Name: Badanie procesu wzorowania kropek na materiałach elastycznych przy użyciu technologii tłoczenia na gorąco typu Impact Print (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-04-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 57 s
Description: Poznaj technologię tłoczenia na gorąco typu Impact Print do tworzenia wzorów kropek na elastycznych filmach polimerowych w czasie rzeczywistym. Ta metoda oferuje niższe koszty i większą elastyczność niż tradycyjne techniki tłoczenia.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

To badanie jest wspierane przez projekt zatytułowany "Opracowanie technologii tłoczenia na gorąco typu uderzeniowego dla warstwy przewodzącej przy użyciu przewodzących materiałów nanokompozytowych" przez Ministerstwo Handlu, Przemysłu i Energii (MOTIE) Korei (N046100024, 2016).

1. Produkcja procesu tłoczenia na gorąco typu udarowego
<ol>
	<li>Wykonaj model 1 i połącz go ze stopniem X (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1). 
	UWAGA: Zaleca się, aby Model 1 był wykonany z aluminium, aby uniknąć przewodzenia ciepła na stolik X. Ponadto zaleca się, aby długość Modelu 1 była odległością między powierzchnią płyty grzewczej a najniższą wysokością płyty nośnej stolika Z, ponieważ konstrukcja Modelu 1 zmienia się w zależności od rozmiaru płyty grzewczej.</li>
	<li>Połącz stopień X i stopień Z, a następnie zmontuj stopień Z i model 2. 
	UWAGA: Upewnij się, że Model 2 jest wykonany z metalu, który jest odporny na ciepło z płyty grzewczej (np. aluminium). Mocne zamocowanie Modelu 2 do stopnia Z zapewni, że stopień Z utrzyma ciężar Modelu 2 i głowicy udarowej.</li>
	<li>Połącz Model 2 z głowicą udarową i umieść płytę grzewczą poniżej Model 1. 
	UWAGA: Połączenie głowicy udarowej z najniższą pozycją w pojeździe Model 2 zapewni, że napęd dotrze do powierzchni płyty grzewczej. Zaleca się montaż płyty grzewczej po maksymalnym podniesieniu stopnia Z, aby uniknąć kontaktu głowicy udarowej z powierzchnią płyty grzewczej. Użyj odpowiedniego oprogramowania do sterowania sceną.</li>
	<li>Przekonwertuj pliki STL uchwytu filmu (plik uzupełniający 1 i plik uzupełniający 2) na pliki GCODE za pomocą odpowiedniego oprogramowania, aby wydrukować uchwyt filmu za pomocą drukarki trójwymiarowej (3D). 
	UWAGA: Oprogramowanie może się różnić w zależności od używanej drukarki 3D, a niektóre środowiska mogą obsługiwać środowiska drukarek 3D bez konwersji GCODE.</li>
	<li>Użyj drukarki 3D, aby wydrukować uchwyt filmu z plikiem GCODE. 
	UWAGA: Zaleca się stosowanie filamentu (np. Z-HIPS), ponieważ podczas drukowania dużych części, takich jak uchwyt filmu, wystąpi mniejszy skurcz.</li>
	<li>Zainstaluj dwa uchwyty folii na końcu płyty grzewczej i przymocuj folię polimerową do uchwytu folii, jak pokazano na <silna klasa = "xfig" > Rysunek 1. Aby upewnić się, że folia polimerowa jest płaska na płycie grzewczej, pociągnij folię polimerową tak mocno, jak to możliwe, wykonując ruch 1 uchwytu folii (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1B). Aby przesunąć folię polimerową na bok, przesuń uchwyt folii za pomocą ruchu 2 (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1B). 
	UWAGA: Aby przymocować folię polimerową do uchwytu folii, zaleca się użycie. Klej jest niewystarczający do przymocowania folii polimerowej do uchwytu folii i najlepiej nadaje się do oderwania folii polimerowej po eksperymencie z wzorem.</li>
</ol>
2. Wykonanie obwodu sterującego
UWAGA: Ten proces opisuje proces konstruowania obwodu sterującego głowicy uderzenia i stopnia X–Z.
<ol>
	<li>Podłącz urządzenie sterujące, które wysyła sygnały (patrz Tabela materiałów) do głowicy udarowej, aby ją kontrolować.</li>
	<li>Po podłączeniu urządzenia sterującego do głowicy udarowej, wprowadzić -3 V i +10 V jako sygnały sterujące do głowicy udarowej. 
	UWAGA: Jeśli sygnał sterujący +10 V zostanie wysłany do głowicy udarowej (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1), napęd (głowica udarowa) spada i przechodzi w stan włączenia. W tym stanie poruszyciel uderza w folię polimerową i graweruje wzór na folii polimerowej.
	<ol>
		<li>Podnieś poruszyciel, aby wygrawerować następny wzór po wygrawerowaniu wzoru za pomocą poruszyciela głowicy udarowej. Aby podnieść napęd (głowicę udarową), zastosuj sygnał sterujący -3 V. 
