Étude d’un processus de modèle de point sur les matériaux flexibles à l’aide de la technologie d’embossing chaud de type d’impression d’impact
Summary
La technologie de gaufrage chaud de type impression d’impact utilise un en-tête d’impact pour graver les modèles de points sur les matériaux flexibles en temps réel. Cette technologie dispose d’un système de contrôle pour contrôler le mouvement et la position de l’en-tête d’impact pour créer des motifs de points avec différentes largeurs et profondeurs sur différents films de polymère.
Abstract
Nous présentons ici notre étude sur un processus de gaufrage chaud de type impression d’impact qui peut créer des motifs de points avec diverses conceptions, largeurs et profondeurs en temps réel sur le film en polymère. En outre, nous avons mis en place un système de contrôle pour le mouvement et la position de l’en-tête d’impact pour graver différents modèles de points. Nous avons exécuté le modèle de point sur divers films de polymère, tels que le film de polyester (PET), le film de méthacrylate de polyméthyl (PMMA), et le chlorure de polyvinyl (PVC). Les modèles de points ont été mesurés à l’aide d’un microscope confocal, et nous avons confirmé que le processus de gaufrage chaud de type impression d’impact produit moins d’erreurs pendant le processus de modèle de point. Par conséquent, le processus de gaufrage à chaud de type impression d’impact est adapté aux modèles de points de gravure sur différents types de films en polymère. En outre, contrairement au processus de gaufrage chaud conventionnel, ce processus n’utilise pas un timbre de gaufrage. Par conséquent, le processus est simple et peut créer des modèles de points en temps réel, présentant des avantages uniques pour la production de masse et la production de lots de petite quantité.
Introduction
Les chercheurs tentent activement de miniaturiser les appareils et les écrans existants et d’accroître la flexibilité de ces dispositifs1,2. Pour réduire la largeur et la profondeur des canaux électriques à l’échelle micro ou nanométrique, une technologie de haute précision est nécessaire. En outre, pour augmenter la flexibilité de ces dispositifs, les modèles des canaux électriques doivent être situés sur un matériau flexible, comme un film en polymère3,4. Pour répondre à ces conditions, l’étude de la technologie de microprocessage ultrafine est activement en cours.
La technologie de microfabrication ultrafine a un avantage en ce que les matériaux de modelage possibles incluent non seulement des matériaux très rigides tels que le fer ou le plastique, mais aussi des matériaux mous tels que les films en polymère. En raison de ces avantages, cette technologie est largement utilisée comme un processus de base dans divers domaines, tels que les communications, la chimie, l’optique, l’aérospatiale, les semi-conducteurs, et les capteurs5,6,7. Dans le domaine du microprocesseur ultrafin, les méthodes de microprocesseur LIGA (lithographie, électroplaque et moulure) ou micromachining sont utilisées8. Cependant, ces méthodes conventionnelles sont associées à plusieurs problèmes. Les méthodes LIGA nécessitent beaucoup de temps et plusieurs étapes de processus pour créer des modèles ultrafins et engager un coût élevé ainsi parce qu’ils ont besoin de nombreux types différents d’équipement au cours des processus. En outre, les méthodes LIGA utilisent des produits chimiques qui peuvent polluer l’environnement.
Pour résoudre ce problème, la technologie des processus de gaufrage à chaud a été mise en lumière parmi les technologies de microprocesseur ultrafines. Le gaufrage chaud est une technologie qui crée un modèle sur un film en polymère chauffé à l’aide d’un moule à gaufrage à l’échelle micro ou nanométrique. La technologie conventionnelle de gaufrage chaud est divisée en type de plaque et en type de rouleau à rouleau selon la forme du moule. Les deux types de technologie de gaufrage chaud sont différents en termes de forme du moule, mais ces deux processus sont similaires en ce que le moule de gaufrage presse le film de polymère sur une plaque chauffée pour graver un modèle sur le film en polymère. Pour graver le modèle à l’aide du processus de gaufrage chaud, il est nécessaire de chauffer le film en polymère au-dessus de la température de transition du verre et d’appliquer une quantité suffisante de pression (30 à 50 MPa)9. En outre, la largeur et la profondeur du modèle changent en fonction de la température de la plaque chauffée, du matériau et de la forme du moule de gaufrage. En outre, la méthode de refroidissement après le processus de modelage affecte la forme du modèle sur le film en polymère.
Dans le processus de gaufrage chaud conventionnel, les timbres de gaufrage ou les rouleaux peuvent être en relief avec le modèle désiré, et le moule de gaufrage peut être employé pour imprimer le même modèle sur les surfaces de film de polymère en continu. Cette fonctionnalité rend ce processus adapté non seulement pour la production de masse, mais aussi pour la fabrication d’appareils avec des matériaux mous, tels que les films en polymère10,11,12,13,14. Cependant, la méthode conventionnelle de gaufrage chaud ne peut créer que le modèle unique gravé dans le moule de gaufrage. Par conséquent, lorsque l’utilisateur veut faire un nouveau motif ou modifier le modèle, ils doivent faire un nouveau moule pour modifier le modèle d’impression. Pour cette raison, le gaufrage chaud conventionnel est coûteux et long lors de la création de nouveaux modèles ou le remplacement des conceptions existantes.
Des travaux antérieurs ont introduit le processus de gaufrage à chaud de type impact pour produire des motifs de points avec différentes largeurs et profondeurs en temps réel15. Contrairement au processus de gaufrage chaud conventionnel, la méthode de gaufrage chaud de type impression d’impact utilise un en-tête d’impact pour créer des motifs sur le film en polymère. Cette technologie déplace l’en-tête d’impact à la position désirée avec un système de positionnement de précision. Un signal de commande est appliqué aux modèles d’impression à une largeur et à une profondeur désirées et à une position arbitraire. La structure de l’en-tête d’impact se compose d’un déménageur, d’un ressort, d’une bobine sinueuse et d’un noyau (voir la figure 1A)15. Des travaux antérieurs ont confirmé par une analyse et une expérience qu’un tel en-tête d’impact peut produire la force appropriée pour le gaufrage chaud16. Le protocole de ce document couvre la conception du matériel pour le processus de gaufrage à chaud de type impact et l’environnement de contrôle pour le contrôle des processus. En outre, nous analysons les modèles de points sur le film PET, le film PMMA, et le film en PVC, qui sont tous traités avec le protocole proposé pour vérifier que le processus de gaufrage chaud de type impression d’impact peut créer des modèles de points avec différentes largeurs et profondeurs en temps réel. Les résultats de ces expériences sont présentés ci-dessous dans la section des résultats, confirmant que le processus de gaufrage peut produire convenablement des modèles ultrafins.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans cette étude, nous avons mis en œuvre le processus de gaufrage chaud de type impression d’impact et des motifs de points gravés avec différentes largeurs et profondeurs sur une gamme de films en polymère en temps réel. Parmi les étapes du protocole, deux étapes devraient être prises en considération de manière critique entre toutes les étapes. Le premier est le réglage de la température de la plaque thermique (étape 3.3.3), et le second est le réglage de la position initiale de l’en-tête d’impa…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche est soutenue par le projet intitulé « Développement de la technologie de gaufrage à chaud de type impression d’impact pour une couche conductrice utilisant des matériaux nano-composites conducteurs » par l’intermédiaire du Ministère coréen du commerce, de l’industrie et de l’énergie (MOTIE) de Corée (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 |
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