De alta resolução padronização usando dois modos de Jet Electrohydrodynamic: queda na demanda e campo próximo eletrofiação

A impressão a jato eletrohidrodinâmica é um método de padronização direta e sem contato que pode ser usado em vários campos, como eletrônica impressa, materiais avançados, biotecnologia e assim por diante. O método de impressão a jato eletrohidrodinâmico usa um alto campo elétrico para puxar a tinta carregada para o substrato. Para isso, um sistema fluídico é usado para empurrar a tinta para o bico e uma fonte de alimentação de alta tensão é usada para produzir o campo elétrico.

A principal vantagem dessa técnica é que ela pode ser usada para imprimir pontos ou padrões muito pequenos, em comparação com o método convencional de impressão a jato de tinta. Com base nas configurações elétricas e fluídicas, três modos diferentes de impressão drop-on-demand, eletrofiação e eletrospray, podem ser implementados. Para padrões finos, vamos nos concentrar no DOD e na eletropsisina de campo próximo.

O DOD usa tensão CC e tensão de pulso para jateamento, enquanto a eletrofiação de campo próximo usa apenas tensão CC para jateamento. As pessoas sabiam que esse método teria dificuldade em obter o jato adequado porque requer mais coisas específicas e diferentes métodos de caneta de impressão, como voltagem, bico, velocidade de impressão e distância de pé. O corajoso aluno Mr.Oh demonstrará a eletrofiação drop-on-demand e de campo próximo usando tinta de nanopartículas de prata, a fim de ajudar as pessoas a entender os processadores de impressão.

Para impressão drop-on-demand, primeiro encha o reservatório de tinta da impressora a jato eletrohidrodinâmico com tinta de nanopartículas de prata filtrada. Em seguida, prepare o bico a partir de uma pipeta de vidro, conforme descrito no protocolo de texto que acompanha. Monte o suporte do bico conectando o bico ao reservatório de tinta por meio de um tubo de Teflon.

Em seguida, ligue o controlador de pressão de ar e aplique uma pressão de ar de 15 a 20 quilopascal no reservatório de tinta. Monitore o fluxo de tinta através do bico de vidro e da tubulação para garantir que nenhum ar fique preso ao fornecer a tinta. Continue aplicando pressão de ar no reservatório até que a tinta apareça na ponta do bico.

Não reduza a pressão antes que a tinta apareça na ponta do bico, pois isso pode causar o aprisionamento de bolhas de ar na ponta. Assim que a tinta aparecer na ponta do bico, reduza a pressão para cerca de 12 quilopascal. Isso manterá o menisco extrudado sem que nenhuma tinta pingue da ponta do bico.

Em seguida, fixe a cabeça do bico montada no sistema de impressão. Usando uma câmera de visão lateral para visualizar a folga entre a ponta do bico e o substrato, mova o eixo Z da platina para ajustar a folga para aproximadamente 100 micrômetros. Uma lacuna menor leva a um campo elétrico mais alto, o que pode facilitar a impressão com tensões de pulso mais baixas para jateamento.

No entanto, uma folga menor também pode levar a quedas maiores se a tensão não for ajustada corretamente. Neste ponto, monitore a tinta no bico enquanto começa a aplicar tensões CC e pulso. Aumente gradualmente a tensão CC em incrementos inferiores a 100 volts de cada vez.

Quando a tinta começar a pingar do bico, reduza ligeiramente a tensão CC até que a tinta pare de pingar do bico. Em seguida, defina uma tensão de pulso negativa com o tempo de subida igual a zero a 100 microssegundos, o tempo de permanência igual a 300 microssegundos e o tempo de queda igual a zero microssegundos. Em seguida, aplique a tensão de pulso negativa no suporte do substrato.

Agora, ajuste a magnitude da tensão de pulso para produzir uma gota por pulso único. Em seguida, ajuste o fundo CC e as tensões de pulso para obter o tamanho da gota alvo no substrato, enquanto observa os pontos jateados no substrato na imagem da câmera de visão lateral. Primeiro, carregue uma imagem bitmap na guia de impressão do software de impressão e converta-a em uma imagem binária.

Em seguida, defina os parâmetros para a impressão da imagem binária. Por exemplo, defina a distância entre duas gotas, ou intervalo de queda, como dez micrômetros. Depois de configurado, comece a imprimir usando o bitmap selecionado no local de destino do substrato.