		UWAGA: Ujemne napięcie jest wprowadzane do głowicy udarowej, aby zapobiec namagnesowaniu napędu przez wewnętrzny strumień resztkowy głowicy udarowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Jeśli urządzenie sterujące nie może dostarczyć wystarczającego sygnału sterującego, użyj wzmacniacza operacyjnego o dużej mocy (np. OP-AMP), który wzmacnia sygnał sterujący ~0 V–5 V do ~-3 V–+10 V, jak pokazano w <silna klasa="xfig">Rysunek 2, aby sterować nagłówkiem udarowym.
	<ol>
		<li>Najpierw przygotuj dwukanałowy zasilacz prądu stałego (patrz tabela materiałów). Po tym kroku podłącz cztery węzły, aby zapewnić węzły wspólnego uziemienia (GND) do wszystkich kanałów: zacisk napięcia dodatniego (V1+) i zacisk uziemienia (GND) dla kanału 1 oraz zacisk napięcia ujemnego (V2-) i zacisk uziemienia (GND) dla kanału 2. Ogólny schemat połączeń jest pokazany w Rysunek 2. 
		UWAGA: Zgodnie z krokiem opisanym w 2.3.1, dodatnie i ujemne voltage o różnych wartościach bezwzględnych mogą być dostarczane do wzmacniacza operacyjnego (OP-AMP).</li>
		<li>Podłącz zacisk ujemnego napięcia kanału 1 (V1-) zasilacza do zacisku ujemnego napięcia zasilania (Vs-) OP-AMP, jak wskazuje niebieska linia w <silna klasa="xfig">Rysunek 2. Następnie wprowadź napięcie 3 V Vcc do kanału 1. 
		UWAGA: Zgodnie z krokiem 2.3.1, napięcie 3 V Vcc jest dostarczane jako -3 V napięcie ujemne do zacisku ujemnego napięcia zasilania (Vs-) wzmacniacza operacyjnego.</li>
		<li>Podłącz zacisk napięcia dodatniego kanału 2 (V2+) zasilacza do zacisku napięcia dodatniego zasilania (Vs+) wzmacniacza operacyjnego, jak wskazuje czerwona linia w <silna klasa="xfig">Rysunek 2. Następnie wprowadź napięcie 10 V Vcc do kanału 2. 
		UWAGA: Zgodnie z krokiem 2.3.1, napięcie 10 V Vcc jest dostarczane jako napięcie dodatnie +10 V do zacisku dodatniego napięcia zasilania (Vs+) wzmacniacza operacyjnego.</li>
		<li>Podłącz kanał wyjściowy +urządzenia sterującego (Vcon+) do dodatniego kanału wejściowego (Vin+) wzmacniacza operacyjnego, jak pokazano zieloną linią w Rysunek 2.</li>
		<li>Podłącz kanał wyjściowy urządzenia sterującego (Vcon-) do masy (GND) kanału 2 zasilacza, jak pokazano czarną linią w <silna klasa="xfig">Rysunek 2. 
		UWAGA: Podczas podłączania (Vcon-) do masy (GND) możliwe jest podłączenie go do jednego z zacisków podłączonych w kroku 2.3.1 oprócz GND kanału 2.</li>
		<li>Przygotuj rezystancję elektryczną o wartościach 1 kΩ i 10 kΩ w każdym przypadku i połącz je między czerwoną linią a czarną linią, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 2.</li>
		<li>Podłącz zacisk między 1 kΩ a 10 kΩ do ujemnego kanału wejściowego OP-AMP (Vin-), jak pokazano fioletową linią w <silna klasa="xfig">Rysunek 2.</li>
		<li>Wyciągnij przewody z kanału wyjściowego OP-AMP (Vout) i jednego z zacisków elektrycznych opisanych w kroku 2.3.1. Połącz linie z nagłówkiem uderzenia, jak pokazano pomarańczową linią w Rysunek 2.</li>
		<li>Jeśli chodzi o zasilanie, ustaw napięcia kanału 1–3 Vcc i kanału 2–10 Vcc. Następnie należy wygenerować sygnały sterujące o napięciu ~0 V–5 V z urządzenia sterującego. 
		UWAGA: Wygenerowane sygnały sterujące ~0 V–5 V zostaną wzmocnione przez OP-AMP do ~-3 V–+10 V, co jest niezbędne do sterowania głowicą udarową zgodnie z opisem w krokach 2.2.1 i 2.2.2.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Projekt eksperymentu
UWAGA: Ta sekcja opisuje procesy sterowania urządzeniem do tłoczenia na gorąco typu udarowego i grawerowania wzorów kropek na folii polimerowej.
<ol>
	<li>Zainstaluj program sterujący stolikiem (np. Micromove), aby sterować stolikiem X i stolikiem Z za pomocą komputera sterującego (PC).</li>
	<li>Zainstaluj oprogramowanie sterownika DAQ, aby wykryć urządzenie sterujące na komputerze sterującym, które steruje nagłówkiem udarowym i zainstaluj program operacyjny (np. MATLAB) do sterowania urządzeniem sterującym.</li>
	<li>Po zainstalowaniu oprogramowania skonstruuj środowisko sprzętowe, jak pokazano w Rysunek 3A, aby przeprowadzić eksperyment z wzorcami.
	<ol>
		<li>Zainstaluj X stage, Z stage, nagłówek udarowy, uchwyt folii i płytę grzewczą, jak pokazano na Rysunek 3A, aby skonstruować środowisko sprzętowe.</li>
