Studie av en punkt-mönsterprocess på flexibla material med impact print-type hot prägling teknik
Summary
Hot reliefteknik av tryckutskriftstyp använder en slaghuvud för att gravera punktmönster på flexibla material i realtid. Denna teknik har ett styrsystem för att kontrollera on-off rörelse och position i inverkan huvudet för att skapa punkt mönster med olika bredder och djup på olika polymerfilmer.
Abstract
Här presenterar vi vår studie om en effekt print-typ varm prägling process som kan skapa punkt mönster med olika mönster, bredder och djup i realtid på polymerfilm. Dessutom implementerade vi ett styrsystem för on-off rörelse och position av påverkan huvudet att gravera olika punkt mönster. Vi utförde punkt mönster på olika polymerfilmer, såsom polyester (PET) film, polymetyl metakrylat (PMMA) film, och polyvinylklorid (PVC) film. Punktmönstren mättes med hjälp av ett konfokalmikroskop, och vi bekräftade att den heta präglingsprocessen av typen impact-typ ger färre fel under punktmönsterprocessen. Som ett resultat av detta visar det sig att den heta präglingsprocessen av trycktyp är lämplig för gravyrpunktsmönster på olika typer av polymerfilmer. Dessutom, till skillnad från den konventionella heta präglingsprocessen, använder denna process inte en präglingsstämpel. Därför är processen enkel och kan skapa punktmönster i realtid, vilket ger unika fördelar för massproduktion och produktion av små k kvantiteter.
Introduction
Forskare försöker aktivt miniatyrisera befintliga enheter och bildskärmar och öka flexibiliteten hos dessa enheter1,2. För att minska bredden och djupet på elektriska kanaler till mikro- eller nanoskalan är högprecisionsteknologi nödvändig. Dessutom, för att öka flexibiliteten hos dessa enheter, måste mönstren i de elektriska kanalerna placeras på ett flexibelt material, såsom en polymerfilm3,4. För att uppfylla dessa villkor pågår studien av ultrafin mikrobearbetningsteknik aktivt.
Ultrafin mikrotillverkningsteknik har en fördel i att möjliga mönstermaterial inkluderar inte bara mycket styva material som järn eller plast utan även mjuka material som polymerfilmer. På grund av dessa fördelar används denna teknik ofta som en kärnprocess inom olika områden, såsom kommunikation, kemi, optik, flyg, halvledare och sensorer5,,6,7. I det ultrafina mikrobearbetningsfältet används8. Dessa konventionella metoder är dock förknippade med flera problem. LIGA-metoder kräver en avsevärd tid och flera processsteg för att skapa ultrafina mönster och ådra sig en hög kostnad också eftersom de behöver många olika typer av utrustning under processerna. Dessutom använder LIGA-metoderna kemikalier som kan förorena miljön.
För att lösa detta problem har varm präglingsprocessteknik lyfts fram bland ultrafin mikroprocessteknik. Hot prägling är en teknik som skapar ett mönster på en uppvärmd polymerfilm med hjälp av en mikro- eller nanoskala prägling mögel. Konventionell varm prägling teknik är uppdelad i plattan typ och roll-to-roll typ beroende på formen på formen på formen. De två typerna av varm prägling teknik är olika när det gäller formen på formen, men dessa två processer är liknande i att prägling mögel pressar polymerfilmen på en uppvärmd platta för att gravera ett mönster på polymerfilmen. För att gravera mönstret med hjälp av den heta präglingsprocessen är det nödvändigt att värma polymerfilmen ovanför glasövergångstemperaturen och att applicera en tillräcklig mängd tryck (~30–50 MPa)9. Dessutom ändras mönstrets bredd och djup beroende på temperaturen på den uppvärmda plattan, materialet och formen på präglingsformen. Dessutom påverkar kylningsmetoden efter mönstringsprocessen formen på mönstret på polymerfilmen.
I den konventionella heta präglingsprocessen kan präglingsstämplar eller rullar präglas med önskat mönster, och präglingsformen kan användas för att skriva ut samma mönster på polymerfilmytor kontinuerligt. Denna funktion gör denna process lämplig inte bara för massproduktion utan också för tillverkning av enheter med mjuka material, såsom polymerfilmer10,11,12,13,14. Den konventionella heta präglingsmetoden kan dock bara skapa det enda mönstret ingraverat i präglingsformen. Därför, när användaren vill göra ett nytt mönster eller ändra mönstret, måste de göra en ny form för att ändra tryckmönster. Av denna anledning är konventionell varm prägling kostsam och tidskrävande när man skapar nya mönster eller ersätter befintliga konstruktioner.
Tidigare arbete infördes impact-typ varm prägling process för att producera punktmönster med olika bredder och djup i realtid15. Till skillnad från den konventionella heta präglingsprocessen använder metoden för tryckning av trycktyp en slaghuvud för att skapa mönster på polymerfilmen. Den här tekniken flyttar slaghuvudet till önskad position med ett precisionspositioneringssystem. En styrsignal används för att skriva ut mönster med önskad bredd och djup och på en godtycklig position. Islagshuvudets struktur består av en mover, en fjäder, en spolelindning och en kärna (se figur 1A)15. Tidigare arbete bekräftade genom en analys och experiment att en sådan effekt header kan producera rätt kraft för varm prägling16. Protokollet i det här dokumentet täcker utformningen av maskinvaran för slagtypen hot embossing process och kontrollmiljön för processkontroll. Dessutom analyserar vi punktmönstren på PET-film, PMMA-film och PVC-film, som alla bearbetas med det föreslagna protokollet för att kontrollera att effekten utskrift-typ varm prägling process kan skapa punkt mönster med olika bredder och djup i realtid. Resultaten av dessa experiment presenteras nedan i resultatavsnittet, vilket bekräftar att präglingsprocessen kan producera ultrafina mönster på lämpligt sätt.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denna studie implementerade vi påverkansuttryckstypen varm präglingsprocess och graverade punktmönster med olika bredder och djup på en rad polymerfilmer i realtid. Bland protokollstegen bör två steg kritiskt övervägas bland alla steg. Den första är inställningen av temperaturen på värmeplattan (steg 3.3.3), och den andra är inställningen av den ursprungliga positionen för slaghuvudet (steg 3.5.1). I steg 3.3.3, om temperaturen på värmeplattan är för hög, blir det svårt att bilda ett mönster efte…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning stöds av projektet “Utveckling av tryck-typ varm prägling teknik för ett ledande skikt med ledande nano-kompositmaterial” genom ministeriet för handel, industri och energi (MOTIE) i Korea (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 |
Referências
- 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).
