ברזולוציה גבוהה תכנים באמצעות שני מצבים של Electrohydrodynamic סילון: ירידה על הביקוש, שדה-Electrospinning

הדפסת סילון אלקטרוהידרודינמית היא שיטת דפוס ישירה ללא מגע שניתן להשתמש בה בתחומים שונים, כגון אלקטרוניקה מודפסת, חומרים מתקדמים, ביוטכנולוגיה וכן הלאה. שיטת הדפסת הסילון האלקטרוהידרודינמית משתמשת בשדה חשמלי גבוה כדי למשוך דיו טעון למצע. לשם כך משתמשים במערכת נוזלית לדחיפת דיו לזרבובית, וספק כוח במתח גבוה משמש לייצור השדה החשמלי.

היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן להשתמש בה להדפסת נקודות או דפוסים קטנים מאוד, בהשוואה לשיטת הדפסת הזרקת דיו קונבנציונלית. בהתבסס על התצורות החשמליות והנוזליות, ניתן ליישם שלושה מצבים שונים של הדפסה לפי דרישה, אלקטרו-ספינינג ואלקטרו-ספריי. עבור דפוסים עדינים, נתמקד ב-DOD ובאלקטרופסינינג בשדה קרוב.

DOD משתמש הן במתח DC והן במתח דופק עבור סילון, בעוד שאלקטרוספינינג בשדה קרוב משתמש רק במתח DC עבור סילון. אנשים ידעו ששיטה זו תתקשה להשיג סילון נכון מכיוון שהיא דורשת יותר דברים ספציפיים ושיטות עט הדפסה שונות, כגון מתח, הזרבובית, מהירות ההדפסה ומרחק העמידה. הסטודנט האמיץ מר או ידגים הן טיפה לפי דרישה והן אלקטרו-ספינינג בשדה קרוב באמצעות דיו ננו-חלקיקי כסף, על מנת לעזור לאנשים להבין את מעבדי ההדפסה.

להדפסה לפי דרישה, מלא תחילה את מאגר הדיו של מדפסת הסילון האלקטרו-הידרודינמית בדיו ננו-חלקיקי כסף מסונן. לאחר מכן, הכינו את הזרבובית מפיפטה מזכוכית, כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה. הרכיבו את מחזיק הזרבובית על ידי חיבור הזרבובית למאגר הדיו באמצעות צינורות טפלון.

לאחר מכן, הפעל את בקר לחץ האוויר והפעל לחץ אוויר של 15 עד 20 קילופסקל על מאגר הדיו. עקוב אחר זרימת הדיו דרך פיית הזכוכית והצינורות כדי לוודא שלא נלכד אוויר בעת אספקת הדיו. המשך להפעיל לחץ אוויר על המאגר עד להופעת דיו בקצה הזרבובית.

אל תפחית את הלחץ לפני שהדיו מופיע בקצה הזרבובית מכיוון שהדבר עלול לגרום ללכידת בועות אוויר בקצה. לאחר הופעת דיו בקצה הזרבובית, הפחיתו את הלחץ לסביבות 12 קילופסקל. זה ישמור על המניסקוס המוחצן ללא טפטוף דיו מקצה הזרבובית.

לאחר מכן, תקן את ראש הזרבובית המורכב במערכת ההדפסה. השתמש במצלמה צדדית כדי לדמיין את הפער בין קצה הזרבובית למצע, הזז את ציר ה-Z של ה-stage כדי להתאים את הפער לכ-100 מיקרומטר. פער קטן יותר מוביל לשדה חשמלי גבוה יותר, מה שיכול להקל על הדפסה עם מתח נמוך יותר ופולסים לסילון.

עם זאת, פער נמוך יותר יכול גם להוביל לירידות גדולות יותר אם המתח אינו מותאם כראוי. בשלב זה, עקוב אחר הדיו בזרבובית תוך כדי התחלת הפעלת מתחי DC ודופק. הגדל בהדרגה את מתח ה-DC במרווחים של פחות מ-100 וולט בכל פעם.

ברגע שהדיו מתחיל לטפטף מהזרבובית, הפחת מעט את מתח ה-DC עד שהדיו מפסיק לטפטף מהזרבובית. לאחר מכן, הגדר מתח דופק שלילי כאשר זמן העלייה שווה לאפס ל-100 מיקרו-שניות, זמן השהות שווה ל-300 מיקרו-שניות וזמן הנפילה שווה לאפס מיקרו-שניות. לאחר מכן, הפעל את מתח הדופק השלילי על מחזיק המצע.

כעת, התאם את גודל מתח הדופק כדי לייצר טיפה אחת לכל פולס בודד. לאחר מכן, התאם את רקע ה-DC ואת מתחי הדופק כדי לקבל את גודל טיפת המטרה על המצע, תוך התבוננות בנקודות הסילון על המצע בתמונת המצלמה מהצד. ראשית, טען תמונת מפת סיביות בלשונית ההדפסה של תוכנת ההדפסה, והמר אותה לתמונה בינארית.

לאחר מכן, הגדר את הפרמטרים להדפסת התמונה הבינארית. לדוגמה, הגדר את המרחק בין שתי טיפות, או מרווח טיפה, לעשרה מיקרומטרים. לאחר ההגדרה, התחל להדפיס באמצעות מפת הסיביות שנבחרה במיקום היעד של המצע.