Para se preparar para a impressão vetorial, carregue as informações CAD do padrão no software de impressão. Em seguida, defina os parâmetros para a impressão, como a velocidade de impressão e o espaçamento entre pontos. Com os parâmetros agora definidos, comece a imprimir.

Para realizar a eletrofiação de campo próximo, primeiro prepare a tinta de nanopasta de prata especialmente formulada. Para conseguir isso, misture três partes de etanol e uma parte de água deionizada para fazer 12 mililitros de solvente. Em seguida, misture 0,3 gramas de óxido de polietileno e 9,7 gramas do solvente preparado para fazer uma solução de polímero a 3% em peso.

Usando um agitador magnético, misture bem a solução por mais de seis horas, mexendo em temperatura ambiente. Com o solvente agora preparado, misture cinco partes de tinta de nanopasta de prata com uma parte da solução de polímero preparada. Combine os dois usando um misturador de vórtice, misturando por dez minutos para suspender adequadamente a tinta.

Em seguida, encha a tinta preparada em uma seringa e conecte a seringa a um bico através do tubo de conexão de Teflon. Forneça a tinta ao bico empurrando a seringa manualmente. Quando a tinta atingir o bico, instale a seringa na bomba de seringa conectada ao sistema de impressão.

Opere a bomba de seringa para gerar um fluxo de tinta com uma taxa de fluxo inicial de 50 microlitros por minuto. Quando a tinta sair da ponta do bico, diminua a taxa de fluxo para um microlitro por minuto. Em seguida, aplique a fonte de tensão CC ao conector do bico enquanto a tensão de aterramento está conectada ao suporte do substrato.

Aumente a tensão CC gradualmente para 1,5 quilovolts. A tensão CC pode ser aumentada em até dois quilovolts. No entanto, uma tensão CC superior a dois quilovolts deve ser evitada, pois pode danificar a tinta.

Uma vez configurado, inicie a impressão ociosa com uma velocidade de impressão de 300 milímetros por segundo por pelo menos 10 minutos para obter um fluxo em estado estacionário. Isso é necessário porque a tinta viscosa pode ser comprimida no tubo longo. Ajuste os parâmetros de impressão, como a tensão CC e a taxa de fluxo durante a impressão ociosa, para obter os resultados de impressão desejados.

Por fim, imprima o padrão selecionado no substrato usando os parâmetros de impressão agora definidos. A impressão drop-on-demand baseada em pontos e a impressão raster usam um único eixo para imprimir pontos na direção principal e, em seguida, passar para a próxima faixa na subdireção. Esta imagem raster tem um tamanho de gota de cerca de quatro mícrons.

Em contraste, a impressão drop-on-demand baseada em pontos no modo vetorial executa movimentos simultâneos nas direções X e Y e é usada para imprimir as linhas. A imagem resultante tem larguras de linha de quatro mícrons. A eletrofiação de campo próximo usa tinta altamente viscosa para imprimir padrões continuamente.

Como resultado, este método é adequado para imprimir linhas retas usando uma alta velocidade de impressão e é sensível a mudanças na velocidade de impressão. Regiões lentas descartáveis devem ser incluídas no projeto para garantir um tamanho de linha consistente na região desejada. Em alguns casos, uma baixa velocidade de jato pode ser usada para gerar um padrão de onda usando uma baixa velocidade de impressão de menos de 100 milímetros por segundo.

Os padrões podem se tornar ondulados, como mostrado aqui. Esse tipo de padrão ondulado pode ser útil em aplicações eletrônicas extensíveis. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para os pesquisadores produzirem padrões finos para suas aplicações específicas.

Observe que este método de impressão não se limita apenas à tinta de nanopartículas de prata, mas também pode ser usado em outras aplicações com várias tintas. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de usar a tinta apropriada para impressão. Consulte as diretrizes gerais para seleção de tinta fornecidas no texto deste artigo.

Certifique-se de ajustar os parâmetros de impressão de acordo com sua seleção de tinta e aplicações. Não se esqueça de que trabalhar com produtos químicos, alta tensão e alta pressão pode ser perigoso, e precauções devem sempre ser tomadas ao realizar este procedimento.