		<li>Przymocuj folię polimerową do uchwytu folii i wyreguluj położenie folii polimerowej za pomocą ruchów 1 i 2 (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1B), aby płasko przymocować folię. 
		UWAGA: Aby utrzymać folię płaską podczas regulacji kierunku 2, położenie dwóch uchwytów filmu powinno być równoległe. Aby folia była płaska na płycie grzewczej, zaleca się wyregulowanie uchwytu folii poprzez obniżenie pozycji zgodnie z kierunkiem 1, jak pokazano na <silna klasa = "xfig" > Rysunek 1B.</li>
		<li>Po zamocowaniu folii polimerowej wyreguluj temperaturę płyty grzewczej, aby podgrzać folię powyżej temperatury zeszklenia. 
		UWAGA: Każdy rodzaj folii ma swoją własną temperaturę zeszklenia. Dlatego zaleca się dostosowanie temperatury płyty grzewczej do własnej temperatury zeszklenia po sprawdzeniu właściwości materiałowych folii w odpowiednim arkuszu danych.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po ustawieniu sprzętu połącz obwód sterujący, jak pokazano w Rysunek 3B, aby sterować stage i nagłówkiem uderzeniowym.
	<ol>
		<li>Przygotuj komputer, płytę sterowniczą, zasilacz i wzmacniacz operacyjny do skonstruowania środowiska sterowania, jak pokazano na rysunku Rysunek 3B. Podłącz urządzenia, jak pokazano w Rysunek 2, a następnie podłącz komputer do tablicy sterowniczej.</li>
		<li>Wprowadź wartości 3 Vcc i 10 Vcc do OP-AMP odpowiednio przez kanały 1 i 2 zasilacza, zgodnie z opisem w kroku 2.3.9.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kontroluj stolik i nagłówek uderzenia za pomocą komputera sterującego.
	<ol>
		<li>Dostosuj początkową pozycję nagłówka udarowego, sterując stopniami X i Z za pomocą programu sterującego stolikiem. 
		UWAGA: Regulując początkowe położenie głowicy udarowej, upewnij się, że nie ma kolizji między głowicą udarową a płytą grzewczą. Jeśli położenie stopnia Z jest zbyt niskie, napęd zderzy się z płytą grzewczą, uszkadzając zarówno napęd, jak i płytę grzewczą. Jeśli oba urządzenia zostaną uszkodzone, utrudni to tworzenie drobnych wzorów na materiale polimerowym.</li>
		<li>Za pomocą programu roboczego wygeneruj sygnał sterujący 5 V z urządzenia sterującego. Zgodnie z krokami 2.3.1–2.3.9, OP-AMP wzmocni sygnał sterujący 5 V do +10 V, włączy głowicę udarową i wygraweruje wzory na folii polimerowej.</li>
		<li>Teraz wygeneruj sygnał sterujący 0 V z urządzenia sterującego za pomocą programu operacyjnego. Zgodnie z krokami 2.3.1–2.3.9, OP-AMP wzmocni sygnał sterujący 0 V do -3 V i wyłączy głowicę udarową. 
		UWAGA: Ruchak głowicy uderzeniowej zostanie podniesiony, czekając na wygrawerowanie nowego wzoru.</li>
		<li>Przesuń stolik X na miejsce, aby wygrawerować następny wzór.</li>
		<li>Graweruj wzory 3x na folii polimerowej, powtarzając kolejno kroki 3.5.1–3.5.4.</li>
		<li>Opuść stolik Z o 10 μm od pozycji wyjściowej i wykonaj krok 3.5.5, licząc liczbę ruchów stopnia Z. Gdy liczba ruchów stolika Z przekroczy trzy, przesuń stolik X do pozycji wyjściowej i maksymalnie podnieś głowicę udarową, przesuwając stolik Z. 
		UWAGA: Zmiana wysokości stolika Z zapewni regulację głębokości i szerokości wzoru kropek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Odłącz folię polimerową od uchwytu folii i zmierz szerokość i głębokość każdego wzoru za pomocą mikroskopu konfokalnego (patrz Tabela materiałów), jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 4A.
	<ol>
		<li>Przed rozpoczęciem procesu pomiaru należy wybrać wartość powiększenia mikroskopu i początkowo użyć trybu obserwacji bezpośredniej, aby dostosować pozycję skanowania folii polimerowej. Po wyregulowaniu pozycji za pomocą bezpośredniej obserwacji zamocuj folię polimerową i zmień tryb skanowania na tryb skanowania laserowego. 
		UWAGA: Podczas korzystania z mikroskopu konfokalnego zaleca się użycie panelu akrylowego do utrwalenia próbki, jak pokazano na <silna klasa="xfig">Rysunek 4B.</li>
		<li>Korzystając z trybu skanowania laserowego, zmierz głębokość i szerokość wzoru kropek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powtórz kroki 3.3.2–3.6.2 po zmianie typu folii. 
	UWAGA: Biorąc pod uwagę temperaturę zeszklenia każdego rodzaju folii, ustaw temperaturę płyty grzewczej przed umieszczeniem każdej folii na płycie grzewczej. W tym badaniu temperatura zeszklenia folii PVC wynosi 100 °C; dla folii PMMA jest to 95 °C, a dla folii PET 75 °C.</li>
</ol>

