عالي الاستبانة الزخرفة باستخدام وسائط اثنين من جت اليكتروهيدروديناميك: انخفاض في الطلب والقريبة من حقل اليكتروسبينينج

الطباعة النفاثة الكهروهيدروديناميكية هي طريقة زخرفة مباشرة غير متصلة يمكن استخدامها في مختلف المجالات ، مثل الإلكترونيات المطبوعة والمواد المتقدمة والتكنولوجيا الحيوية وما إلى ذلك. تستخدم طريقة الطباعة النفاثة الكهروهيدروديناميكية مجالا كهربائيا عاليا لسحب الحبر المشحون إلى الركيزة. لهذا الغرض ، يتم استخدام نظام سائل لدفع الحبر إلى الفوهة ، ويتم استخدام مصدر طاقة عالي الجهد لإنتاج المجال الكهربائي.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن استخدامها لطباعة نقاط أو أنماط صغيرة جدا ، مقارنة بطريقة الطباعة النافثة للحبر التقليدية. بناء على التكوينات الكهربائية والموائع ، يمكن تنفيذ ثلاثة أوضاع مختلفة للطباعة عند الطلب ، والغزل الكهربائي ، والرش الكهربائي. بالنسبة للزخرفة الدقيقة ، سنركز على DOD والكهرباء قريبة المدى.

تستخدم وزارة الدفاع كلا من جهد التيار المستمر وجهد النبض للنفث ، بينما يستخدم الغزل الكهربائي قريب المدى جهد التيار المستمر فقط للنفث. عرف الأفراد أن هذه الطريقة ستواجه صعوبة في تحقيق النفث المناسب لأنها تتطلب أشياء محددة وطرق مختلفة لقلم الطباعة ، مثل الجهد والفوهة وسرعة الطباعة ومسافة الوقوف. سيظهر الطالب الشجاع السيد أوه كلا من الغزل الكهربائي عند الطلب والمجال القريب باستخدام حبر الجسيمات النانوية الفضية ، من أجل مساعدة الأفراد على فهم معالجات الطباعة.

للطباعة عند الطلب ، املأ أولا خزان الحبر الخاص بالطابعة النفاثة الكهروديناميكية بحبر الجسيمات النانوية الفضية المفلترة. بعد ذلك، قم بإعداد الفوهة من ماصة زجاجية، كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب. قم بتجميع حامل الفوهة عن طريق توصيل الفوهة بخزان الحبر عبر أنابيب التفلون.

بعد ذلك ، قم بتشغيل وحدة التحكم في ضغط الهواء ، وقم بتطبيق ضغط هواء من 15 إلى 20 كيلو باسكال على خزان الحبر. راقب تدفق الحبر عبر الفوهة الزجاجية والأنابيب للتأكد من عدم احتجاز الهواء عند تزويد الحبر. استمر في الضغط على الهواء على الخزان حتى يظهر الحبر عند طرف الفوهة.

لا تقم بتقليل الضغط قبل ظهور الحبر عند طرف الفوهة لأن ذلك قد يتسبب في انحباس فقاعة الهواء عند الحافة. بمجرد ظهور الحبر عند طرف الفوهة ، قلل الضغط إلى حوالي 12 كيلو باسكال. سيحافظ ذلك على الغضروف المفصلي المبثوق دون تساقط أي حبر من طرف الفوهة.

ثم قم بإصلاح رأس الفوهة المجمعة في نظام الطباعة. باستخدام كاميرا الرؤية الجانبية لتصور الفجوة بين طرف الفوهة والركيزة ، حرك المحور Z للمسرح لضبط الفجوة إلى حوالي 100 ميكرومتر. تؤدي الفجوة الأصغر إلى مجال كهربائي أعلى ، مما قد يسهل الطباعة بجهد منخفض ونبض للنفث.

ومع ذلك ، يمكن أن تؤدي الفجوة المنخفضة أيضا إلى انخفاض أكبر إذا لم يتم ضبط الجهد بشكل صحيح. في هذه المرحلة ، راقب الحبر الموجود في الفوهة أثناء البدء في تطبيق جهد التيار المستمر والنبض. قم بزيادة جهد التيار المستمر تدريجيا بزيادات أقل من 100 فولت في المرة الواحدة.

بمجرد أن يبدأ الحبر في التنقيط من الفوهة ، قلل جهد التيار المستمر قليلا حتى يتوقف الحبر عن التنقيط من الفوهة. بعد ذلك ، قم بتعيين جهد نبض سالب مع وقت الارتفاع يساوي صفر إلى 100 ميكروثانية ، ووقت السكون يساوي 300 ميكروثانية ، ووقت السقوط يساوي صفر ميكروثانية. ثم قم بتطبيق جهد النبض السالب على حامل الركيزة.

الآن ، اضبط حجم جهد النبضة لإنتاج قطرة واحدة لكل نبضة واحدة. بعد ذلك ، اضبط خلفية التيار المستمر والفولتية النبضية للحصول على حجم القطرة المستهدفة على الركيزة ، مع مراقبة النقاط النفاثة على الركيزة في صورة كاميرا الرؤية الجانبية. أولا ، قم بتحميل صورة نقطية في علامة تبويب الطباعة في برنامج الطباعة ، وقم بتحويلها إلى صورة ثنائية.

ثم قم بتعيين المعلمات لطباعة الصورة الثنائية. على سبيل المثال ، اضبط المسافة بين قطرتين ، أو فاصل السقوط ، لتكون عشرة ميكرومترات. بمجرد الإعداد ، ابدأ الطباعة باستخدام الصورة النقطية المحددة على الموقع المستهدف للركيزة.

