Studio di un processo di modellazione di punti su materiali flessibili utilizzando la tecnologia di embossing a caldo di tipo di stampa di impatto
Summary
La tecnologia di rilievo a caldo tipo di stampa Impact utilizza un’intestazione d’impatto per racchiudere i modelli di punti su materiali flessibili in tempo reale. Questa tecnologia ha un sistema di controllo per controllare il movimento on-off e la posizione dell’intestazione d’impatto per creare modelli di punti con varie larghezze e profondità su diverse pellicole polimeriche.
Abstract
Qui presentiamo il nostro studio su un processo di rilievo a caldo tipo di stampa di impatto che può creare modelli di punti con vari disegni, larghezze e profondità in tempo reale su pellicola polimerica. Inoltre, abbiamo implementato un sistema di controllo per il movimento on-off e la posizione dell’intestazione di impatto per incidere diversi modelli di punti. Abbiamo eseguito patterning a punti su varie pellicole polimeriche, come pellicole in poliestere (PET), pellicola methacriliato polimeticolo (PMMA) e pellicola di cloruro polivinile (PVC). I modelli di punti sono stati misurati utilizzando un microscopio confocale e abbiamo confermato che il processo di sbalzo a caldo di tipo di stampa produce meno errori durante il processo di modellazione del punto. Di conseguenza, il processo di rilievo a caldo tipo di stampa di impatto è ritenuto adatto per l’incisione di modelli di punti su diversi tipi di pellicole polimeriche. Inoltre, a differenza del processo convenzionale di goffratura a caldo, questo processo non utilizza un timbro goffratura. Pertanto, il processo è semplice e può creare modelli di punti in tempo reale, presentando vantaggi unici per la produzione di massa e la produzione di lotti di piccole quantità.
Introduction
I ricercatori stanno attivamente tentando di miniaturizzare i dispositivi e i display esistenti e aumentano la flessibilità di questi dispositivi1,2. Per ridurre la larghezza e la profondità dei canali elettrici alla micro o nanoscala, è necessaria una tecnologia ad alta precisione. Inoltre, per aumentare la flessibilità di questi dispositivi, i modelli dei canali elettrici devono essere posizionati su un materiale flessibile, come una pellicola polimerica3,4. Per soddisfare queste condizioni, è attivamente in corso lo studio della tecnologia di microprocessing ultrafine.
La tecnologia di microfabbricazione ultrafine ha un vantaggio in quanto i possibili materiali di modellazione includono non solo materiali altamente rigidi come ferro o plastica, ma anche materiali morbidi come le pellicole polimeriche. A causa di questi vantaggi, questa tecnologia è ampiamente utilizzata come processo di base in vari campi, come le comunicazioni, la chimica, l’ottica, l’aerospaziale, il semiconduttore e i sensori5,6,7. Nel campo della microlavorazione ultrafine, vengono utilizzati i metodi LIGA (litografia, elettroplastica e stampaggio) o di microlavorazione8. Tuttavia, questi metodi convenzionali sono associati a diversi problemi. I metodi LIGA richiedono una notevole quantità di tempo e diversi passaggi di processo per creare modelli ultrafini e incorrere in un costo elevato anche perché hanno bisogno di molti tipi diversi di apparecchiature durante i processi. Inoltre, i metodi LIGA utilizzano sostanze chimiche che possono inquinare l’ambiente.
