Alta risoluzione Patterning utilizzando due modalità di idrodinamiche Jet: Drop on Demand e Near-field elettrofilatura

La stampa a getto elettroidrodinamico è un metodo di modellazione diretta senza contatto che può essere utilizzato in vari campi, come l'elettronica stampata, i materiali avanzati, la biotecnologia e così via. Il metodo di stampa a getto elettroidrodinamico utilizza un elevato campo elettrico per tirare verso il basso l'inchiostro carico sul substrato. A tale scopo, viene utilizzato un sistema fluidico per spingere l'inchiostro all'ugello e un alimentatore ad alta tensione viene utilizzato per produrre il campo elettrico.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che può essere utilizzata per stampare punti o motivi molto piccoli, rispetto al metodo di stampa a getto d'inchiostro convenzionale. In base alle configurazioni elettriche e fluidiche, è possibile implementare tre diverse modalità di stampa drop-on-demand, elettrofilatura ed elettrospray. Per la modellazione fine, ci concentreremo sul DOD e sull'elettropsinning in campo vicino.

Il DOD utilizza sia la tensione CC che la tensione a impulsi per il getto, mentre l'elettrofilatura in campo vicino utilizza solo la tensione CC per il getto. Le persone sapevano che questo metodo avrebbe avuto difficoltà a ottenere un getto corretto perché richiede più cose specifiche e diversi metodi di stampa della penna, come la tensione, l'ugello, la velocità di stampa e la distanza in piedi. Il coraggioso studente Mr.Oh dimostrerà sia l'elettrofilatura drop-on-demand che quella in campo vicino utilizzando inchiostro a nanoparticelle d'argento, al fine di aiutare le persone a comprendere i processori di stampa.

Per la stampa drop-on-demand, riempire prima il serbatoio dell'inchiostro della stampante a getto elettroidrodinamico con inchiostro filtrato a nanoparticelle d'argento. Quindi, preparare l'ugello da una pipetta di vetro, come descritto nel protocollo di testo allegato. Assemblare il supporto dell'ugello collegandolo al serbatoio dell'inchiostro tramite un tubo in teflon.

Quindi, accendi il controller della pressione dell'aria e applica una pressione dell'aria compresa tra 15 e 20 kilopascal al serbatoio dell'inchiostro. Monitorare il flusso dell'inchiostro attraverso l'ugello e il tubo di vetro per assicurarsi che non rimanga intrappolata aria durante l'erogazione dell'inchiostro. Continuare ad applicare la pressione dell'aria al serbatoio finché l'inchiostro non appare sulla punta dell'ugello.

Non ridurre la pressione prima che l'inchiostro appaia sulla punta dell'ugello perché ciò potrebbe causare l'intrappolamento di bolle d'aria sulla punta. Una volta che l'inchiostro appare sulla punta dell'ugello, ridurre la pressione a circa 12 kilopascal. Ciò manterrà il menisco estruso senza che l'inchiostro goccioli dalla punta dell'ugello.

Quindi, fissare la testina dell'ugello assemblata nel sistema di stampa. Utilizzando una telecamera laterale per visualizzare lo spazio tra la punta dell'ugello e il substrato, spostare l'asse Z del tavolino per regolare lo spazio a circa 100 micrometri. Un gap più piccolo porta ad un campo elettrico più elevato, che potrebbe facilitare la stampa con tensioni più basse e impulsive per il getto.

Tuttavia, un gap inferiore potrebbe anche portare a cadute maggiori se la tensione non viene regolata correttamente. A questo punto, monitorare l'inchiostro sull'ugello mentre si inizia ad applicare tensioni CC e impulsive. Aumentare gradualmente la tensione CC con incrementi inferiori a 100 volt alla volta.

Una volta che l'inchiostro inizia a gocciolare dall'ugello, ridurre leggermente la tensione CC fino a quando l'inchiostro non smette di gocciolare dall'ugello. Successivamente, impostare una tensione di impulso negativa con il tempo di salita pari a zero a 100 microsecondi, il tempo di permanenza pari a 300 microsecondi e il tempo di discesa pari a zero microsecondi. Quindi, applicare la tensione dell'impulso negativo al supporto del substrato.

Ora, regola l'entità della tensione dell'impulso per produrre una goccia per singolo impulso. Quindi, regolare lo sfondo CC e le tensioni degli impulsi per ottenere la dimensione delle goccioline target sul substrato, osservando i punti a getto sul substrato nell'immagine della telecamera laterale. Innanzitutto, carica un'immagine bitmap nella scheda di stampa del software di stampa e convertila in un'immagine binaria.