<ol><li>Lee, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((2018+Optical+Fiber+Communications+Conference+and+Exposition+%28OFC%29%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE%22%5BJournal%5D)">2018 Optical Fiber Communications Conference and Exposition (OFC).</a> IEEE. , 1-3 (2019).</li>
<li>Yang, D., Pan, L., Mu, T., Zhou, X., Zheng, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+fabrication+of+electrochemical+geophone+based+on+FPCB+process+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Measurements+in+Engineering%22%5BJournal%5D)">The fabrication of electrochemical geophone based on FPCB process technology.</a> Journal of Measurements in Engineering. 5 (4), 235-239 (2017).</li>
<li>Fukuda, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully+printed+high-performance+organic+thin-film+transistors+and+circuitry+on+one-micron-thick+polymer+films%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Fully printed high-performance organic thin-film transistors and circuitry on one-micron-thick polymer films.</a> Nature Communications. 5, 4147(2014).</li>
<li>Sekitani, T., Zschieschang, U., Klauk, H., Someya, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+organic+transistors+and+circuits+with+extreme+bending+stability%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Flexible organic transistors and circuits with extreme bending stability.</a> Nature Materials. 9 (12), 1015(2010).</li>
<li>Zamkotsian, F., Dohlen, K., Burgarella, D., Ferrari, M., Buat, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((International+Conference+on+Space+Optics-ICSO+2000%5BTitle%5D)+AND+%22International+Society+for+Optics+and+Photonics%22%5BJournal%5D)">International Conference on Space Optics-ICSO 2000.</a> International Society for Optics and Photonics. , 105692A(2019).</li>
<li>Zhang, X., Li, Z., Zhang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+performance+ultra-precision+turning+of+large-aspect-ratio+rectangular+freeform+optics%5BTitle%5D)+AND+%22CIRP+Annals%22%5BJournal%5D)">High performance ultra-precision turning of large-aspect-ratio rectangular freeform optics.</a> CIRP Annals. 67 (1), 543-546 (2018).</li>
<li>Ziaie, B., Baldi, A., Lei, M., Gu, Y., Siegel, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hard+and+soft+micromachining+for+BioMEMS%3A+review+of+techniques+and+examples+of+applications+in+microfluidics+and+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Drug+Delivery+Reviews%22%5BJournal%5D)">Hard and soft micromachining for BioMEMS: review of techniques and examples of applications in microfluidics and drug delivery.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 56 (2), 145-172 (2004).</li>
<li>Mishra, S., Yadava, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser+beam+micromachining+%28LBMM%29-a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+and+Lasers+in+Engineering%22%5BJournal%5D)">Laser beam micromachining (LBMM)-a review.</a> Optics and Lasers in Engineering. 73, 89-122 (2015).</li>
<li>Yun, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+roll-to-roll+hot+embossing+system+with+induction+heater+for+micro+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Development of roll-to-roll hot embossing system with induction heater for micro fabrication.</a> Review of Scientific Instruments. 83 (1), 015108(2012).</li>
<li>Keränen, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Roll-to-roll+printed+and+assembled+large+area+LED+lighting+element%5BTitle%5D)+AND+%22The+International+Journal+of+Advanced+Manufacturing+Technology%22%5BJournal%5D)">Roll-to-roll printed and assembled large area LED lighting element.</a> The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 81 (1-4), 529-536 (2015).</li>
<li>Park, J., Lee, J., Park, S., Shin, K. H., Lee, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+hybrid+process+for+double-side+flexible+printed+circuit+boards+using+roll-to-roll+gravure+printing%2C+via-hole+printing%2C+and+electroless+plating%5BTitle%5D)+AND+%22The+International+Journal+of+Advanced+Manufacturing+Technology%22%5BJournal%5D)">Development of hybrid process for double-side flexible printed circuit boards using roll-to-roll gravure printing, via-hole printing, and electroless plating.</a> The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 82 (9-12), 1921-1931 (2016).</li>
<li>Rank, A., Lang, V., Lasagni, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Speed+Roll-to-Roll+Hot+Embossing+of+Micrometer+and+Sub+Micrometer+Structures+Using+Seamless+Direct+Laser+Interference+Patterning+Treated+Sleeves%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Engineering+Materials%22%5BJournal%5D)">High-Speed Roll-to-Roll Hot Embossing of Micrometer and Sub Micrometer Structures Using Seamless Direct Laser Interference Patterning Treated Sleeves.</a> Advanced Engineering Materials. 19 (11), 1700201(2017).</li>
<li>Shan, X., Liu, T., Mohaime, M., Salam, B., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+format+cylindrical+lens+films+formed+by+roll-to-roll+ultraviolet+embossing+and+applications+as+diffusion+films%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Large format cylindrical lens films formed by roll-to-roll ultraviolet embossing and applications as diffusion films.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 25 (3), 035029(2015).</li>
<li>Wang, X., Liedert, C., Liedert, R., Papautsky, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+disposable%2C+roll-to-roll+hot-embossed+inertial+microfluidic+device+for+size-based+sorting+of+microbeads+and+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A disposable, roll-to-roll hot-embossed inertial microfluidic device for size-based sorting of microbeads and cells.</a> Lab on a Chip. 16 (10), 1821-1830 (2016).</li>
<li>Yun, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+Print-Type+Hot+Embossing+Process+Technology%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Engineering+Materials%22%5BJournal%5D)">Impact Print-Type Hot Embossing Process Technology.</a> Advanced Engineering Materials. 20 (9), 1800386(2018).</li>
<li>Ahn, J., Yun, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analyzing+Electromagnetic+Actuator+based+on+Force+Analysis%5BTitle%5D)+AND+%222019+IEEE+International+Conference+on+Robotics+and+Automation+%28ICRA%29%22%5BJournal%5D)">Analyzing Electromagnetic Actuator based on Force Analysis.</a> 2019 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , (2019).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia

