., Someya, T. Flexible organic transistors and circuits with extreme bending stability. Nature Materials. 9 (12), 1015 (2010).
- Zamkotsian, F., Dohlen, K., Burgarella, D., Ferrari, M., Buat, V. International Conference on Space Optics-ICSO 2000. International Society for Optics and Photonics. , 105692A (2019).
- Zhang, X., Li, Z., Zhang, G. High performance ultra-precision turning of large-aspect-ratio rectangular freeform optics. CIRP Annals. 67 (1), 543-546 (2018).
- Ziaie, B., Baldi, A., Lei, M., Gu, Y., Siegel, R. A. Hard and soft micromachining for BioMEMS: review of techniques and examples of applications in microfluidics and drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 56 (2), 145-172 (2004).
- Mishra, S., Yadava, V. Laser beam micromachining (LBMM)-a review. Optics and Lasers in Engineering. 73, 89-122 (2015).
- Yun, D., et al. Development of roll-to-roll hot embossing system with induction heater for micro fabrication. Review of Scientific Instruments. 83 (1), 015108 (2012).
- Keränen, K., et al. Roll-to-roll printed and assembled large area LED lighting element. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 81 (1-4), 529-536 (2015).
- Park, J., Lee, J., Park, S., Shin, K. H., Lee, D. Development of hybrid process for double-side flexible printed circuit boards using roll-to-roll gravure printing, via-hole printing, and electroless plating. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 82 (9-12), 1921-1931 (2016).
- Rank, A., Lang, V., Lasagni, A. F. High-Speed Roll-to-Roll Hot Embossing of Micrometer and Sub Micrometer Structures Using Seamless Direct Laser Interference Patterning Treated Sleeves. Advanced Engineering Materials. 19 (11), 1700201 (2017).
- Shan, X., Liu, T., Mohaime, M., Salam, B., Liu, Y. Large format cylindrical lens films formed by roll-to-roll ultraviolet embossing and applications as diffusion films. Journal of Micromechanics and Microengineering. 25 (3), 035029 (2015).
- Wang, X., Liedert, C., Liedert, R., Papautsky, I. A disposable, roll-to-roll hot-embossed inertial microfluidic device for size-based sorting of microbeads and cells. Lab on a Chip. 16 (10), 1821-1830 (2016).
- Yun, D., et al. Impact Print-Type Hot Embossing Process Technology. Advanced Engineering Materials. 20 (9), 1800386 (2018).
- Ahn, J., Yun, D. Analyzing Electromagnetic Actuator based on Force Analysis. 2019 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , (2019).