כדי להתכונן להדפסה וקטורית, טען את מידע ה-CAD של הדוגמה לתוכנת ההדפסה. לאחר מכן, הגדר את הפרמטרים להדפסה, כגון מהירות ההדפסה ומרווח הנקודות. לאחר שהפרמטרים מוגדרים כעת, התחל להדפיס.

כדי לבצע אלקטרו-ספינינג בשדה קרוב, הכינו תחילה את דיו ננו-הדבק הכסף שנוסח במיוחד. כדי להשיג זאת, מערבבים שלושה חלקים אתנול וחלק אחד מים נטולי יונים ליצירת 12 מיליליטר ממס. לאחר מכן, מערבבים 0.3 גרם תחמוצת פוליאתילן ו -9.7 גרם מהממס המוכן ליצירת תמיסת פולימר של 3% לפי משקל.

בעזרת מערבל מגנטי מערבבים היטב את התמיסה במשך יותר משש שעות על ידי ערבוב בטמפרטורת החדר. כשהממס מוכן כעת, מערבבים חמישה חלקים של דיו ננו-משחת כסף עם חלק אחד מתמיסת הפולימר המוכנה. שלב את השניים בעזרת מערבל מערבולת, ערבב במשך עשר דקות כדי להשעות כראוי את הדיו.

לאחר מכן, מלאו את הדיו המוכן למזרק, וחברו את המזרק לזרבובית דרך צינור החיבור טפלון. ספק את הדיו לזרבובית על ידי דחיפה ידנית של המזרק. כאשר הדיו מגיע לזרבובית, התקן את המזרק במשאבת המזרק המחוברת למערכת ההדפסה.

הפעל את משאבת המזרק כדי ליצור זרימת דיו בקצב זרימה ראשוני של 50 מיקרוליטר לדקה. כאשר הדיו זורם מקצה הזרבובית, הורד את קצב הזרימה למיקרוליטר אחד לדקה. לאחר מכן, החל את מקור מתח DC על מחבר הזרבובית בזמן שמתח ההארקה מחובר למחזיק המצע.

הגדל את מתח ה-DC בהדרגה ל-1.5 קילו-וולט. ניתן להגדיל את מתח ה-DC עד שני קילו-וולט. עם זאת, יש להימנע ממתח DC גבוה משני קילו-וולט מכיוון שהוא עלול לפגוע בדיו.

לאחר ההגדרה, התחל את הדפסת הסרק במהירות הדפסה של 300 מילימטרים לשנייה למשך 10 דקות לפחות כדי לקבל זרימה במצב יציב. זה נחוץ מכיוון שהדיו הצמיג עשוי להיות דחוס בצינור הארוך. התאם את פרמטרי ההדפסה, כגון מתח DC וקצב זרימה במהלך הדפסה סרק, כדי להשיג את תוצאות ההדפסה הרצויות.

לבסוף, הדפס את הדוגמה שבחרת על המצע באמצעות פרמטרי ההדפסה שהוגדרו כעת. הדפסת טיפה לפי דרישה מבוססת נקודות והדפסת רסטר משתמשות בציר יחיד כדי להדפיס נקודות בכיוון הראשי ולאחר מכן לעבור לרצועה הבאה בכיוון המשנה. לתמונת רסטר זו יש טיפה בגודל של כארבעה מיקרון.

לעומת זאת, הדפסה מבוססת נקודות לפי דרישה במצב וקטורי מבצעת תנועות בו-זמנית בכיווני X ו-Y ומשמשת להדפסת הקווים. לתמונה המתקבלת יש רוחב קו של ארבעה מיקרון. אלקטרו-ספינינג בשדה קרוב משתמש בדיו צמיג מאוד כדי להדפיס דפוסים ברציפות.

כתוצאה מכך, שיטה זו מתאימה להדפסת קווים ישרים במהירות הדפסה גבוהה, ורגישה לשינויים במהירות ההדפסה. יש לכלול אזורים איטיים הניתנים לביטול בעיצוב כדי להבטיח גודל קו עקבי באזור הרצוי. במקרים מסוימים, ניתן להשתמש במהירות סילון נמוכה כדי ליצור דפוס גל על ידי שימוש במהירות הדפסה נמוכה של פחות מ-100 מילימטרים לשנייה.

הדפוסים יכולים להפוך לגליים, כפי שמוצג כאן. סוג זה של דפוס גלי עשוי להיות שימושי ביישומי אלקטרוניקה נמתחים. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים לייצר דפוסים עדינים עבור היישומים הספציפיים שלהם.

שימו לב ששיטת הדפסה זו אינה מוגבלת רק לדיו ננו-חלקיקי כסף, אלא ניתן להשתמש בה גם ביישומים אחרים עם דיו שונים. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור להשתמש בצבע הדיו המתאים להדפסה. עיין בהנחיות הכלליות לבחירת דיו המופיעות בטקסט של מאמר זה.

הקפד להתאים את פרמטרי ההדפסה בהתאם לבחירת הדיו וליישומים שלך. אל תשכח שעבודה עם כימיקלים, מתח גבוה ולחץ גבוה עלולה להיות מסוכנת, ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות בעת ביצוע הליך זה.