Summary
כאן אנו מציגים עבור הזיוף של מבנים מודפס הזרקת דיו חיישן רב שכבתי על מצעים additively מיוצרים ו לסכל פרוטוקול.
Abstract
שיטה לשלב additively מיוצרים סובסטרטים או foils והציג מרובת שכבות מדפסת הזרקת דיו להרכבת חיישן התקנים. הראשון, מצעים שלוש (אקרילט, קרמיקה ו נחושת) מוכנים. כדי לקבוע מאפייני גשמי וכתוצאה מכך אלה סובסטרטים, נעשים profilometer, זווית מגע, לסרוק בעזרת מיקרוסקופ אלקטרון (SEM), מדידות יון ממוקדת קרן (שיקרתי). רזולוציית הדפסה השגה ונפח טיפה מתאימים לכל סובסטרט, ואז, נמצאים דרך ירידה בגודל הבדיקות. . אז, שכבות בידוד, מוליך דיו הם הזרקת דיו המודפסים לחלופין מחומות המבנים חיישן היעד. לאחר כל שלב ההדפסה, הרבדים בהתאמה מטופלים בנפרד על ידי פוטוני לרפא. הפרמטרים המשמשים לריפוי בכל אחת מהשכבות מותאמים בהתאם שהדיו המודפס, כמו גם על מאפייני משטח המצע בהתאמה. כדי לאשר את מוליכות וכתוצאה מכך וכדי לקבוע את טיב פני השטח המודפס, ארבע נקודות בדיקה ומדידות profilometer נעשים. לבסוף, מלכודת המדידה ותוצאות מושגת על ידי מערכת מודפס כל חיישן כזה מוצגים כדי להדגים את איכות בר השגה.
Introduction
הייצור מוספים (AM) יתוקנן כתהליך שבו חומרים הם חברו כדי להפוך אובייקטים מנתונים דגם התלת-ממד. זה נעשה בדרך כלל שכבה על גבי שכבה, לפיכך, ניגודים עם טכנולוגיות ייצור מופחתים, כגון ייצור מוליכים למחצה. מילים נרדפות כוללים ייצור הדפסת תלת-ממד, מוספים, תהליך מוספים, מוספים, ייצור שכבה מוספים, ייצור שכבה, וטכניקות ייצור צורה חופשית. אלה מילים נרדפות משוחזרות של סטנדרטיזציה על ידי אמריקאי החברה של בדיקות, חומרים (ASTM)1 לספק הגדרה ייחודית. בספרות, 3D-הדפסה מתייחסים כאל תהליך איפה עובי של האובייקטים המודפס בטווח של סנטימטרים אפילו מטר2.
תהליכים יותר נפוצים, כגון stereolithography3, לאפשר ההדפסה של פולימרים, אבל 3D-ההדפסה של מתכת הוא גם כבר זמינים מסחרית. אני של מתכות הוא מועסק באזורים סעפת, כגון עבור כלי רכב, תעופה וחלל4וכן רפואי5 סקטורים. יתרון למבני התעשייה האווירית היא האפשרות להדפיס התקנים קלים באמצעות שינויים מבניים פשוטים (למשל, באמצעות עיצוב חלת דבש). כתוצאה מכך, חומרים עם, למשל, יותר חוזק מכני, זה אחרת להוסיף כמות משמעותית של משקל (למשל, טיטניום במקום אלומיניום)6, יכול להיות מועסק.
בעוד 3D-ההדפסה של פולימרים כבר וותיקה, הדפסת תלת-ממד מתכת הוא עדיין נושא המחקר תוססת, מגוון רחב של תהליכים פותחו עבור תלת-ממד-ההדפסה של מבני מתכת. בעיקרון, השיטות הזמינות יכולים להיות משולבים בתוך ארבע קבוצות7,8, כלומר 1) באמצעות לייזר או קרן אלקטרונים עבור חיפוי בתהליך חוט-fed, מערכות מתיכות 2) באמצעות לייזר או קרן אלקטרונים, נמס 3) באופן סלקטיבי באמצעות אבקה קרן לייזר או אלקטרון (אבקת מיטה fusion), ו- 4) קלסר לטוס תהליך שבו, בדרך כלל, ראש הדפסה הזרקת דיו נע מעל מצע אבקת ו dispenses הסוכן מחייבת.
בהתאם התהליך, הדגימות מיוצרים בהתאמה תערוכת מאפיינים שונים של פני השטח ומבניים7. אלה מאפיינים שונים יהיה חייב להיחשב במאמץ נוסף עוד יותר functionalize את החלקים מודפס (למשל, על ידי בדיית חיישנים על משטחים שלהם).
בניגוד 3D-הדפסה, ההדפסה תהליכים כדי להשיג כזה functionalization (למשל., מסך, מדפסת הזרקת דיו) מכסה רק מוגבל אובייקט לגבהים של פחות מ- 100 ננומטר9 עד כמה מיקרומטר, ועל כך, לעיתים קרובות המכונה גם 2.5 D-הדפסה. לחלופין, פתרונות מבוססי לייזר ברזולוציה גבוהה המתבנת היו גם המוצעת10,11. להמיס תרמית התלויים סקירה מקיפה של תהליכי ההדפסה, הטמפרטורה של חלקיקים, היישומים ניתנת על ידי קו12.
הדפסה המסך אמנם וותיקה ב13,ספרות14, מדפסת הזרקת דיו מספקת יכולת upscaling משופרת, יחד עם פתרון מוגבר עבור ההדפסה של תכונה בגדלים קטנים יותר. חוץ מזה, היא שיטה הדפסה דיגיטלית, ללא מגע המאפשר בתצהיר גמיש של חומרים פונקציונליים על תלת מימדי. כתוצאה מכך, העבודה שלנו מתמקדת מדפסת הזרקת דיו.
טכנולוגיית הדפסה הזרקת הדיו כבר ננקטה הזיוף של אלקטרודות חישה מתכת (כסף, זהב, פלטינה, וכו '). תחומי יישומים לכלול15,של מדידת טמפרטורה16, לחץ, זן חישה17,18,19, ו20,biosensing21, כמו גם גז או אדים ניתוח22,23,24. לריפוי כזה מבנים מודפס עם סיומת גובה מוגבל יכול להיות נעשה בטכניקות שונות, בהתבסס על תרמית25, מיקרוגל26, חשמל27, לייזר28, ופוטוניים29 עקרונות.
אשפרה פוטוני למבני הזרקת דיו מודפס מאפשר לחוקרים להשתמש באנרגיה גבוהה, לריפוי, מוליך דיו על מצעים עם התנגדות בטמפרטורה נמוכה. ניצול הנסיבות זה, השילוב של 2.5 D - ו 3D-הדפסה תהליכים יכול להיות מועסק כדי לבדות טיפוס גמיש במיוחד באזור של אריזה חכמה30,31,32 וחישה חכם.
מוליכות מודפס 3D סובסטרטים מתכת היא עניין בענף התעשייה האווירית, כמו גם למגזר הרפואי. זה לא רק לשפר את יציבות מכנית של חלקים מסוימים אבל מועיל-שדה ליד, כמו גם חש קיבולי. דיור מתכת מודפס 3D מספק נוספים מיגון/הלקוייה של החיישן החזיתי מאז זה יכולים להיות מחוברים חשמלית.
המטרה היא ליצור התקנים באמצעות טכנולוגיית AM. התקנים אלה צריך לספק רזולוציה גבוהה מספיק במדידה שהם מועסקים עבור (לעתים קרובות על מיקרו - או ננו), באותו הזמן, הם צריך למלא סטנדרטים גבוהים לגבי אמינות ואיכות.
