Control elaborado de la impresora de inyección de tinta para la fabricación de supercondensadores basados en chips

Este protocolo supera el supercondensador de tamaño fijo existente y proporciona un método para producir un supercondensador de forma libre a través de la impresión precisa de inyección de tinta. A través de este protocolo, se puede asegurar la eficiencia de los recursos humanos y materiales. Además, proporcionar a los usuarios un método de control de software para impresoras de inyección de tinta podría ayudar a fabricar supercondensadores más precisos.

Esta tecnología proporciona una forma de manejar impresoras de inyección de tinta, por lo tanto, este protocolo se puede utilizar no solo para producir supercondensadores, sino también para producir otros dispositivos. Antes de diseñar el patrón de condensadores electroquímicos de doble capa, o EDLC, comience ejecutando el programa CAD. Vaya al botón Archivo en la parte superior de la ventana del programa y haga clic en los botones Nuevo y Proyecto para formar un nuevo archivo de proyecto.

Para generar el archivo de tablero, haga clic en los botones Archivo, Nuevo y Tablero en orden. En la parte superior izquierda de la ventana del archivo de placa creado, haga clic en el botón de cuadrícula en forma de malla para establecer los valores de cuadrícula Tamaño, Múltiple y Alt. Cambie el tamaño de la cuadrícula y el valor alt de milímetros a pulgadas para que la impresora de inyección de tinta pueda leer el patrón CAD de PCB Presione Finest para realizar ajustes finos.

Una vez establecidos los parámetros, diseñe el patrón del colector actual y la línea EDLC en forma interdigitada. Diseñe el patrón de electrolito de polímero de gel, o GPE, y las almohadillas colectoras de corriente en forma rectangular. Para tres tipos de patrones finales, como línea conductora, EDLC y GPE, establezca las tres capas haciendo clic en Ver y Configuración de capa en orden.

Cree nuevas capas presionando el botón Nueva capa en la parte inferior izquierda de la ventana de capas visibles. En la nueva ventana de Nueva capa, configure el Nombre y el Color de la nueva capa. Para distinguir visualmente las capas, establezca los nombres de las tres capas en el selector actual, EDLC y GPE, y cambie los colores correspondientes haciendo clic en el cuadro situado a la derecha de Color.

Presione Línea en la parte inferior izquierda de la pantalla. Para cambiar el grosor de la línea, ingrese el valor de ancho ubicado en el centro superior en escala de pulgadas. Luego, haga clic en el campo principal y arrastre para dibujar una línea.

Para editar la longitud de una línea, haga clic con el botón derecho en la línea y haga clic en propiedades en la parte inferior. En los campos Desde y Hasta, introduzca los valores X e Y de los puntos inicial y final. Para el punto de referencia del patrón, establezca la esquina superior izquierda en 0, 0.

Dibuja el resto del patrón en función de la información compartida anteriormente. Para establecer el patrón dibujado en la capa deseada, haga clic con el botón derecho en el patrón y haga clic en Propiedades. Luego, haga clic en Capa y elija la capa deseada.

Dibuje patrones rectangulares de la almohadilla colectora actual en GPE presionando RECT en la parte inferior izquierda de la ventana principal. Haga clic y arrastre en la pantalla donde existe el patrón dibujado anteriormente. A continuación, haga clic derecho en la superficie rectangular y haga clic en Propiedades en la parte inferior.

Introduzca los valores X, Y de la parte superior izquierda e inferior derecha del rectángulo en los campos Desde y Hasta, respectivamente. Establezca el rectángulo en la capa deseada como se mencionó anteriormente. Antes de convertir el archivo CAD del patrón diseñado al formato de archivo Gerber, guarde el archivo de la placa en formato brd haciendo clic en el archivo y Guardar.

Después de guardar el archivo, haga clic en la pestaña Archivo en la parte superior de la ventana y haga clic en Procesador CAM. Para crear un archivo Gerber de la capa deseada, modifique los elementos de la pestaña Gerber de los archivos de salida eliminando las sublistas, como el cobre superior y el cobre inferior presionando el signo menos. Presione más y haga clic en Nueva salida de Gerber para crear la salida de Gerber.

En el lado derecho de la pantalla, establezca el nombre de la capa en Nombre y función en Cobre presionando el engranaje a la derecha. A continuación, establezca el tipo de capa en Superior y establezca el número de capa de Gerber del selector actual, EDLC y GPE en L1, L2 y L3 en orden. En la ventana Capas en la parte inferior del archivo Gerber, haga clic en Editar capas en la parte inferior izquierda para seleccionar cada capa deseada.

Para establecer el nombre del archivo de salida que se va a crear, establezca el nombre de archivo Gerber de Output en la parte inferior de la ventana en prefix/name.gbr. Finalmente, haga clic en Guardar trabajo en la parte superior izquierda de la ventana para guardar la configuración. Haga clic en el trabajo de proceso en la parte inferior derecha para crear un archivo Gerber.

