دراسة عملية نقش نقطة على المواد المرنة باستخدام تأثير طباعة نوع تكنولوجيا النقش الساخن
Summary
تستخدم تقنية النقش الساخن من نوع التأثير رأس تأثير لنقش أنماط النقاط على مواد مرنة في الوقت الفعلي. هذه التكنولوجيا لديها نظام التحكم للسيطرة على الحركة على الخروج وموقف رأس تأثير لخلق أنماط نقطة مع عرض وأعماق مختلفة على أفلام البوليمر المختلفة.
Abstract
هنا نقدم دراستنا على تأثير نوع عملية النقش الساخنة التي يمكن أن تخلق أنماط نقطة مع مختلف التصاميم، وعرض، والأعماق في الوقت الحقيقي على فيلم البوليمر. بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بتنفيذ نظام تحكم للحركة وموضع رأس التأثير لنقش أنماط نقطة مختلفة. قمنا بأداء النقوش النقطية على أفلام البوليمر المختلفة ، مثل فيلم البوليستر (PET) ، وفيلم ميثاكريلات متعدد الميثيل (PMMA) ، وكلوريد البولي فينيل (PVC). تم قياس أنماط النقاط باستخدام مجهر بؤري، وأكدنا أن عملية النقش الساخن من نوع الطباعة على التأثير تنتج أخطاء أقل أثناء عملية نقش النقاط. ونتيجة لذلك ، تم العثور على تأثير نوع عملية النقش الساخن لتكون مناسبة لنقش أنماط نقطة على أنواع مختلفة من أفلام البوليمر. بالإضافة إلى ذلك ، على عكس عملية النقش الساخنة التقليدية ، لا تستخدم هذه العملية ختم النقش. لذلك ، فإن العملية بسيطة ويمكن أن تخلق أنماط ًا نقطة في الوقت الفعلي ، مما يقدم مزايا فريدة للإنتاج الضخم وإنتاج دفعات صغيرة الكمية.
Introduction
يحاول الباحثون بنشاط تصغير الأجهزة الحالية ويعرض وزيادة مرونة هذه الأجهزة1،2. للحد من عرض وعمق القنوات الكهربائية إلى مقياس الصغرى أو نانو، التكنولوجيا عالية الدقة ضروري. بالإضافة إلى ذلك ، لزيادة مرونة هذه الأجهزة ، يجب أن تكون أنماط القنوات الكهربائية موجودة على مادة مرنة ، مثل فيلم البوليمر3،4. وللوفاء بهذه الشروط، تجري بنشاط دراسة تكنولوجيا المعالجة الدقيقة الفائقة.
تكنولوجيا التصنيع المجهري Ultrafine لديها ميزة في أن مواد الأنماط المحتملة لا تشمل فقط المواد جامدة للغاية مثل الحديد أو البلاستيك ولكن أيضا المواد اللينة مثل أفلام البوليمر. نظرًا لهذه المزايا ، تستخدم هذه التكنولوجيا على نطاق واسع كعملية أساسية في مختلف المجالات ، مثل الاتصالات والكيمياء والبصريات والفضاء وأشباه الموصلات وأجهزة الاستشعار5،6،7. في مجال المعالجة الدقيقة الفائقة ، يتم استخدام LIGA (الطباعة الحجرية ، والطلاء الكهربائي ، وصب) أو أساليب micromachining8. ومع ذلك، ترتبط هذه الأساليب التقليدية مع العديد من المشاكل. تتطلب أساليب LIGA قدرًا كبيرًا من الوقت وعدة خطوات عملية لإنشاء أنماط فائقة الدقة وتحمل تكلفة عالية أيضًا لأنها تحتاج إلى العديد من أنواع المعدات المختلفة أثناء العمليات. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم أساليب LIGA المواد الكيميائية التي يمكن أن تلوث البيئة.