W tym badaniu wdrożyliśmy proces tłoczenia na gorąco typu udarowego i grawerowaliśmy wzory kropek o różnych szerokościach i głębokościach na różnych foliach polimerowych w czasie rzeczywistym. Wśród etapów protokołu należy krytycznie rozważyć dwa kroki spośród wszystkich kroków. Pierwszym z nich jest ustawienie temperatury płyty grzewczej (krok 3.3.3), a drugim ustawienie początkowego położenia głowicy udarowej (krok 3.5.1). W kroku 3.3.3, jeśli temperatura płyty grzewczej jest zbyt wysoka, trudno jest utworzyć wzór, pon...

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 <silna klasa="xfig">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.

<table><tbody><tr><td>0,3 mm Wysokiej jakości przezroczyste sztywne opakowanie Rolka folii PVC do formowania próżniowego</td><td>Folia PVC Sunyo</td><td>SY1023</td><td>/ Grubość: 300 i mikro; </td></tr><tr><td>m Folia akrylowa (PMMA)</td><td>SEJIN TS</td><td>C200</td><td>Folia PMMA / Grubość: 175 i mikro; </td></tr><tr><td>m Konfokalny laserowy mikroskop skaningowy: topografia 3D do analizy i testowania materiałów</td> Mikroskop konfokalny <td>3D Carl Zeiss</td><td>LSM 700</td><td>/ Tryb wsparcia: 2D, 2.5D, topografia 3D</td></tr><tr><td>TABLICA DAQ</td> NATIONAL <td>INSTRUMENTS</td><td>USB-6211</td><td>Płyta sterująca dla dwustopniowego i udarowego złącza header / 16 wejść, 16-bit, 250kS/s, Wielofunkcyjny</td></tr><tr><td>zasilacz I/O DC</td><td>SMART</td><td>RDP-305AU</td><td>3-kanałowy zasilacz / napięcie wyjściowe: 0 ~ 30 V, Prąd wyjściowy : 0 ~ 5A</td></tr><tr><td>L511 stage</td><td>PI</td><td>L511.20SD00</td><td>Z-stage / Zakres przesuwu: 52mm</td></tr><tr><td>Duża cyfrowa płyta grzejna</td><td>DAIHAN Scientific</td><td>HPLP-C-P</td><td>/ Max Temp : 350&ordm; C</td></tr><tr><td>M531 stage</td><td>PI</td><td>M531.2S1</td><td>X-stage / Zakres podróży: 306mm</td></tr><tr><td>Mylar Poliestrowe folie PET</td><td>CSHyde</td><td>48-2F-36</td><td>Folia PET / Grubość: 50&mikro; m</td></tr><tr><td>OPA2541</td><td>BURR-BROWN</td><td>OPA2541BM</td><td>OP-AMP / Prądy wyjściowe : 5A, napięcie wyjściowe : &plusmn; 40V</td></tr></tbody></table>

badanie procesu wzorowania kropek na materiałach elastycznych przy użyciu technologii tłoczenia na gorąco typu impact print