הוכח, כי הטכנולוגיה AM מציג למשתמש עם גמישות מספקת כדי לפברק אופטימיזציה עיצובים33,34 אשר משפרים את איכות המדידה הכוללת ניתן להשיג. בנוסף, השילוב של פולימרים בשכבה יחידה מדפסת הזרקת דיו הוצגו ב-37,36,35,המחקר הקודם38.
בעבודה זאת, מחקרים זמין מורחבות, סקירה אודות המאפיינים הפיזיים של מצעים AM, עם דגש על מתכות ותאימות שלהם עם רב שכבתי מדפסת הזרקת דיו וריפוי פוטוני הינו מסופק. עיצוב של סליל מרובת שכבות למופת מסופק משלים באיור1. התוצאות משמשים עבור מתן אסטרטגיות מדפסת הזרקת דיו של חיישן מרובת שכבות מבנים על מצעים מתכת AM.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
התראה: לפני השימוש נחשב דיו של דבקים, להתייעץ את הרלוונטיות חומר בטיחות נתונים גיליונות (MSDS). דבקים ודיו nanoparticle מועסקים עשויים להיות רעילים או מסרטנים, ותלוי המילוי. אנא השתמש כל נוהלי בטיחות המתאים בעת ביצוע מדפסת הזרקת דיו או הכנת דוגמאות, וודא ללבוש ציוד מגן אישי המתאים (בטיחות משקפיים, כפפות, חלוק המעבדה, מכנסיים באורך מלא, נעליים סגורות).
הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול לאחר צעד כלשהו מלבד השלבים 6.3-6.6 צעדים 9.2-9.5.
1. הכנת מצעים מודפס 3D
- להכין ציורים תכנון בעזרת מחשב (CAD), אידיאלי באמצעות תבנית הקובץ .stl stereolithography.
הערה: העיצובים בשימוש מומחשים Supplementary איור 2 ו- 3 איור משלים. - לבחור את התהליך AM בהתבסס על תכונות החומר הנדרש על-ידי יישום היעד (ראה טבלה 1 המגבלות תהליך בהתאמה).
הערה: בעבודה זו, השתמשנו בדגימות עשוי נחושת מודפס 3D, וכן קרמיקה הדפסת תלת-ממד. - לפברק את המצע נחושת על-ידי הדפסת תלת-ממד עם שעווה, השעווה האבודה השלכת39.
- לפברק את המצע קרמיקה מאת מבוסס-הדפס אבן קרמיקה ייצור טכנולוגיה (LCM)40 (ראה וידאו 1).
- לפברק את המצע אקרילט באמצעות מדפסות תלת-ממד של פולימר ברזולוציה גבוהה37 ולהסיר את השעווה תמיכה מן החלק המודפס.
- לשים את החלק המודפס בתוך תנור ב 65 ° C עבור h 1 להמיס שעווה התומכים.
- לאחר הסרת החלק המודפס מהתנור, לשים בתוך אמבט שמן אולטראסוניות ב 65 ° C כדי להסיר השעווה חורים, פתחים קטנים, וכו '
- לנקות את סובסטרטים באמצעות מגב מורטבים עם אצטון, כפי זיהומים משטח אפשרי השפיעו באופן ניכר את איכות ההדפסה הזרקת דיו מאוחר יותר.
הערה: הכנת מצעים AM יכול להיעשות באמצעות ציוד שונה ותהליכים. בהתאם האסטרטגיה פבריקציה נוספת, המאפיינים משטח ו בתפזורת עשויים להשתנות גם כן. לכן חיוני לשלוט במאפיינים אלה תוך שימוש בטכניקות הבדיקה מומלץ מאוחר יותר (ראו, למשל, סעיף 4 של פרוטוקול זה).
2. ייצור של חיבורי
הערה: הזיוף של חיבורי שונה בהתאם לסוג (מוליכי חשמל/מוליכים) המצע.
- לפברק מהירים על מוליכים מצעים (קרמיקה).
- לוותר על טמפרטורה נמוכה. דבק מוליך לריפוי microdispenser לחץ זמן רכוב על תחנת microassembly לתוך vias המתאים החלקים המודפס.
- עזוב המפוברקת חיבורי לייבוש למשך 10 דקות ב 23 ° C, ועם ללחץ הסביבתי.
הערה: עבור המצע קרמיקה, חיבורי יכול גם להיות מפוברק באמצעות הלחמה הדבקה ו אשפרה בטמפרטורות גבוהות.
- לפברק מהירים על מצעים מוליך.
- לוותר על הדיו בידוד בכל vias' (חורים/גומות במצע) היקף ויה microdispenser לחץ זמן.
- לבצע פוטוני לריפוי באמצעות אור חזק פעמו כפי שהוצע על ידי הספק דיו.
- פתח את המגש של הציוד לריפוי פוטוני המכיל את הטבלה המצע.
- להעביר את הדגימה נחושת לטבלה המצע של הציוד ריפוי פוטוני ותקן אותה באמצעות גופי מגנטי שסופקו.
- להתאים את גובה השולחן המצע של הציוד כדי להעביר את הדגימה למישור המוקד של הציוד לריפוי.
- לסגור את המגש להתאים את פרופיל ריפוי כפי שהומלץ על ידי הספק של החומר עבור החומר המודפס ממשק התוכנה של הציוד ו לחצו על לחצן start.
- למלא דרך עם ריפוי מוליכי חום בטמפרטורה נמוכה להדביק (טבלה של חומרים).
הערה: באופן כללי, זה ניתן להשתמש כל סוגי דבקים מוליכי חשמל חד-רכיבי, על בסיס אפוקסי אשר טמפרטורה מופעל. - מחשבי המפוברקת יבש 10 דקות ב 23 ° C.
3. הכנת מערכת הדפסה הזרקת דיו
- לנקות/נקה חרירי ראש ההדפסה עם הטיהור הגדרת תוכנת המדפסת, השימוש בכימיקל המתאים בשביל הדיו המתאימים: להשתמש אלכוהול איזופרופיל עבור בידוד דיו; השתמש triethylene גליקול monomethyl הדיו מוליך. נקה את חרירי ההדפסה על ידי לחיצה על הלחצן ' נקה ' ממשק התוכנה של המדפסת עד הפתרון הוצאת from חרירי בהתאמה ברור.
הערה: מידת הצורך כימי תלוי על המדפסת, זרבובית, כימית. בניסוי זה, שימש כ 2 מ"ל. - למלא מיכלי דיו עם-1.5 מ של חלקיקי כסף דיו עם טעינת מתכת 50 wt.% וגודל החלקיקים הממוצע של 110 nm באמצעות מזרק, למשל, עם חבית 3 מ"ל, נעל זכוכית של 18 גרם dispensing המחט.
- השתמש ראש הדפסה אחד כדי הזרקת הדיו על ידי לחיצה על לחצן התחל הראש בממשק התוכנה של המדפסת.
- השתמש את הפרופיל jetting שהותאמו מראש של המדפסת עבור לטוס הדיו מוליך.
- העבר את ראש ההדפסה למצב dropview באמצעות האפשרות ללכת לעמדה dropview ממשק התוכנה של המדפסת ולבחון את לטוס הדיו.
- לשנות את הפרמטרים של הפרופיל מתח מותקן מראש את ראש ההדפסה ואת הטמפרטורה ראש ההדפסה כדי להתאים את מהירות ירידה, צורה, נפח. התאם את הלחץ דיו כדי להימנע כל שפיכת הדיו וכדי לצמצם את היווצרות טיפות בלוויין.