Para establecer los parámetros del software de la impresora de inyección de tinta, ejecute el programa de impresora, luego haga clic en el botón Imprimir, seleccione Simple y elija Tinta conductora flexible. Cargue el archivo Gerber del patrón diseñado haciendo clic en el botón Elegir archivo. Elija y abra el archivo Gerber de la línea conductora.

Haga clic en el botón Siguiente como lo indica el cuadro amarillo. A continuación, fije la placa PCB y monte la sonda. Una vez hecho esto, ajuste el punto cero de la impresora pcb a través de la sonda haciendo clic en el botón Esquema.

Mueva la imagen del patrón en la pantalla arrastrando y haciendo clic en el botón Contorno. Compruebe si la sonda se mueve a través de la ruta deseada. Luego, presione la pestaña Siguiente.

Haga clic en la sonda para medir la altura del sustrato y comprobar si el sustrato es plano. Cuando se complete la medición de altura, retire la sonda e inserte el cartucho de tinta en el dispensador de tinta y conecte la boquilla de un diámetro interno de 230 micrómetros para preparar el dispensador. Después de montar dispensadores de tinta para línea conductora, EDLC y GPE, imprima un patrón de muestra presionando el botón Calibrar mientras ajusta los parámetros de cada tinta.

Compruebe visualmente el resultado de la impresión y registre los valores de los parámetros para cada tinta. Borre el patrón de impresión de la muestra con una toallita de limpieza humedecida con etanol antes de presionar el botón Inicio para imprimir el patrón diseñado de la línea conductora. Después de imprimir, voltee la placa y cure la línea conductora a 180 grados Celsius durante 30 minutos, seguido de medir el peso combinado del sustrato y la línea conductora.

En la pantalla Inicio del programa de impresora, seleccione la opción Alineado, cargue el archivo de patrón de línea EDLC y haga clic en Siguiente. Asegúrese de que la posición de la línea conductora se detecte a través de dos puntos de alineación para alinear las posiciones del patrón de la línea EDLC y la línea conductora. Luego, muévase a un punto aleatorio y verifique si la ubicación es correcta.

Mida la altura total de la línea conductora para comprobar la altura de la boquilla dispensadora por encima de la línea conductora haciendo clic en el botón Sonda. Cambie los valores de los parámetros de software de las tintas EDLC. Una vez hecho esto, imprima un patrón de muestra para verificar si los valores de los parámetros de software son apropiados.

Más tarde, borre el patrón de impresión de la muestra con una toallita de limpieza humedecida con etanol para imprimir la línea EDLC presionando el botón Inicio. Realice las mediciones electroquímicas para el dispositivo supercondensador impreso por inyección de tinta. Haga clic en Aplicar a Ch y ejecute el archivo de secuencia de la prueba de voltamperometría cíclica para obtener el resultado.

Haga clic en Aplicar a Ch y ejecute el archivo de secuencia de la prueba de carga/descarga galvanostática para obtener el resultado. Haga clic en Aplicar a Ch y ejecute el archivo de secuencia de la prueba de espectroscopia de impedancia electroquímica para obtener el resultado. Las propiedades estructurales de la tinta conductora y la tinta EDLC se analizaron con microscopía electrónica de barrido.

La tinta conductora estaba bien centrada para formar caminos conductores continuos. Todos los componentes de la tinta estaban bien dispersos, sin elementos visibles que pudieran causar obstrucciones durante la impresión. Se informaron las propiedades reológicas de la tinta EDLC, y se observó que la viscosidad de la tinta aumentaba con el tiempo de cizallamiento, lo que indica un comportamiento de engrosamiento por cizallamiento sin ninguna extensión estructural, estiramiento o reordenamiento inducido por el estrés.

En el estudio, se obtuvo con éxito un supercondensador impreso. La calidad de impresión se considera buena. si el patrón impreso tiene menos o ningún defecto, con una rugosidad superficial mínima y un grosor uniforme.

Los resultados de impresión con una velocidad de avance mínima de 100 milímetros por minuto mostraron líneas uniformes sin desconexión visible. El tiempo total de impresión se redujo cuando la velocidad de avance fue máxima de 600 milímetros por minuto. En comparación con los resultados impresos con una velocidad de alimentación de 500 milímetros por minuto, las líneas formadas a 600 milímetros por minuto se cortaron o agrietaron porque el dispensador se movió rápidamente.

Una velocidad de alimentación de 300 mililitros por minuto era óptima para un tiempo de impresión adecuado y para evitar la formación de grietas. Los resultados de impresión se verificaron para detectar los cambios correspondientes en la patada. Todas las líneas se desconectaban cuando la patada era demasiado baja.

Sin embargo, la alta presión en una patada alta creó un cuello de botella, lo que resultó en la obstrucción de la boquilla. En el valor de patada apropiado, la línea no se rompió y la boquilla no se obstruyó. La impresión más precisa es posible a través del control de parámetros de software, lo que permite a muchos investigadores utilizar la impresión de inyección de tinta en condiciones óptimas en diversos campos.