Study of a Dot-patterning Process on Flexible Materials using Impact Print-Type Hot Embossing Technology

Tutaj prezentujemy nasze badanie na temat procesu tłoczenia na gorąco typu druku uderzeniowego, który może tworzyć wzory kropek o różnych wzorach, szerokościach i głębokościach w czasie rzeczywistym na folii polimerowej. Ponadto wdrożyliśmy system sterowania ruchem włączania/wyłączania i położeniem głowicy udarowej, aby wygrawerować różne wzory kropek. Wykonaliśmy wzory punktowe na różnych foliach polimerowych, takich jak folia poliestrowa (PET), folia z polimetakrylanu metylu (PMMA) i folia z polichlorku winylu (PVC). Wzory punktowe zostały zmierzone za pomocą mikroskopu konfokalnego i potwierdziliśmy, że proces tłoczenia na gorąco typu udarowego powoduje mniej błędów podczas procesu tworzenia wzorów punktowych. W rezultacie, proces tłoczenia na gorąco typu udarowego jest odpowiedni do grawerowania wzorów kropek na różnych rodzajach folii polimerowych. Ponadto, w przeciwieństwie do konwencjonalnego procesu tłoczenia na gorąco, w procesie tym nie wykorzystuje się stempla do wytłaczania. Dlatego proces jest prosty i może tworzyć wzory kropek w czasie rzeczywistym, co stanowi wyjątkowe zalety dla produkcji masowej i produkcji małoseryjnej.

Proces udarowego wytłaczania na gorąco typu drukującego jest metodą, którą można wykorzystać do grawerowania wzorów kropkowych na folii polimerowej w czasie rzeczywistym, co przedstawiono na Rysunku 1. Proces ten pozwala rozwiązać problemy wysokich kosztów oraz długiego czasu wymiany wzorników, które wiążą się z istniejącymi procesami wytłaczania na gorąco. Zbudowano układ sterujący, przedstawiony na Rysunku 2 (patrz kroki 2.3–2.3.9), wykorzystujący moduł DAQ, w...

Technologia tłoczenia na gorąco typu druku Impact wykorzystuje nagłówek uderzeniowy do grawerowania wzorów kropek na elastycznych materiałach w czasie rzeczywistym. Technologia ta posiada system sterowania do sterowania ruchem włączania/wyłączania i położenia głowicy udarowej w celu tworzenia wzorów kropek o różnych szerokościach i głębokościach na różnych foliach polimerowych.

Badanie procesu wzorowania kropek na materiałach elastycznych przy użyciu technologii tłoczenia na gorąco typu Impact Print

Here we present our study on an impact print-type hot embossing process which can create dot patterns with various designs, widths, and depths in real ...