הערה: עבור מערכת ההדפסה בשימוש פרוטוקול זה, המתח המבצעי jetting המרבי הוגדר 40 V ופרופיל jetting של זמן עלייתו/סתיו µs 1 µs להחזיק זמן שימש 10-14. הדיו כסף היה זינק ב 45 º C. הלחץ דיו האופטימלי הוא תלוי רמת דיו. המתח בפרופיל מתח צריך להיות מוגברת או מופחתת בהתאם המדינה (למשל, טמפרטורה, צמיגות) את הדיו ואת הטמפרטורה הנוכחית של הראש, כמו גם המדינה ראש ההדפסה בשימוש. כדי להשיג לטוס נכונה, אנו ממליצים לשנות את המתח כלפי מעלה צעדים קטנים 1 V. אם אין שיפור צורת טיפה, להקטין המתח צעדים קטנים של 1 (פ') לעקוב אחר הליך זה עד לצניחת יציב מושגת.
- להתאים את הפרמטרים ההדפסה עבור הדיו בידוד באותו אופן כפי שנעשה בשביל הדיו כסף.
- להשתמש הזרקת החומר מבודד נמוך-k, אשר הוא תערובת של מונומרים אקרילט מסוג אחר ראש ההדפסה.
הערה: שוב, של מתח jetting המבצעית של 40 V וזמן עלייה/סתיו 1 µs עם 8 µs להחזיק זמן היה בשימוש בפרוטוקול זה. הדיו מבודד יכול להיות זינק ב 50 º C. הלחץ דיו האופטימלי הוא תלוי רמת הדיו בפועל. בדרך כלל, הפרמטרים בשימוש תלויים מאד המאפיינים של הדיו, כמו גם של המצע או שכבה שעליו הוא יודפס. במהלך תהליך ייצור, ייתכן הפרמטרים ההדפסה יותאם באופן דינמי. נא עיין במדריך המשתמש של מערכת ההדפסה כיצד כראוי להתאים את הפרמטרים המדפסת.
- להשתמש הזרקת החומר מבודד נמוך-k, אשר הוא תערובת של מונומרים אקרילט מסוג אחר ראש ההדפסה.
4. בדיקה של מאפייני השטח מצעים המתאימים עבור שמשטחו ועל ההתאמה של המדפסת פרמטרים עבור השכבה הראשונה
- לבצע מדידות profilometer כדי לקבוע את חספוס פני השטח.
- שים המדגם על שולחן המצע (שלב) profilometer.
- אם לא הביתה, שני חיבורים הבמה באמצעות כפתור הבית ממשק התוכנה.
- לבחור את הרזולוציה המתאימה ואת האזור אשר ממופה בממשק תוכנה.
- שים את ראשך מדידה-המיקום ההתחלתי להתחיל את המדידה באמצעות האפשרות jog, לחצן ' התחל ' בממשק תוכנה.
- בסיום המדידה, לבדוק את התוצאה עבור עקביות (למשל, האם הגולן שמוצג סביר עבור מספר שכבות המודפס) ולשמור את הנתונים.
- לבצע בדיקות SEM לפי המדריך למשתמש לנתח את איכות השטח.
- לבצע מדידות זווית מגע כמתואר במדריך למשתמש של התחנה SEM כדי לקבוע את המאפיינים wettability.
- לתקן את המצע על השולחן המצע באמצעות דבק ולסמן את מיקומו כראוי.
- התאם את הזרבובית והפרמטרים ההדפסה בהגדרות של ממשק התוכנה על-ידי עריכת המאפיינים של ראש ההדפסה בממשק התוכנה של המדפסת.
- שוב, העבר את ראש ההדפסה למצב dropview באמצעות האפשרות ללכת dropview מיקום בתוך ממשק התוכנה של המדפסת ולבחון את לטוס הדיו. במידת הצורך, התאם את הפרמטרים ההדפסה כדי למטב את לטוס.
- לבחור זרבובית אשר פולט מוגדרים היטב, הומוגניות טיפות דיו להדפסה.
- הזן את המספר את הצינור שבחרת בהעדפות של המדפסת.
- לבצע את הבדיקות גודל טיפה כדי לקבוע את גודלו של טיפה אחת מודפסת על המצע בהתאמה.
- הדפס תבנית טיפה, משתמש בתצורה המדפסת ידועה.
- לקבוע את גודל טיפה מושגת באמצעות מיקרוסקופ מכוילת או מערכת המצלמה מובנה של המדפסת.
- להבטיח רזולוציית הדפסה משמש לאחר מכן מתאימים הרטבה שנצפה דיו לבדות משטח אחידה וסגורה (למשללבחור רזולוציה בהדפסה של 900-1, 000 dpi עבור גודל טיפה של 40-50 מיקרומטר).
- לבצע ניתוח שיקרתי (טבלה של חומרים), לפי הוראות היצרן, כדי להבטיח הומוגניות בכמות גדולה מספיק עבור סובסטרטים מוליך.
5. אשפרה פרמטר התאמות עבור השכבה הראשונה
- הדפס מספר מבנים, באמצעות שכבה של הדיו המשמש עבור התקן השכבה הראשונה על מצע קש (קרי, מדגם מאותו חומר אשר מאוחר יותר יכול להיות מסולק ומשמש למטרות רק בדיקה).
- השתמש אשפרה תרמי בתנור ב 130 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות לפחות בלחץ הסביבה עבור התבניות המודפסות כסף מוליך על מצע קרמיקה.
הערה: בהתאם לגודל המדגם, השתמש תרמיל להחזיק את הדגימה בתוך התנור. - השתמש לריפוי פוטוניים על הדיו בידוד על המצע מתכת.
- פתח את המגש של הציוד לריפוי פוטוני המכיל את הטבלה המצע.
- להעביר את הדגימה לטבלה המצע של הציוד ריפוי פוטוני ולתקן את זה בהתאם (באמצעות, למשל, סיפקה גופי מגנטי).
- להתאים את גובה השולחן המצע של הציוד, באמצעות בכישור טבלה כדי להזיז את הדגימה למישור המוקד של הציוד לריפוי.
- לסגור את המגש להתאים את פרופיל ריפוי כפי שהומלץ על ידי הספק עבור החומר המודפס ממשק התוכנה של הציוד ו לחצו על לחצן start.
- שליטה ואחידות של המשטח איכותית באמצעות מיקרוסקופ ושימוש באופן כמותי של profilometer.
- שים המדגם על שולחן המצע (שלב) profilometer.
- אם לא הביתה, שני חיבורים הבמה באמצעות הלחצן המתאים לתוכנה.
- לבחור את הרזולוציה המתאימה ואת האזור אשר צריך להיות ממופה.
- שים את ראשך מדידה-נקודת ההתחלה והתחל את המדידה.
- בסיום המדידה, לבדוק את התוצאה עבור עקביות ולשמור את הנתונים.
- חזור על פוטוני או תרמית תהליכי ריפוי באמצעות אימצה פרמטרים ריפוי במידת הצורך.
- הגברת האנרגיה פוטוני בשימוש ובצעדים קטנים של, למשל, 5 V בממשק תוכנה של הציוד ריפוי פוטוני אם ההתנגדות מושגת גבוהה מדי. להקטין את האנרגיה בשימוש אם הדגימה מראה סימנים של צריבה.
- להתאים את הפרמטרים ציוד לריפוי השכבה הראשונה של התקן פונקציונלי כך מתמלאת מוליכות מספיק עבור היישום בהישג יד, אבל עדיין לא תשרוף את המבנה המודפס מתרחשת.
6. מדפסת הזרקת דיו וריפוי של השכבה הראשונה של המכשיר
- לתקן את המצע על השולחן המצע באמצעות דבק ולסמן את מיקומו כראוי.
- השכבה הראשונה היא מוליך, המצע סוג קרמיקה, אקרילט, לשימוש המצע חימום טבלה של 60 מעלות צלזיוס.
הערה: הטמפרטורה אינה יכולה לחרוג חום אשר עשויים להשפיע על המצע המתאים (למשל, אקרילט סובלנית רק עד 65 ° C). התאמה זו יכולה להיעשות את הגדרות המדפסת. - התאם את הזרבובית והפרמטרים ההדפסה בהגדרות של ממשק התוכנה.