Per risolvere questo problema, la tecnologia di processo di rilievo a caldo è stata messa in evidenza tra le tecnologie di microprocesso ultrafine. L’embossing a caldo è una tecnologia che crea un modello su una pellicola polimerica riscaldata utilizzando uno stampo in rilievo a micro o nanoscala. La tecnologia di goffratura a caldo convenzionale è suddivisa nel tipo di piastra e nel tipo roll-to-roll a seconda della forma dello stampo. I due tipi di tecnologia di goffratura a caldo sono diversi in termini di forma dello stampo, ma questi due processi sono simili in quanto lo stampo in rilievo preme la pellicola polimerica su una piastra riscaldata per incidere un modello sulla pellicola polimerica. Per incidere il modello utilizzando il processo di goffratura a caldo, è necessario riscaldare la pellicola polimerica sopra la temperatura di transizione del vetro e applicare una quantità adeguata di pressione (30-50 MPa)9. Inoltre, la larghezza e la profondità del modello cambiano a seconda della temperatura della piastra riscaldata, del materiale e della forma dello stampo in rilievo. Inoltre, il metodo di raffreddamento dopo il processo di modellazione influisce sulla forma del modello sulla pellicola polimerica.
Nel processo di goffratura a caldo convenzionale, i francobolli o i rulli di goffratura possono essere sbalzati con il modello desiderato e lo stampo in rilievo può essere utilizzato per stampare lo stesso modello su superfici di pellicola polimerica in modo continuo. Questa caratteristica rende questo processo adatto non solo per la produzione di massa, ma anche per la fabbricazione di dispositivi con materiali morbidi, come pellicole polimeriche10,11,12,13,14. Tuttavia, il metodo convenzionale di goffratura a caldo può creare solo il singolo modello inciso nello stampo in rilievo. Pertanto, quando l’utente desidera creare un nuovo modello o modificare il modello, deve creare un nuovo stampo per modificare il modello di imprinting. Per questo motivo, l’embossing a caldo convenzionale è costoso e richiede molto tempo quando si creano nuovi modelli o si sostituiscono i progetti esistenti.
I lavori precedenti hanno introdotto il processo di goffratura a caldo di tipo impatto per la produzione di modelli di punti con varie larghezze e profondità in tempo reale15. A differenza del processo di goffratura a caldo convenzionale, il metodo di goffratura a caldo di tipo di stampa utilizza un’intestazione di impatto per creare modelli sulla pellicola polimerica. Questa tecnologia sposta l’intestazione di impatto nella posizione desiderata con un sistema di posizionamento di precisione. Un segnale di controllo viene applicato ai pattern di stampa a una larghezza e profondità desiderate e a una posizione arbitraria. La struttura dell’intestazione d’impatto è costituita da un motore, una molla, un avvolgimento della bobina e un nucleo (vedere Figura 1A)15. Il lavoro precedente ha confermato attraverso un’analisi e l’esperimento che tale intestazione di impatto può produrre la forza appropriata per il rilievo a caldo16. Il protocollo di questo documento riguarda la progettazione dell’hardware per il processo di sbalzo a caldo di tipo impatto e l’ambiente di controllo per il controllo del processo. Inoltre, analizziamo i modelli di punti su pellicola PET, pellicola PMMA e pellicola in PVC, tutti elaborati con il protocollo proposto per verificare che il processo di sbalzo a caldo di tipo di stampa possa creare modelli di punti con varie larghezze e profondità in tempo reale. I risultati di questi esperimenti sono presentati di seguito nella sezione dei risultati, confermando che il processo di goffratura può produrre opportunamente modelli ultrafini.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo studio, abbiamo implementato il processo di rilievo a caldo tipo di stampa e i modelli di punti incisi con varie larghezze e profondità su una gamma di pellicole polimeriche in tempo reale. Tra i passaggi del protocollo, due passaggi devono essere considerati criticamente tra tutti i passaggi. Il primo è l’impostazione della temperatura della piastra di calore (passaggio 3.3.3), e il secondo è l’impostazione della posizione iniziale dell’intestazione d’impatto (passaggio 3.5.1). Nel passaggio 3.3.3, se la te…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è supportata dal progetto intitolato “Sviluppo della tecnologia di sbalzo a caldo tipo di stampa di impatto per uno strato conduttivo che utilizza materiali nanocompositi conduttivi” attraverso il Ministero del Commercio, dell’Industria e dell’Energia (MOTIE) della Corea (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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