Technologia Impact Print-Type Hot Embossed może tworzyć wzory kropek, które mogą zmieniać szerokość i głębokość wzoru w czasie rzeczywistym, na różnych rodzajach folii polimerowych, przy użyciu wzoru udarowego. W porównaniu z istniejącą technologią tłoczenia na gorąco, koszt prasowanego kształtu wzoru jest znacznie niższy, a dowolny kształt tłoczenia można wykonać w czasie rzeczywistym. Nasza technologia może być zastosowana w dziedzinie urządzeń biologicznych, a urządzenia te mogą pomóc w sprawdzeniu stanu pacjenta lub choroby poprzez odczyt biosygnałów użytkownika.Jeśli ciepło elektryczne jest zbyt niskie, głowica udarowa może rozerwać folię polimerową lub głowica udarowa może się zużyć. Dlatego ważne jest, aby znaleźć odpowiednie ciepło elektryczne z powtarzalnych eksperymentów. Zacznij od wykonania pierwszego modelu i połącz go z etapem X.Połącz stopień X i stopień Z, a następnie zmontuj stopień Z i model drugi. Następnie połącz model drugi i głowicę udarową i umieść płytę grzewczą poniżej modelu pierwszego. Zamontuj dwa uchwyty folii na końcu płyty grzewczej i przymocuj folię polimerową do uchwytu folii.Następnie, aby upewnić się, że folia polimerowa jest płaska na płycie grzewczej, pociągnij folię polimerową tak mocno, jak to możliwe, poruszając jednym z uchwytów folii. Alternatywnie, aby przesunąć folię polimerową na bok, przesuń uchwyt folii za pomocą ruchu drugiego. Na koniec podłącz urządzenie sterujące, które wysyła sygnały do nagłówka udarowego, aby je kontrolować, i wprowadź minus 3 V i plus 10 V jako sygnały sterujące do nagłówka udarowego.Na koniec podłącz urządzenie sterujące, które wysyła sygnały do głowicy udarowej, aby ją kontrolować, i wprowadź minus 3 V i plus 10 V jako sygnały sterujące do głowicy udarowej. Zacznij od zainstalowania programu sterującego etapem na komputerze sterującym, aby sterować etapem X i stopniem Z. Zainstaluj oprogramowanie sterownika DAQ, aby wykryć urządzenie sterujące na komputerze sterującym, które steruje nagłówkiem udarowym, i zainstaluj program operacyjny do sterowania urządzeniem sterującym.Następnie, aby przeprowadzić eksperyment z wzornictwem, przymocuj folię polimerową do uchwytu folii i wyreguluj położenie folii polimerowej za pomocą ruchów pierwszego i drugiego, aby płasko zamocować folię. Po zamocowaniu folii polimerowej wyreguluj temperaturę płyty grzewczej, aby podgrzać folię powyżej temperatury zeszklenia. Następnie dostosuj początkową pozycję głowicy udarowej, sterując stopniami X i Z za pomocą programu sterującego stolikiem.Użyj programu operacyjnego, aby wygenerować sygnał sterujący 5 V z urządzenia sterującego. Gdy wzmacniacz operacyjny wzmocni sygnał sterujący 5 V do wartości większej niż 10 V, włącz głowicę udarową i wygraweruj wzory na folii polimerowej. Następnie należy wygenerować sygnał sterujący 0v z urządzenia sterującego za pomocą programu operacyjnego.Gdy wzmacniacz operacyjny wzmocni sygnał sterujący 0 V do minus 3 V, wyłącz głowicę udarową. Przesuń X stage na miejsce, aby wygrawerować następny wzór. Opuść stopień Z o dziesięć mikronów od pozycji początkowej i trzykrotnie wygraweruj wzory na folii polimerowej, licząc liczbę ruchów stopnia Z.Gdy liczba ruchów stopnia Z przekroczy trzy, przesuń stopień X do pozycji początkowej i maksymalnie podnieś głowicę udarową, przesuwając stopień Z. Na koniec odłącz folię polimerową od uchwytu folii i zmierz szerokość i głębokość każdego wzoru punktowego za pomocą mikroskopu konfokalnego w trybie skanowania laserowego. W tym badaniu utworzono wzór punktowy na trzech foliach polimerowych, a do obserwacji wzoru użyto mikroskopu konfokalnego.We wzorze kropkowym użyto dziewięciu punktów, a rozmiar wzoru zwiększył się od próbki pierwszej do trzeciej, ponieważ wysokość stolika Z przesunęła się w dół o dziesięć mikronów. Co więcej, protokół ten był w stanie zmierzyć szerokość i głębokość wzoru każdej kropki, a wzór był wyraźnie widoczny przez obraz 2D jednej kropki. Błędy we wzorach kropek dla trzech rodzajów folii są niewielkie, co wskazuje, że proces tłoczenia na gorąco typu Impact Print-Type jest odpowiedni do grawerowania mikrowzorów na foliach polimerowych w czasie rzeczywistym.Ta metoda jest pierwszą z proponowanych metod, więc będzie pomocna dla początkujących w zrozumieniu przenikliwego projektowania, przygotowania próbki i procedury procesu poprzez wizualizację. Na tym etapie, jeśli folia zostanie podgrzana w spoczynku w temperaturze zeszklenia, wzór nie wygraweruje się tam ze względu na odtworzenie folii. Dokumentacja temperatury wzoru wynosi 350 stopni Celsjusza, a nasz proces może dostosować się do wzoru linii.Zalety te można wykorzystać w półprzewodnikach, wykorzystując wysokie temperatury i ultradrobne kanały. Nasza technologia może wykonać wzór za pomocą systemów konturowych. Protokół ten pomaga otworzyć drogę do badań, które mogą tworzyć wzorce w mikroskali przy niskich kosztach, bez procesu chemicznego.Nie ma ryzyka rozdarć chemicznych, jednak podczas eksperymentu użytkownik musi używać sprzętu ochronnego, aby uniknąć poparzeń, ponieważ płyta grzewcza jest podgrzewana do wysokich temperatur.

study-dot-patterning-process-on-flexible-materials-using-impact-print

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Drukowanie mikrokontaktowe jest szeroko stosowane do wzorowania białek i innych cząsteczek na powierzchniach materiałów. Demonstrujemy podstawowe kroki tego procesu, polegające na stemplowaniu wzorów fibronektyny na szkle.

Mikrodruk białek w biologii komórki

Samoorganizujące się monowarstwy (SAMs) utworzone z długołańcuchowych alkanotioli na złocie stanowią precyzyjnie zdefiniowane podłoża do tworzenia wzorów białkowych oraz ograniczania przestrzeni wzrostu komórek. Mikro kontaktowy druk heksadekanotiolu przy użyciu stempla z polidimetylosiloksanu (PDMS), a następnie wypełnienie wolnych przestrzeni monomerem alkanotiolu zakończonym grupą glikolową, pozwala na uzyskanie wzoru, w którym białka i komórki adsorbują wyłącznie do obszaru z nadrukowanym...