- להעביר ראש ההדפסה כדי dropview הצב ולבחון את לטוס הדיו.
- לבחור זרבובית אשר פולט מוגדרים היטב, הומוגניות טיפות דיו להדפסה.
- הזן את המספר את הצינור שבחרת בהעדפות של המדפסת.
- להתאים את רזולוציית בשימוש ראש ההדפסה להפקיד שכבה הומוגנית של דיו על-פי המאפיינים המצע בעבר נקבע: עבור מצעים נמוך-wettability, למשל, זווית מגע גדול וגודל קטן להגדיל את ההדפסה רזולוציה. להקטין את הרזולוציה של סובסטרטים גבוהה-wettability.
הערה: ההתאמה של הפרמטרים ההדפסה יכול להיעשות בהגדרות המדפסת. - בחר את נקודת ההתייחסות המתאימה הדפוס להדפיס ולאחסן את הקואורדינטות שלה.
- לטעון את קובץ הגרפיקה (.svg) בהתאמה וקטורית מדרגיים ובחר על הרזולוציה המתאימה וגודל, התלויים על התבנית הרצויה, את הממדים של המצע בתוכנת המדפסת.
- לבצע הדפסה. חזור על ההדפסה של שכבה אחת של דיו עד אחידות הדפס הוא מספק.
- שליטה ואחידות של השכבה המודפס באמצעות מיקרוסקופ מכוילת או באמצעות מערכת המצלמה מובנה של המדפסת.
- להזיז את המצלמה של המדפסת למיקום ההדפסה ולבחון את איכות ההדפסה נתון ממשק התוכנה של המדפסת.
- לרפא את השכבה הראשונה באמצעות הפרמטרים נקבע בסעיף 5 של פרוטוקול זה.
- עבור דיו כסף על מצע פולימר (אקרילט, רדיד אלומיניום), להשתמש 1 הדופק ms-250 V עם כמות מופחתת של אנרגיה (525 mJ/cm2).
- לשימוש דיו כסף על מצע קרמיקה, חום ריפוי בתנור כמומלץ הדיו (למשל, 130 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות).
- לרפא את הדיו מבודד מודפס ב- 200 וולט עם פולסים ms 1 וחזור הפולסים 8 x התדירות של 1 הרץ.
הערה: הספקטרום של האור הנפלט השתמשו בריפוי פוטוני היא די רחבה (אולטרה-סגול – אינפרא אדום [UV-ניר]). . עדיין, כמות אור UV מספיקה ליזום את photopolymerization ולרפא את שכבת בידוד.
7. בדיקת מאפייני השטח מצעים המתאימים עבור שמשטחו ועל ההתאמה של המדפסת פרמטרים עבור שכבות עוקבות
הערה: נא עיין במדריכים למשתמש של ציוד מדידה כדי לבצע profilometer מדידות ובדיקות מיקרוסקופ.
- לבצע מדידות profilometer כדי לקבוע את החספוס ואת עובי השכבה המודפס.
- שים המדגם על השולחן המצע של profilometer.
- אם לא הביתה, שני חיבורים הבמה באמצעות הלחצן המתאים לתוכנה.
- לבחור את הרזולוציה המתאימה ואת האזור אשר יש למפות.
- שים את ראשך מדידה-נקודת ההתחלה והתחל את המדידה.
- בסיום המדידה, לבדוק את התוצאה עבור עקביות ולשמור את הנתונים.
- לבצע מדידות זווית מגע כדי לקבוע את המאפיינים wettability.
הערה: עיין במדריך למשתמש של ציוד מדידה בהישג יד על איך לבצע מדידות זווית מגע כראוי. - לבצע בדיקות גודל טיפה כדי לקבוע את גודלו של טיפה אחת מודפסת על המצע בהתאמה.
- הדפס תבנית טיפה משתמש בתצורה המדפסת ידועה.
- לקבוע את גודל טיפה מושגת באמצעות מיקרוסקופ מכוילת או מערכת בדיקה מובנה של המדפסת.
- להתאים את רזולוציית בשימוש ראש ההדפסה כדי להשיג שכבה הומוגנית של דיו: עבור מצעים נמוך-wettability, למשל, זווית מגע גדול וגודל קטן להגדיל את רזולוציית הדפסה. להקטין את הרזולוציה של סובסטרטים גבוהה-wettability.
- לשלוט על תכונות חשמליות של השכבה הראשונה: של השכבה הראשונה מוליך, להשתמש החללית ארבע נקודות כדי לקבוע את מוליכות מושגת.
- שים המדגם על השולחן המצע.
- נמוך בראש מדידה לעלות על מסלול מוליך, מוודא את המכשיר יש קשר טוב עם המבנה המודפס, כדי להיות מנותח.
- הראשונה שכבת בידוד, ודא שהשטח למשל מכסה המנצח להלן. השתמש במיקרוסקופ על. שאישרת. בדוק את מאפייני בידוד באמצעות multimeter.
8. אשפרה פרמטר התאמות עבור שכבות עוקבות
- הדפס מספר מבנים, באמצעות שכבה של דיו בה את השכבה הבאה התקן, על מצע קש עם שכבת הקודם המקביל.
- השתמש רק פוטוני ריפוי במשך כל סובסטרטים.
- לאחר ריפוי, לשלוט חשמל ומבניים מאפייני השכבה המודפס: כדי לקבוע אם המוליכות מספיקה, השתמש מידה ארבע נקודות בדיקה.
- שליטה ואחידות של המשטח איכותית באמצעות מיקרוסקופ ושימוש באופן כמותי את profilometer.
- חזור על תהליכי ריפוי פוטוני במידת הצורך.
- להתאים את הפרמטרים ציוד לריפוי של השכבה התקן פונקציונלי עוקבות.
9. מדפסת הזרקת דיו וריפוי של שכבות עוקבות המכשיר
- לתקן את המצע על השולחן המצע כראוי במיקום שסומנו בעבר.
- כוונן את הפרמטרים זרבובית והדפסה כפי שנקבע מהשלב הקודם.
- בחר את נקודת ההתייחסות המתאימה להדפיס את התבנית וודא כי התבניות המודפסות הינם מסודרים היטב אחד עם השני כדי להבטיח תפקוד תקין של המכשיר לאחר מכן.
- לטעון את הקובץ .svg בהתאמה עם הרזולוציה המתאימה ואת גודל.
- לבצע הדפסה. חזור על ההדפסה של שכבה אחת של דיו עד אחידות הדפס הוא מספק.
- לשלוט ההומוגניות של השכבה מודפס תחת מיקרוסקופ (כאן, מערכת המצלמה מובנה של המדפסת משמש).
- השתמש אשפרה פוטוני רק עבור ריפוי של שכבה זו. השתמש בפרמטרים נקבעים מראש עבור שכבת בידוד או שכבת מוליך על מבודד.
- לאחר ריפוי, לשלוט חשמל ומבניים מאפייני השכבה המודפס: כדי לקבוע אם הטווח מוליכות של שכבת מוליך הוא מקובל, השתמש multimeter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מן הדימויים SEM המוצגים באיור1, ניתן להסיק מסקנות על שמשטחו על סובסטרטים בהתאמה. פסי בקנה מידה שונים עקב טווחים שונים של חספוס פני השטח. ב- איור 1a, מוצג השטח של המצע נחושת, אשר זה החלקה ביותר עד כה. איור 1 c, מצד שני, מופעים סטיל, מצע שאינו שמיש עבור מדפסת הזרקת דיו עקב נקבוביות גבוהה זווית מגע לא יציב (ראה גם בטבלה 2). איור 1b, מוצגת תמונה SEM של המצע ארד, איור 1 d, מודגם השטח מדגם טיטניום.