Quindi, impostare i parametri per la stampa dell'immagine binaria. Ad esempio, impostare la distanza tra due gocce, o intervallo di caduta, su dieci micrometri. Una volta configurato, iniziare a stampare utilizzando la bitmap selezionata nella posizione di destinazione del supporto di stampa.

Per prepararti alla stampa vettoriale, carica le informazioni CAD del modello nel software di stampa. Quindi, imposta i parametri per la stampa, come la velocità di stampa e la spaziatura dei punti. Con i parametri ora impostati, iniziare a stampare.

Per eseguire l'elettrofilatura in campo vicino, preparare prima l'inchiostro nanopasta d'argento appositamente formulato. Per fare ciò, mescola tre parti di etanolo e una parte di acqua deionizzata per ottenere 12 millilitri di solvente. Quindi, mescolare 0,3 grammi di ossido di polietilene e 9,7 grammi del solvente preparato per ottenere una soluzione polimerica al 3% in peso.

Utilizzando un agitatore magnetico, mescolare accuratamente la soluzione per più di sei ore mescolando a temperatura ambiente. Con il solvente ora preparato, mescolare cinque parti di inchiostro nanopasta d'argento con una parte della soluzione polimerica preparata. Unire i due utilizzando un mixer a vortice, mescolando per dieci minuti per sospendere correttamente l'inchiostro.

Quindi, versare l'inchiostro preparato in una siringa e collegare la siringa a un ugello tramite il tubo di collegamento in teflon. Fornire l'inchiostro all'ugello spingendo manualmente la siringa. Quando l'inchiostro raggiunge l'ugello, installare la siringa nella pompa a siringa collegata al sistema di stampa.

Azionare la pompa a siringa per generare un flusso di inchiostro con una portata iniziale di 50 microlitri al minuto. Quando l'inchiostro fuoriesce dalla punta dell'ugello, abbassare la portata a un microlitro al minuto. Quindi, applicare la sorgente di tensione CC al connettore dell'ugello mentre la tensione di terra è collegata al supporto del substrato.

Aumentare gradualmente la tensione CC fino a 1,5 kilovolt. La tensione CC potrebbe essere aumentata fino a due kilovolt. Tuttavia, una tensione CC superiore a due kilovolt dovrebbe essere evitata poiché potrebbe danneggiare l'inchiostro.

Una volta configurata, avviare la stampa inattiva con una velocità di stampa di 300 millimetri al secondo per almeno 10 minuti per ottenere un flusso stazionario. Ciò è necessario perché l'inchiostro viscoso può essere compresso nel tubo lungo. Regolare i parametri di stampa, come la tensione CC e la portata durante la stampa inattiva, per ottenere i risultati di stampa desiderati.

Infine, stampate il modello selezionato sul substrato utilizzando i parametri di stampa ora definiti. La stampa drop-on-demand basata su punti e la stampa raster utilizzano un singolo asse per stampare i punti nella direzione principale e quindi passare all'andana successiva nella direzione secondaria. Questa immagine raster ha una dimensione della goccia di circa quattro micron.

Al contrario, la stampa drop-on-demand basata su punti in modalità vettoriale esegue movimenti simultanei nelle direzioni X e Y e viene utilizzata per stampare le linee. L'immagine risultante ha una larghezza di linea di quattro micron. L'elettrofilatura in campo vicino utilizza inchiostro altamente viscoso per stampare continuamente i modelli.

Di conseguenza, questo metodo è adatto per la stampa di linee rette utilizzando un'elevata velocità di stampa ed è sensibile alle variazioni della velocità di stampa. Le regioni lente scartabili dovrebbero essere incluse nel progetto per garantire una dimensione della linea coerente nella regione desiderata. In alcuni casi, una bassa velocità di getto può essere utilizzata per generare un modello d'onda utilizzando una bassa velocità di stampa inferiore a 100 millimetri al secondo.

I motivi possono diventare ondulati, come mostrato qui. Questo tipo di modello ondulato potrebbe essere utile nelle applicazioni elettroniche estensibili. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori per produrre modelli fini per le loro applicazioni specifiche.

Si prega di notare che questo metodo di stampa non è limitato al solo inchiostro a nanoparticelle d'argento, ma può essere utilizzato anche in altre applicazioni con vari inchiostri. Durante questa procedura, è importante ricordarsi di utilizzare l'inchiostro appropriato per la stampa. Fare riferimento alle linee guida generali per la selezione dell'inchiostro fornite nel testo di questo articolo.

Assicurarsi di regolare i parametri di stampa in base alla selezione dell'inchiostro e alle applicazioni. Non dimenticare che lavorare con sostanze chimiche, alta tensione e alta pressione può essere pericoloso e bisogna sempre prendere precauzioni durante l'esecuzione di questa procedura.