$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Badacze aktywnie próbują zminiaturyzować istniejące urządzenia i wyświetlacze oraz zwiększyć elastyczność tych urządzeń1,2. Aby zmniejszyć szerokość i głębokość kanałów elektrycznych do skali mikro lub nano, niezbędna jest technologia o wysokiej precyzji. Ponadto, aby zwiększyć elastyczność tych urządzeń, wzory kanałów elektrycznych muszą być umieszczone na elastycznym materiale, takim jak folia polimerowa3,4. Aby sprostać tym warunkom, aktywnie prowadzone są badania nad technologią mikroprocesorów ultraprecyzyjnych.
Technologia ultraprecyzyjnej mikrofabrykacji ma tę zaletę, że możliwe materiały do tworzenia wzorów obejmują nie tylko bardzo sztywne materiały, takie jak żelazo czy plastik, ale także miękkie materiały, takie jak folie polimerowe. Ze względu na te zalety technologia ta jest szeroko stosowana jako podstawowy proces w różnych dziedzinach, takich jak komunikacja, chemia, optyka, lotnictwo, półprzewodniki i czujniki5,6,7. W dziedzinie ultradokładnej mikroobróbki stosuje się metody LIGA (litografia, galwanizacja i formowanie) lub mikroobróbkę8. Jednak te konwencjonalne metody wiążą się z kilkoma problemami. Metody LIGA wymagają znacznej ilości czasu i kilku etapów procesu w celu stworzenia ultradrobnych wzorów, a także wiążą się z wysokimi kosztami, ponieważ wymagają wielu różnych rodzajów sprzętu podczas procesów. Ponadto metody LIGA wykorzystują chemikalia, które mogą zanieczyszczać środowisko.
Aby rozwiązać ten problem, technologia procesu tłoczenia na gorąco została wyróżniona wśród ultradrobnych technologii mikroprocesowych. Tłoczenie na gorąco to technologia, która tworzy wzór na podgrzanej folii polimerowej za pomocą formy do wytłaczania w mikro- lub nanoskali. Konwencjonalna technologia tłoczenia na gorąco dzieli się na typ płyty i typ roll-to-roll w zależności od kształtu formy. Te dwa rodzaje technologii wytłaczania na gorąco różnią się kształtem formy, ale te dwa procesy są podobne pod tym względem, że forma do wytłaczania dociska folię polimerową do podgrzewanej płyty w celu wygrawerowania wzoru na folii polimerowej. Aby wygrawerować wzór w procesie tłoczenia na gorąco, konieczne jest podgrzanie folii polimerowej powyżej temperatury zeszklenia i zastosowanie odpowiedniego nacisku (~30–50 MPa)9. Ponadto szerokość i głębokość wzoru zmieniają się w zależności od temperatury podgrzewanej płyty, materiału i kształtu formy do wytłaczania. Ponadto sposób chłodzenia po procesie modelowania wpływa na kształt wzoru na folii polimerowej.
W konwencjonalnym procesie tłoczenia na gorąco, stemple lub wałki do wytłaczania mogą być wytłaczane z pożądanym wzorem, a forma do wytłaczania może być używana do ciągłego drukowania tego samego wzoru na powierzchniach folii polimerowej. Ta cecha sprawia, że proces ten nadaje się nie tylko do masowej produkcji, ale także do wytwarzania urządzeń z miękkich materiałów, takich jak folie polimerowe10,11,12,13,14. Jednak konwencjonalna metoda wytłaczania na gorąco może stworzyć tylko pojedynczy wzór wygrawerowany w formie do wytłaczania. Dlatego, gdy użytkownik chce wykonać nowy wzór lub zmodyfikować wzór, musi wykonać nową formę, aby zmodyfikować wzór nadruku. Z tego powodu konwencjonalne tłoczenie na gorąco jest kosztowne i czasochłonne przy tworzeniu nowych wzorów lub zastępowaniu istniejących wzorów.
Wcześniejsze prace wprowadziły proces tłoczenia na gorąco typu uderzeniowego do tworzenia wzorów kropek o różnych szerokościach i głębokościach w czasie rzeczywistym15. W przeciwieństwie do konwencjonalnego procesu wytłaczania na gorąco, metoda tłoczenia na gorąco typu udarowego wykorzystuje głowicę udarową do tworzenia wzorów na folii polimerowej. Technologia ta przesuwa głowicę udarową do żądanej pozycji za pomocą precyzyjnego systemu pozycjonowania. Sygnał sterujący jest stosowany do drukowania szablonów o żądanej szerokości i głębokości oraz w dowolnej pozycji. Struktura głowicy udarowej składa się z napędnika, sprężyny, uzwojenia cewki i rdzenia (patrz Rysunek 1A)15. Wcześniejsze prace potwierdziły poprzez analizę i eksperyment, że taki nagłówek udarowy może wytwarzać odpowiednią siłę do tłoczenia na gorąco16. Protokół tego artykułu obejmuje konstrukcję osprzętu do procesu tłoczenia na gorąco typu udarowego oraz środowisko sterowania do sterowania procesem. Ponadto analizujemy wzory kropek na folii PET, folii PMMA i folii PVC, z których wszystkie są przetwarzane zgodnie z proponowanym protokołem, aby sprawdzić, czy proces tłoczenia na gorąco z nadrukiem udarowym może tworzyć wzory kropek o różnych szerokościach i głębokościach w czasie rzeczywistym. Wyniki tych eksperymentów zostały przedstawione poniżej w sekcji wyników, potwierdzając, że proces tłoczenia może odpowiednio wytworzyć ultradrobne wzory.