איור 2 , איור 3, מקבלים את תוצאות המדידות profilometer. הערכות אלה נחוצים לקבוע את חספוס פני השטח של סובסטרטים בהתאמה. סובסטרטים מתכת עם החספוס מעל ~ 1 מיקרומטר (אלומיניום, טיטניום ופלדה) אינם שמישים עבור מדפסת הזרקת דיו, כמו הדיו נוטה להיספג בשל נקבוביות גבוהה, לפיכך, מעכב את ייצור של שכבות הומוגנית, לשחזור מבנים. המצע מבוסס-אלומינה קרמיקה יש של חספוס דומות, אך עקב תהליך ייצור שונה, לא מוצג porosities פני שטח גבוהה כזאת, יכול, לפיכך, לשמש.
ירידה בגודל בדיקות, כגון מאויר איכותית באיור 4 ולתת שנאספו באופן כמותי בטבלה3, גודל טיפה בר השגה, וכך, גם wettability המאפיינים עבור שילוב המצע. ודיו בהתאמה. מצעים איפה אין טיפות ברורים נוצר גם יש מעט מדי wettability (זה נכון גם לגבי מתכות AM עם חספוס פני שטח נמוכה), או שהם גם נקבובי (זה נכון גם לגבי מתכות AM עם חספוס פני שטח גבוהה [למשל, איור 4 d]). ב- איור 4a, מודגם התוצאה הדפסה על ארד. איור 4b מציג נחושת, איור 4 c מראה קרמיקה, והן איור 4 d ממחיש את תוצאת דגימת פלדה.
איור 5, מקבלים תמונות מיקרוסקופיות של התוצאות לאחר ריפוי של שכבת מוליך של 1 מ מ רוחב על בידוד דיו. מבוסס על תמונות אלה, התקינות של ההדפסים יכול להיות מוערך. בשביל הדיו מוליך על נחושת (איור 5b), ניתן להשיג את התוצאה הטובה ביותר; המסלול מוליך על אלומיניום (איור 5a) נהרס לחלוטין; המסילה מוליך מודפס על גבי מצעים קרמיים (איור 5 c, d) שלמים, אך delamination. Delamination הוא עקב ספיגת חום חלש גבוהה השתקפות סובסטרטים. הפחתת המינון ריפוי על אלה סובסטרטים התשואות רצועות מוליך אשר שיפרו מאפיינים מבניים וחשמלי.
כדי לקבוע את גובה פרופילים ואיכות משטח המבנים מרובת שכבות המודפס, גובה פרופילים, אשר הם תוצאה של מדידות profilometer, נאספים, נתון באיור 6 ו- 7 איור, כמו שימוש את profilometer. מפרופילים אלה גובה, אחידות פני השטח של המסילה מוליך (את החלקות של עקומות כחול) יכול להיקבע. בנוסף, ניתן לזהות משטחים אשר איבד את התקינות המבנית שלהם (אלומיניום, טיטניום) באמצעות מעברי הצבע גדול של פרופילים הגובה שלהם.
הניתוחים שיקרתי עם נחושת (איור 8a), ברונזה (איור 8 ב'), טיטניום (איור 8 ג) פליז (איור 8 יח) מוצגים כדי להמחיש הומוגניות בכמות גדולה מספיק של סובסטרטים מתכת AM. פסי בקנה מידה שונים כאן כדי ללכוד בצורה אופטימלית מאפיינים מבניים של הדפסים מרובת שכבות (ליקויים הומוגניות, מסלול מוליך, וכו '). פעולה זו מבטיחה מספיק מוליכות חשמלית של סובסטרטים כך אלה יכולים לשמש עבור הגנה ביישומי חישה מגנטי, קיבולי. תוצאות עבור ההתנגדות גיליון מושגת באמצעות בדיקה ארבע נקודות נאספים בטבלה4. בנוסף, הערכה איכותית של השכבות המודפס אפשרי. המבנים פרטנית נוצרות על ידי חלקיקים נרפא, השכבה שמתחת הדיו בידוד. למשל, איור 8 ב', אנו רואים nonhomogeneities (חורים, אוויר הכללות) ברבדים המודפס. אלה הם תוצאה של outgassing במהלך ריפוי. Outgassing יכול להתרחש כאשר המינון תרופה עבור דיו מוליך הדיו בידוד גבוה מדי. אפקט זה משפיע באופן שלילי על השלמות של מבנים המודפס, וכן יתר outgassing מוביל להרס.
איור 9, תוצאות המדידות מוצגות. תוצאות אלה נאספים באמצעות מפגין שמעסיקה עיקרון חישה קיבולי. החלקות של העקומות ממחישה את איכות השגה גבוהה למרות ליקויים מבניים עלולה לנבוע תהליכי ההדפסה.
איור 1: תמונות SEM של סובסטרטים מתכתי. אלה תמונות הצג () נחושת, (b) ארד, פלדה (c), טיטניום (d). הם נלקחים בהגדלות שונות כפי שהודגמה בעזרת סרגל קנה מידה בפינה הימנית התחתונה של כל תמונה. מבוסס על תמונות אלה, ההומוגניות משטח יכול להיות מוערך. דמות זו שונתה מ Faller. et al. 41. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: Profilometer מידות של מתכת, קרמיקה מצעים AM- החספוס ערכי R Rq בננומטר נקבעים לפי ISO 4287. על הכסף, הערכים הם 689.39 nm ו 788.06 ננומטר, בהתאמה; אלומיניום, הם 2151.19 nm ו 2750.38 ננומטר, בהתאמה; מבוסס-אלומינה מצעים (אל2O3), הם 1210.47 nm ו 1737.6 ננומטר, בהתאמה; מבוסס זרקוניה מצעים (ZrO2), הם 559.97 nm ו 681.56 ננומטר. Waviness הוא יותר כמרווחים מרקם פני השטח של המצע. Waviness הוא הנותרים מרקם באחידות עם הרכיב חספוס הוסר. דמות זו שונתה מ Faller. et al. 41. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: Profilometer מידות של סובסטרטים מתכתי. R Rq ערכים מצעים המתאימים נמצאים, כלי נשיפה, 414.2 nm ו 494.49 ננומטר, בהתאמה; עבור טיטניום, 1099.86 nm ו 1448.06 ננומטר, בהתאמה; עבור 307.63 נחושת, nm ו 358.92 ננומטר, בהתאמה; פלדה, 1966.95 nm ו 2238.78 ננומטר, בהתאמה. דמות זו שונתה מ Faller. et al. 41. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: ירידה בגודל סבדיקות אבחון מתכתי, קרמיקה מצעים. תמונות אלה מראים ברונזה (), נחושת (b), (ג)2, ZrO פלדה (d). טיפות ברורים נמדד כאן מסומנים (במידת האפשר) על ידי החצים בתמונה בהתאמה. גודל טיפה נחוש נאספים בטבלה 3. דמות זו שונתה מ Faller. et al. 41. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5: תמונות מיקרוסקופיות של דיו מוליך מודפס על גבי בידוד חשמלי, המצע מתכת את בבוקר לאחר ריפוי פוטוני. מצעים הם אלומיניום (), נחושת (b), (ג) אל2O3ו- (ד) ZrO2. הרוחב של המבנה מוליך לכל תמונה הוא w = 1 מ מ. שלמות המבנה מוליך על אלומיניום נהרסת לחלוטין, ואילו המבנים על נחושת, אל2O3 נשארים בעינם. דמות זו שונתה מ Faller. et al. 41. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6: גובה פרופילים עבור רצועות מוליך מבודד על מצעים מתכת, באמצעות את profilometer. דמות זו שונתה מ Faller. et al. 41. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 7: גובה פרופילים עבור רצועות מוליך מתכת, קרמיקה מצעים, באמצעות profilometer את. דמות זו שונתה מ Faller. et al. 41. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 8: שיקרתי תמונות של דיו מוליך על מצעים בידוד חשמלי, מתכתי. תמונות אלה להראות () נחושת, ברונזה (b), טיטניום (c) ו- (ד) פליז. דמות זו שונתה מ Faller. et al. 41. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 9: מגרש המדידה היא תוצאה של התקן מפגין מפוברק בעקבות המתודולוגיה המוצע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
| מינמום פרטים / מ מ |
דיוק המינימלי / % featuresize |
תהליך | |
| כסף | 0.25 | 5.00 | שעווה שעווה 3D-הדפסה & לאיבוד הליהוק |
| טיטניום | 0.1 | 0.2 | ישיר חימום בלייזר מתכת |
| פלדה | 0.35 | 2-3 | איגוד כימי & סינטור @ 1300 ° C |
| ברונזה | 0.35 | 5.00 | שעווה שעווה 3D-הדפסה & לאיבוד הליהוק |
| פליז | 0.35 | 5.00 | שעווה שעווה 3D-הדפסה & לאיבוד הליהוק |
| אלומיניום | 0.25 | 0.2 | ישיר חימום בלייזר מתכת |
| נחושת | 0.35 | 5.00 | שעווה שעווה 3D-הדפסה & לאיבוד הליהוק |
| אל2O3 | 0.025-0.1 | 0.04 | LCM-טכנולוגיה |
| ZrO2 | 0.025-0.1 | 0.04 | LCM-טכנולוגיה |
טבלה 1: הדפסת תלת-ממד ' מגבלות והתהליכים טולרנסים. טבלה זו שונתה מ Faller. et al. 41.