ولمعالجة هذه المسألة، تم تسليط الضوء على تكنولوجيا عملية النقش الساخنة بين تقنيات المعالجة الدقيقة الفائقة. النقش الساخن هو التكنولوجيا التي تخلق نمطا على فيلم البوليمر ساخنة باستخدام قالب النقش micro-scale أو nanoscale. وتنقسم التكنولوجيا التقليدية النقش الساخن إلى نوع لوحة ولفة إلى لفة من نوع اعتمادا على شكل القالب. يختلف نوعان من تكنولوجيا النقش الساخنة من حيث شكل القالب ، ولكن هاتين العمليتين متشابهتان من حيث أن العفن النقش يضغط على فيلم البوليمر على لوحة ساخنة لنقش نمط على فيلم البوليمر. لنقش نمط باستخدام عملية النقش الساخنة، فمن الضروري لتسخين فيلم البوليمر فوق درجة حرارة انتقال الزجاج وتطبيق كمية كافية من الضغط (~ 30-50 MPa)9. بالإضافة إلى ذلك ، يتغير عرض وعمق النمط اعتمادًا على درجة حرارة اللوحة الساخنة ، والمواد ، وشكل العفن النقش. وعلاوة على ذلك، فإن طريقة التبريد بعد عملية النقش تؤثر على شكل النمط على فيلم البوليمر.
في عملية النقش الساخنة التقليدية ، يمكن نقش الطوابع أو بكرات مع النمط المطلوب ، ويمكن استخدام القالب النقش لطباعة نفس النمط على أسطح أفلام البوليمر بشكل مستمر. هذه الميزة تجعل هذه العملية مناسبة ليس فقط للإنتاج الضخم ولكن أيضا لتصنيع الأجهزة مع المواد الناعمة، مثل أفلام البوليمر10،,11،,12،,13،,14. ومع ذلك ، فإن طريقة النقش الساخنة التقليدية يمكن أن تخلق فقط نمط واحد محفورفي القالب النقش. لذلك ، عندما يريد المستخدم إنشاء نمط جديد أو تعديل النمط ، يجب عليهم إنشاء قالب جديد لتعديل نمط الطباعة. لهذا السبب، النقش الساخن التقليدي مكلفة وتستغرق وقتا طويلا عند إنشاء أنماط جديدة أو استبدال التصاميم القائمة.
قدم العمل في وقت سابق عملية النقش الساخن من نوع التأثير لإنتاج أنماط نقطة مع مختلف العروض والأعماق في الوقت الحقيقي15. على عكس عملية النقش الساخنة التقليدية ، يستخدم أسلوب النقش الساخن من نوع التأثير طريقة النقش الساخن ة رأس تأثير لإنشاء أنماط على فيلم البوليمر. تنقل هذه التقنية رأس التأثير إلى الموضع المطلوب مع نظام تحديد المواقع الدقيق. يتم تطبيق إشارة تحكم على أنماط الطباعة بعرض وعمق مطلوبين وفي موضع اعتباطي. يتكون هيكل رأس التأثير من مصدر، وربيع، ولف لفائف، ونواة (انظر الشكل 1A)15. وأكد العمل في وقت سابق من خلال تحليل وتجربة أن مثل هذا الرأس تأثير يمكن أن تنتج القوة المناسبة لالنقش الساخن16. يغطي بروتوكول هذه الورقة تصميم الأجهزة لعملية النقش الساخن من نوع التأثير وبيئة التحكم للتحكم في العملية. بالإضافة إلى ذلك ، نقوم بتحليل أنماط النقاط على فيلم PET ، وفيلم PMMA ، والفيلم PVC ، وكلها تتم معالجتها بالبروتوكول المقترح للتحقق من أن عملية النقش الساخن من نوع الطباعة يمكن أن تخلق أنماطًا من النقاط مع عرض وأعماق مختلفة في الوقت الفعلي. وترد نتائج هذه التجارب أدناه في قسم النتائج، مما يؤكد أن عملية النقش يمكن أن تنتج أنماطا فائقة الدقة بشكل مناسب.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذه الدراسة، قمنا بتنفيذ عملية النقش الساخن من نوع الطباعة والأثر وأنماط نقطة محفورة مع عرض وأعماق مختلفة على مجموعة من أفلام البوليمر في الوقت الحقيقي. ومن بين خطوات البروتوكول، ينبغي النظر في خطوتين بشكل نقدي من بين جميع الخطوات. الأول هو تحديد درجة حرارة لوحة الحرارة (الخطوة 3.3.3)، وا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويدعم هذا البحث من خلال المشروع المعنون “تطوير تأثير نوع الطباعة تكنولوجيا النقش الساخن طبقة موصلة باستخدام المواد المركبة نانو موصل” من خلال وزارة التجارة والصناعة والطاقة (MOTIE) الكورية (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).