Tworzenie dwuwymiarowych wzorowanych podłoży do ograniczania przestrzeni białek i komórek

W niniejszej pracy opisujemy prostą metodę wzorowania wolnego od tlenków krzemu i germanu za pomocą reaktywnych monowarstw organicznych oraz demonstrujemy funkcjonalizację wzorowanych podłoży małymi cząsteczkami i białkami. Podejście to zapewnia całkowitą ochronę powierzchni przed utlenianiem chemicznym, umożliwia precyzyjną kontrolę nad morfologią struktur oraz zapewnia łatwy dostęp do wzorów rozróżnialnych chemicznie.

Funkcjonalizacja i wzorowanie krzemu oraz germanu beztlenkowego metodą miękkiej litografii

Opisano metodę montażu adhezyjnych i rozpuszczalnych gradientów w komorze mikroskopowej do badań migracji żywych komórek. Zaprojektowane środowisko łączy powierzchnie przeciwporostowe i ścieżki adhezyjne z gradientami roztworu, a tym samym pozwala określić względne znaczenie wskazówek naprowadzających.

Tworzenie adhezyjnych i rozpuszczalnych gradientów do obrazowania migracji komórek za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej

Opisana jest realna metodologia oparta na druku transferowym, mająca na celu wprowadzenie plazmonicznych nanostruktur metalowych do ogniw słonecznych.  Wykorzystując nanofilarowe stemple poli(dimetylosiloksanowe), uporządkowany układ nanodysków oparty na Ag zintegrowano ze standardowymi uwodornionymi mikrokrystalicznymi ogniwami słonecznymi Si, co doprowadziło do poprawy wydajności urządzenia dzięki plazmonicznemu pułapkowaniu światła.

Integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego

W tym artykule prezentujemy protokół selektywnego osadzania materiałów organicznych na tekstyliach, który pozwala na bezpośrednią integrację organicznych urządzeń elektronicznych z urządzeniami do noszenia. Wyprodukowane urządzenia można w pełni zintegrować z tekstyliami, szanując ich mechaniczny wygląd i umożliwiając wykrywanie.

Prosta i skalowalna metoda wytwarzania organicznych urządzeń elektronicznych na tekstyliach

Tutaj prezentujemy protokół do tworzenia wzorów przewodzących o wysokiej rozdzielczości za pomocą elektrohydrodynamicznego (EHD) druku strumieniowego. Protokół obejmuje dwa tryby druku strumieniowego EHD: ciągłe elektroprzędzenie w bliskim polu (NFES) i drukowanie EHD metodą kropli na żądanie (DOD) oparte na kropkach.

Modelowanie w wysokiej rozdzielczości przy użyciu dwóch trybów strumienia elektrohydrodynamicznego: kropli na żądanie i elektroprzędzenia w bliskim polu

Prosty protokół jest dostępny do wytwarzania struktur hemiwickich o różnych rozmiarach, kształtach i materiałach. Protokół wykorzystuje kombinację fizycznego tłoczenia, formowania PDMS i cienkowarstwowych modyfikacji powierzchni za pomocą popularnych technik osadzania materiałów.

Skalowalne drukowanie pieczątek i produkcja powierzchni hemiwickingowych

Opisujemy ulepszenia standardowej metody pomiaru sił trakcyjnych komórek, opartej na drukowaniu mikrokontaktowym z pojedynczym krokiem subtraktywnego tworzenia wzorów układów punktowych białek macierzy zewnątrzkomórkowej na miękkich hydrożelach. Metoda ta pozwala na prostsze i bardziej spójne wytwarzanie wzorów wyspowych, niezbędnych do kontrolowania kształtu klastrów komórek.

Generowanie wzorców dla mikroskopii trakcyjnej mikrowzorców

Ten protokół opisuje prosty proces, który wykorzystuje wygodne plastikowe mikro-formy do prostych operacji mikrotłoczenia w celu wytworzenia mikrokanałów na nanofibrylowanym papierze celulozowym, osiągając minimalną szerokość 200 μm.

Mikrotłoczenie: wygodny proces wytwarzania mikrokanalików na mikrofluidyce na bazie papieru nanocelulozowego

Przedstawiamy metodę nanoszenia trwałych oznaczeń i wzorów na powierzchnie silikonowe poprzez przyleganie drobnych cząstek do powierzchni. Oznaczenia mogą być albo rozpoznawalnym wzorem, albo losowym wzorem plamek, takim jak te używane w cyfrowej korelacji obrazów.

Nakładanie trwałych, solidnych szablonowych wzorów drobnych cząstek na powierzchnie elastomerowe

Poznaj technologię tłoczenia na gorąco typu Impact Print do tworzenia wzorów kropek na elastycznych filmach polimerowych w czasie rzeczywistym. Ta metoda oferuje niższe koszty i większą elastyczność niż tradycyjne techniki tłoczenia.

Badanie procesu wzorowania kropek na materiałach elastycznych przy użyciu technologii tłoczenia na gorąco typu Impact Print

Przeglądaj więcej filmów