| טיטניום | פלדה | ברונזה | פליז | נחושת | |
| c / ° | 85.9 | 71.15 | 100.3 | 100.03 | 88.54 |
| Σ | 7.27 | 17.64 | 3.17 | 2.25 | 6.84 |
בטבלה 2: זוויות שנאספו c ו σ סטיית תקן שלהם . במעלות- טבלה זו שונתה מ Faller. et al. 41.
| טיטניום | ברונזה | פליז | נחושת | אל2O3 | ZrO2 | |
| dropsize / מיקרומטר | 23.97 | 31.3 | 36.04 | 29.03 | 69 | 69.3 |
טבלה 3: ירידה שנאספו קטרים d d ב מיקרומטר. טבלה זו שונתה מ Faller. et al. 41.
| r□ ב mΩ/□ | הערות | |
| טיטניום | 3000 | |
| פלדה | 600 | |
| ברונזה | 2000 | |
| פליז | 300 | |
| אלומיניום | 30000 | |
| נחושת | 180 | |
| אל2O3 | 150.00 | אנרגיה שונים להשתמש בה לריפוי פוטוני: 527 mJ/cm ² |
| ZrO2 | 20.00 | מסלול מוליך ablated |
טבלה 4: אסף גיליון resistances r□ ב mΩ/□. גיליון resistances מסומנים באמצעות אינדקס סקוור (□) בעל משמעות אוהם לכל ריבוע. מונח זה מתייחס בדרך כלל 2D-מבנים ו, לכן, מרמזת כי הזרם הנוכחי הוא לאורך המטוס של הגיליון. ההתנגדות גיליון יכול להכפיל את עובי הסרט לתת את resistivity בתפזורת. טבלה זו שונתה מ Faller. et al. 41.
וידאו 1: תהליך LCM. תהליך זה משמש כדי לפברק את מצעים קרמיים (צילומים באדיבות Lithoz). אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)
משלים איור 1: דוגמה של עיצוב סליל מרובת שכבות. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הדמות הזו.
איור משלים 2: דוגמה של ציורים תכנון בעזרת מחשב (CAD), המשמשים להדפסה תלת-ממד של מבנים סליל מרובת שכבות. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הדמות הזו.
איור משלים 3: דוגמה של ציורים תכנון בעזרת מחשב (CAD), המשמשים להדפסה תלת-ממד של סנסורים קיבוליים אלקטרודה רב. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הדמות הזו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
הוא הפגין דרך ליצור מבנים חיישן רב שכבתי על מצעים מודפס 3D, על רדיד. AM מתכת, כמו גם מצעים סוג ו לסכל קרמיקה, אקרילט מוצגים בהכשרת הזרקת דיו רב שכבתי הדפסה, כמו הידבקות בין הרבדים השונים המצע מספיקה, כמו גם היכולת מוליכות או בידוד בהתאמה. זה יכול להיות שמפגינים הדפסת שכבות של מבנים מוליך על חומר בידוד. יתר על כן, ההדפסה וריפוי תהליכים עבור כל השכבות בוצעה בהצלחה ללא ופוגע אחד את השני.
האסטרטגיות ייצור הציג בעבודה זו רגישים מאוד הגומלין של חומרים שונים מאפייני משטח. כתוצאה מכך, הפארמצבטית הצעדים שבוצעו תלויה תהליך הייצור בהתאמה. עבור הכנת החומרים AM בשימוש, זה צריך לקחת בחשבון המאפיינים משטח ו בתפזורת עשוי להשתנות באופן משמעותי בהתאם לשיטת ייצור (איור 1 ו לטבלה 2). מדפסת הזרקת דיו, יש הפרמטרים המוצע יותאם בקפידה אל מערכת ההדפסה בשימוש, כמו גם סוגי דיו בהתאמה42,43,44. Jettability של צבעי הדפוס השונים nanoparticle Ag עשוי להשתנות באופן משמעותי, ניסוח. משמעות הדבר היא כי ממיסים של הדיו, תוספים מסוימים, לקבוע שלו צמיגות מסוימת, מתח, נקודת רתיחה.
נקודה נוספת שיש לקחת בחשבון הצטברות של תוכן מוצק כאשר הדיו הגילאים או לא נשמר כראוי, אשר יכולה לעוות את איכות jetting. חוץ מזה, הסידור הספציפי של ראש ההדפסה עצמה היא קריטית גם, במיוחד את הממדים של הפתח זרבובית. זה קובע את הפרמטרים jetting בפועל, כגון המתח jetting, צורת גל, טמפרטורה setpoint, כמו גם את גודל טיפה וכתוצאה מכך (איור 4 , טבלה 3). במהלך תהליך ההדפסה עצמה, טבלה המצע מחוממת עלול גם להגדיל את הטמפרטורה של ראש ההדפסה הודות לקרבה המרחבי, וכתוצאה מכך שינוי והוא אפשרי הפירוק של ההתנהגות ההדפסה. לכן, חשוב לעקוב אחר הטמפרטורה ראש ההדפסה במהלך העיבוד.
גורם נוסף אשר עשויים להשפיע על ההתנהגות jetting במהלך ההדפסה הוא הלחץ דיו כפי זה ייתכן שיהיה עליך להיות ירד כמו מפחית את רמת הדיו במהלך העיבוד. הזיוף של חיבורי על מצע מוליך הוא לא טריוויאלי, כמו שכבת בידוד dispensed חייב להיות עובי מספיק כדי למנוע קצר מעגלים, אבל עדיין צריך להשאיר מספיק שטח פנוי כדי ליצור חיבורי באמצעות הלחמה ואטימה הדבק.