للتحضير للطباعة المتجهة، قم بتحميل معلومات CAD الخاصة بالنمط في برنامج الطباعة. بعد ذلك، قم بتعيين معلمات الطباعة، مثل سرعة الطباعة وتباعد النقاط. مع تعيين المعلمات الآن ، ابدأ الطباعة.

لإجراء الغزل الكهربائي قريب المدى ، قم أولا بإعداد حبر معجون النانو الفضي المصمم خصيصا. لتحقيق ذلك ، اخلطي ثلاثة أجزاء من الإيثانول وجزء واحد من الماء منزوع الأيونات لصنع 12 مل من المذيب. بعد ذلك ، اخلطي 0.3 جرام من أكسيد البولي إيثيلين و 9.7 جرام من المذيب المحضر لعمل محلول بوليمر بنسبة 3٪ حسب الوزن.

باستخدام أداة تقليب مغناطيسية ، امزج المحلول جيدا لأكثر من ست ساعات عن طريق التقليب في درجة حرارة الغرفة. مع تحضير المذيب الآن ، امزج خمسة أجزاء من حبر النانو الفضي مع جزء واحد من محلول البوليمر المحضر. امزج الاثنين باستخدام خلاط دوامة ، واخلطه لمدة عشر دقائق لتعليق الحبر بشكل صحيح.

بعد ذلك ، املأ الحبر المحضر في حقنة ، وقم بتوصيل المحقنة بفوهة عبر أنبوب توصيل التفلون. قم بتزويد الفوهة بالحبر عن طريق دفع المحقنة يدويا. عندما يصل الحبر إلى الفوهة ، قم بتثبيت المحقنة في مضخة الحقنة المرفقة بنظام الطباعة.

قم بتشغيل مضخة الحقنة لتوليد تدفق حبر بمعدل تدفق أولي يبلغ 50 ميكرولتر في الدقيقة. عندما يتدفق الحبر من طرف الفوهة ، اخفض معدل التدفق إلى ميكرولتر واحد في الدقيقة. بعد ذلك ، قم بتطبيق مصدر جهد التيار المستمر على موصل الفوهة أثناء توصيل الجهد الأرضي بحامل الركيزة.

قم بزيادة جهد التيار المستمر تدريجيا إلى 1.5 كيلو فولت. يمكن زيادة جهد التيار المستمر حتى كيلو فولت. ومع ذلك ، يجب تجنب جهد التيار المستمر أعلى من كيلو فولت لأنه قد يتلف الحبر.

بمجرد الإعداد ، ابدأ الطباعة الخاملة بسرعة طباعة تبلغ 300 ملم في الثانية لمدة 10 دقائق على الأقل للحصول على تدفق في الحالة المستقرة. هذا ضروري لأن الحبر اللزج قد يكون مضغوطا في الأنبوب الطويل. اضبط معلمات الطباعة ، مثل جهد التيار المستمر ومعدل التدفق أثناء الطباعة الخاملة ، للحصول على نتائج الطباعة المرجوة.

أخيرا ، اطبع النمط المحدد على الركيزة باستخدام معلمات الطباعة المحددة الآن. تستخدم الطباعة النقطية والطباعة النقطية المستندة إلى النقاط محورا واحدا لطباعة النقاط في الاتجاه الرئيسي ثم الانتقال إلى الرقعة التالية في الاتجاه الفرعي. يبلغ حجم قطرة هذه الصورة النقطية حوالي أربعة ميكرون.

في المقابل ، تؤدي الطباعة عند الطلب المستندة إلى النقاط في الوضع المتجه حركات متزامنة في اتجاهين X و Y وتستخدم لطباعة الخطوط. تحتوي الصورة الناتجة على عرض خط يبلغ أربعة ميكرون. يستخدم الغزل الكهربائي قريب المدى حبرا شديد اللزوجة لطباعة الأنماط باستمرار.

نتيجة لذلك ، هذه الطريقة مناسبة لطباعة الخطوط المستقيمة باستخدام سرعة طباعة عالية ، وهي حساسة للتغيرات في سرعة الطباعة. يجب تضمين المناطق البطيئة القابلة للتخلص منها في التصميم لضمان حجم خط ثابت في المنطقة المطلوبة. في بعض الحالات ، يمكن استخدام سرعة النفث المنخفضة لإنشاء نمط موجة باستخدام سرعة طباعة منخفضة تقل عن 100 ملم في الثانية.

يمكن أن تصبح الأنماط متموجة ، كما هو موضح هنا. قد يكون هذا النوع من الأنماط المتموجة مفيدا في تطبيقات الإلكترونيات القابلة للتمدد. بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين لإنتاج أنماط دقيقة لتطبيقاتهم المحددة.

يرجى ملاحظة أن طريقة الطباعة هذه لا تقتصر على حبر الجسيمات النانوية الفضية فقط ، ولكن يمكن استخدامها أيضا في تطبيقات أخرى بالحبر المختلفة. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر استخدام الحبر المناسب للطباعة. راجع الإرشادات العامة لاختيار الحبر الواردة في نص هذه المقالة.

تأكد من ضبط معلمات الطباعة وفقا لاختيار الحبر والتطبيقات. لا تنس أن العمل مع المواد الكيميائية والجهد العالي والضغط العالي يمكن أن يكون خطيرا ، ويجب دائما اتخاذ الاحتياطات أثناء تنفيذ هذا الإجراء.