בנוסף, יש הידבקות בין החומרים שלוש להיות מקובל על טופס vias יציב. במהלך תהליך ריפוי, הסובלנות הטמפרטורה של שכבת בידוד צריך להיחשב גם כן. לכן, כבר מועסקים הדבק הלחמה ריפוי בטמפרטורה נמוכה עבור חיבורי בהתאמה. לאחר הדפסת שכבות פונקציונליים, הם צריכים לרפא להניב את ההתנגדות הרצויה גיליון (טבלה 4). סינטור תרמית היא שיטה מתאימה ויעילה עבור התבניות כסף אם המצע או את השכבה הבסיסית של עמידות בטמפרטורות גבוהות מספיק45. זה לא המקרה עבור שכבות בידוד, לכן ריפוי פוטוני הוא מועסק (איור 5). במהלך תהליך ריפוי פוטוניים, כמות גדולה של אנרגיה מועבר המדגם. לכן, זה הכרחי כדי להבטיח כי התבניות המודפסות התייבשו מספיק לפני תהליך ריפוי כמו, אחרת, ממיסים הנותרים עשוי להגיע אל נקודת הרתיחה שלהם עלול להרוס את השכבות המודפס עקב הרחבת נוזלי, היווצרות של בועות (איור 8).
יתר על כן, ייבוש מספיק יש צורך ליצור שכבות של עובי הומוגנית (איור 6 , איור 7). עובי הומוגנית הכרחי עבור יישומים שבהם ננומטר מדדים המבוססים על, למשל, עיקרון קיבולי הוא מועסק (איור 9). כאן, במרחק אחיד האלקטרודה חישה יכול להשפיע משמעותית על איכות46.
בסך הכל, ניתן לקבוע כי הבחירה של האופטימלית פרמטרים ריפוי פוטוני עבור התקן בשכבות בידוד חשמלי הוא גורם מכריע: אם האנרגיה הציג אינה מספיקה, הדיו מוליך נשאר unsintered, ההתנגדות גיליון הוא גבוה מדי התקנים ותפקודו חשמלית; על ידי הצגת מדי אנרגיה, חום עודף יופק הסרט ו, כתוצאה מכך, המסלול מוליך מושמד. המצע נחושת הניבו את התוצאה הטובה ביותר מבחינת עמידות גיליון (ראה טבלה 4), גם הוא את מושגת באיכות פני השטח ואת היושרה של המסלול מתכת מודפסת. ייתכן שהדבר נובע שלה חספוס פני השטח להיות הכל מצעים נחשב הנמוכה ביותר. השתקפות המצע יכול להיות מזוהה המשפיעים על התוצאה ריפוי פוטוני באופן משמעותי. השתקפות המצע בהתאמה חייב להיחשב בריפוי על מנת להשיג תוצאה ממוטבת יישומית ספקטרום ריפוי פוטוניים, פרופיל. . זה חייב להיות מותאם סובסטרטים בודדים ושילובים דיו.
בעבודה זאת, הודגם ההתאמה של סובסטרטים AM ו לסכל עבור מדפסת הזרקת דיו. בנוסף, תכונות החומר יחד עם הגורמים החיוניים לתהליך היו נחושים. אסטרטגיה לפברק חיישן לאב-טיפוס עובד על רדיד ומצעים דיאלקטריים מתכת, פולימר AM הוצג. בסופו של דבר, איכות המדידה השגה על סמך מדידות עם מערכת מפגין הוצגה. גישה זו מהווה תרומה חשובה functionalization חשמל עתידיות של משטחים, מארזים, ומבנים אחרים כי יש לו מטרה אך ורק מכני בעיצוב של מכשירים רבים עד כה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו היא נתמכה על ידי שביט K1 ASSIC האוסטרי חכם מערכות אינטגרציה מרכז המחקר. המרכזים שביט-כשירות עבור טכנולוגיות-תוכנית מעולה תומכים BMVIT, BMWFW והמחוזות הפדרליים של קרינתיה, שטיריה.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| PiXDRO LP 50 | Meyer Burger AG | Inkjet-Printer with dual-head assembly. | |
| SM-128 Spectra S-class | Fujifilm Dimatix | Printheads with nozzle diameter of 50 µm, 50 pL calibrated dropsize and 800 dpi maximum resolution. | |
| DMC-11610/DMC-11601 | Fujifilm Dimatix | Disposable printheads with nozzle diameter 21.5 µm, 1 or 10 pL calibrated dropsize | |
| Sycris I50DM-119 | PV Nanocell | Conductive silver nanoparticle ink with 50 wt.% silver loading, with an average particle size of 120 nm, in triethylene glycol monomethyl ether. | |
| Solsys EMD6200 | SunChemical | Insulating, low-k dielectric ink which is a mixture of acrylate-type monomers. Viscosity is 7-9 cps. | |
| Dycotec DM-IN-7002-I | Dycotec | UV curable insulator, Surface Tension: 37.4 mN/m | |
| Dycotec DM-IN-7003C-I | Dycotec | UV curable insulator, Surface Tension: 29.7 mN/m | |
| Dycotec DM-IN-7003-I | Dycotec | UV curable insulator, Surface Tension: 31.4 mN/m | |
| Dycotec DM-IN-7004-I | Dycotec | UV curable insulator, Surface Tension: 27.9 mN/m | |
| Pulseforge 1200 | Novacentrix | Photonic curing/sintering equipment. | |
| DektatkXT | Bruker | Stylus Profiler with stylus tip of 12.5 µm diameter and constant force of 4 mg. | |
| C4S | Cascade Microtech | Four-point-probe measurement head. | |
| 2000 | Keithley | Multimeter to evaluate the measurements using the four-point-probe. | |
| Helios NanoLab600i | FEI | Focused Ion Beam analysis station which provides high-energy gallium ion milling. | |
| SeeSystem | Advex Instruments | Water contact angle measurement device. | |
| Projet 3500 HDMax | 3D Systems | Professional high-resolution polymer 3D-printer. See also (accessed Sep. 2018): https://www.3dsystems.com/sites/default/files/projet_3500_plastic_0115_usen_web.pdf | |
| Polytec PU 1000 | Polytec PT | Electrically conductive adhesive based on Polyurethane, available | |
| Microdispenser | Musashi | Needle for microdispensing. | |
| Micro-assembly station | Finetech | Equipment for assembly of, e.g., printed circuit boards (PCBs) and placing of chemicals (e.g. solder) and SMD parts. |
References
- ASTM International. Standards Worldwide. , Available from: https://www.astm.org/ (2012).
- Morris, M., et al. Mars Ice House: Using the Physics of Phase Change in 3D Printing a Habitat with H2O. AIAA SPACE Forum. , Long Beach, CA. (2016).
- Jacobs, P. F. Rapid Prototyping & Manufacturing: Fundamentals of StereoLithography. Society of Manufacturing Engineers. , (1992).
- Kief, C. J., et al. Printing Multi-Functionality: Additive Manufacturing for CubeSats. AIAA SPACE Forum. , San Diego, CA. (2014).
- Sing, S. L., An, J., Yeong, W. Y., Wiria, F. E. Laser and Electron-Beam Powder-Bed Additive Manufacturing of Metallic Implants: A Review on Processes, Materials and Designs. Journal of Orthopedic Research. 34 (3), 369-385 (2016).
- Garcia-Corso, M., Gonzalez, J. M., Vermeulen, J., Rossmann, C., Kranz, J. Additive Manufacturing Hot Bonded Inserts in Sandwich Structures. European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Environmental Testing. , Toulouse, France. (2016).
- Murr, L. E., Johnson, W. L. 3D metal droplet printing development and advanced materials additive manufacturing. Journal of Materials Research and Technology. 6 (1), 77-89 (2017).
- Stavropoulos, P., Foteinopoulos, P. Modelling of additive manufacturing processes: a review and classification. Manufacturing Review. 5 (2), (2018).
- Le, D. D., Nguyen, T. N. N., Doan, D. C. T., Dang, T. M. D., Dang, M. C. Fabrication of interdigitated electrodes by inkjet printing technology for apllication in ammonia sensing. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 7 (2), 1-7 (2016).
- Hong, S., Lee, H., Yeo, J., Hwan Ko,, S, Digital selective laser methods for nanomaterials: From synthesis to processing. Nano Today. 11, 547-564 (2016).
- Pan, H., et al. High-Troughput Near-Field Optical Nanoprocessing of Solution-Deposited Nanoparticles. Small. 6 (16), 1812-1821 (2010).
- Ko, H. S. Low temperature thermal engineering of nanoparticle ink for flexible electronics applications. Semiconductor Science and Technology. 31, (2016).
- Mattana, G., Briand, D. Recent Advances in Printed Sensors on Foil. Materials Today. 19 (2), 88-99 (2016).
- Sekine, T., et al. Fully Printed Wearable Vital Sensor for Human Pulse Rate Monitoring using Ferroelectric Polymer. Scientific Reports. 8, (2018).
- Molina-Lopez, F., Vásquez Quintero, A., Mattana, G., Briand, D., de Rooij, F. N. Large-Area Compatible Fabrication and Encaplsulation of Inkjet-Printed Humidity Sensors on Flexible Foils with Integrated Thermal Compensation. Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (2), (2013).
- Aliane, A., et al. Enhanced Printed Temperature Sensors on Flexible Substrates. Microelectronics Journal. 45 (12), 1612-1620 (2014).
- Narakathu, B. B., et al. A novel fully printed and flexible capacitive pressure sensor. IEEE Sensors. , Taipei, Taiwan. (2012).
- Zirkl, M., et al. PyzoFlex: a printed piezoelectric pressure sensing foil for human machine interfaces. Proceedings Volume 8831, Organic Field-Effect Transistors XII; and Organic Semiconductors in Sensors and Bioelectronics VI. SPIE Organic Photonics + Electronics. , San Diego. 883124 (2013).
- Manunza, I., Sulis, A., Bonfiglio, A. Pressure Sensing by Flexible, Organic, Field Effect Transistors. Applied Phyics Letters. 89 (14), (2006).
- Jensen, G. C., Krause, C. E., Sotzing, G. A., Rusling, J. F. Inkjet-Printed Gold Nanoparticle Electrochemical Arrays on Plastic. Application to Immunodetection of a Cancer Biomarker Protein. Physical Chemistry Chemical Physics. 13 (11), 4888-4894 (2011).
- Lesch, A., et al. Large Scale Inkjet-Printing of Carbon Nanotubes Electrodes for Antioxidant Assays in Blood Bags. Journal of Electroanalytical Chemistry. 717, 61-68 (2014).
- Sarfraz, J., et al. A Printed H2S Sensor with Electro-Optical Response. Sensors and Actuators B: Chemical. 191, 821-827 (2014).
- Sarfraz, J., et al. Printed Copper Acetate Based H2S Sensor on Paper Substrate. Sensors and Actuators B: Chemical. 173, 868-873 (2012).
- Huang, L., et al. A Novel Paper-Based Flexible Ammonia Gas Sensor via Silver and SWNT-PABS Inkjet Printing. SWNT-PABS Inkjet Printing. Sensors and Actuators B: Chemical. 197, 308-313 (2014).
- Kamyshny, A., Steinke, J., Magdassi, S. Metal-based inkjet inks for printed electronics. Open Applied Physics Journal. 4, 19-36 (2011).
- Perelaer, J., de Gans, B. J., Schubert, U. S. Ink-jet Printing and Microwave Sintering of Conductive Silver Tracks. Advanced Materials. 18, 2101-2104 (2006).
- Hummelgard, M., Zhang, R., Nilsson, H. -E., Olin, H. Electrical sintering of silver nanoparticle ink studied by in situ TEM probing. PLoS One. 6, (2011).
- Kumpulainen, T., et al. Low temperature nanoparticle sintering with continuous wave and pulse lasers. Optics and Laser Technology. 43, 570-576 (2011).
- Schröder, K., McCool, S., Furlan, W. Broadcast Photonic Curing of Metallic Nanoparticle Films. Technical Proceedings of the 2006 NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show. 3, 198-201 (2006).
- Lopes, A. J., Lee, I. H., MacDonald, E., Quintana, R., Wicker, R. Laser Curing of Silver-Based Conductive Inks for In-Situ 3D Structural Electronics Fabrication in Stereolithography. Journal Materials Processing Technology. 214 (9), 1935-1945 (2014).
- Faller, L. -M., Mitterer, T., Leitzke, J. P., Zangl, H. Design and Evaluation of a Fast, High-Resolution Sensor Evaluation Platform Applied to MEMS Position Sensing. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 67 (5), 1014-1027 (2018).
- Faller, L. -M., Zangl, H. Feasibility Considerations on an Inkjet-Printed Capacitive Position Sensor for Electrostatically Actuated Resonant MEMS-Mirror Systems. Journal of Microelectromechanical Systems. 26 (3), 559-568 (2017).
- Faller, L. -M., Zangl, H. Robust design of an inkjet-printed capacitive sensor for position tracking of a MOEMS-mirror in a Michelson interferometer setup. Proceedings of SPIE 10246, Smart Sensors, Actuators, and MEMS VIII. , Barcelona, Spain. 1024611 (2017).
- Faller, L. -M., Zangl, H. Robust design of a 3D- and inkjet-printed capacitive force/pressure sensor. 2016 17th International Conference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems (EuroSimE). , IEEE. Montpellier, France. (2016).
- Mühlberger, M., et al. Digital Printing on 3D Printed Surfaces. , Available from: http://www.addmanu.at/fileadmin/shares/addmanu/docs/PROFACTOR_mmuehl_digital_printing_on_3D_printed_surfaces.pdf (2016).
- Wang, P. -C., et al. The inkjet printing of catalyst Pd ink for selective metallization apply to product antenna on PC/ABS substrate. 2013 8th International Microsystems, Packaging, Assembly and Circuits Technology Conference (IMPACT). , IEEE. Taipei, Taiwan. (2013).
- Quintero, A. V., et al. Printing and encapsulation of electrical conductors on polylactic acid (PLA) for sensing applications. 2014 IEEE 27th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). , IEEE. San Francisco, CA. (2014).
- Unnikrishnan, D., Kaddour, D., Tedjini, S., Bihar, E., Saadaoui, M. CPW-Fed Inkjet Printed UWB Antenna on ABS-PC for Integration in Molded Interconnect Devices Technology. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 14, 1125-1128 (2015).
- i.materialise. Lost Wax Printing & Casting. , https://i.materialise.com/en/3d-printing-technologies/lost-wax-printing-casting (2018).
- Lithoz. Lithoz' LCM-Technology. , http://www.lithoz.com/en/additive-manufacturing/lcm-technology (2018).
- Faller, L. -M., Krivec, M., Abram, A., Zangl, H. AM Metal Substrates for Inkjet-Printing of Smart Devices. Materials Characterization. , (2018).
- Hutchings, I. M., Martin, G. D. Introduction to Inkjet Printing for Manufacturing. Inkjet Technology for Digital Fabrication. Hutchings, I. M., Martin, G. D. , John Wiley & Sons Ltd. West Sussex, UK. 1-20 (2013).
- Baek, M. I., Hong, M. Equalization of Jetting Performance. Inkjet-Based Micromanufacturing. Korvink, J. G., Smith, P. J., Shin, D. -Y. , WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KG. Weinheim, Germany. 159-172 (2012).
- Zhang, T. Methods for Fabricating Printed Electronics with High Conductivity and High Resolution. , Electronic Thesis and Dissertation Repository. London, UK. (2014).
- Suganuma, K. Introduction to Printed Electronics. , Springer Science & Business Media. New York, NY. (2014).
- Baxter, L. K. Capacitive Sensors: Design and Applications. , John Wiley & Sons. (1997).
