Estudo de um processo de padronização de ponto em materiais flexíveis usando tecnologia de relevo quente tipo impressão de impacto
Summary
A tecnologia de relevo quente tipo impressão de impacto usa um cabeçalho de impacto para gravar padrões de ponto em materiais flexíveis em tempo real. Esta tecnologia tem um sistema de controle para controlar o movimento on-off e a posição do cabeçalho de impacto para criar padrões de pontilhamento com várias larguras e profundidades em diferentes pelímeros de polímero.
Abstract
Aqui apresentamos nosso estudo sobre um processo de relevo quente do tipo impressão de impacto que pode criar padrões de ponto com vários projetos, larguras e profundidades em tempo real em filme de polímero. Além disso, implementamos um sistema de controle para o movimento on-off e posição do cabeçalho de impacto para gravar diferentes padrões de pontuação. Realizamos padronização de dot em vários filmes de polímero, como filme de poliéster (PET), filme polimetil metacrilato (PMMA) e filme de cloreto de polivinil (PVC). Os padrões de ponto foram medidos usando um microscópio confocal, e confirmamos que o processo de relevo quente tipo impressão de impacto produz menos erros durante o processo de padronização de pontos. Como resultado, o processo de relevo quente tipo impressão de impacto é considerado adequado para gravura de padrões de ponto em diferentes tipos de filmes de polímero. Além disso, ao contrário do processo convencional de relevo quente, este processo não usa um carimbo de relevo. Portanto, o processo é simples e pode criar padrões de pontos em tempo real, apresentando vantagens únicas para a produção em massa e a produção em lote de pequena quantidade.
Introduction
Os pesquisadores estão ativamente tentando miniaturizar dispositivos e displays existentes e aumentar a flexibilidade desses dispositivos1,2. Para reduzir a largura e a profundidade dos canais elétricos à escala micro ou nano, é necessária uma tecnologia de alta precisão. Além disso, para aumentar a flexibilidade desses dispositivos, os padrões dos canais elétricos devem estar localizados em um material flexível, como uma película de polímero3,4. Para atender a essas condições, o estudo da tecnologia de microprocessamento ultrafino está ativamente em andamento.
A tecnologia de microfabricação ultrafina tem uma vantagem em que os possíveis materiais de padronização incluem não apenas materiais altamente rígidos, como ferro ou plástico, mas também materiais macios, como filmes de polímeros. Devido a essas vantagens, essa tecnologia é amplamente utilizada como um processo central em diversos campos, como comunicações, química, óptica, aeroespacial, semicondutores e sensores5,6,7. No campo de microprocessamento ultrafino, são utilizados métodos de microprocessamento LIGA (litografia, eletroplação e moldagem) ou de micromachinagem8. No entanto, esses métodos convencionais estão associados a vários problemas. Os métodos LIGA requerem uma quantidade considerável de tempo e várias etapas de processo para criar padrões ultrafinos e incorrer em um alto custo também, porque eles precisam de muitos tipos diferentes de equipamentos durante os processos. Além disso, os métodos liga usam produtos químicos que podem poluir o meio ambiente.
Para resolver esse problema, a tecnologia de processo de relevo quente tem sido destacada entre as tecnologias de microprocessos ultrafinos. O relevo quente é uma tecnologia que cria um padrão em um filme de polímero aquecido usando um molde de relevo micro ou nanoescala. A tecnologia convencional de relevo quente é dividida no tipo de placa e tipo rolo-a-rolo, dependendo da forma do molde. Os dois tipos de tecnologia de relevo quente são diferentes em termos da forma do molde, mas esses dois processos são semelhantes em que o molde de relevo pressiona o filme de polímero em uma placa aquecida para gravar um padrão no filme polímero. Para gravar o padrão usando o processo de relevo quente, é necessário aquecer a película de polímero acima da temperatura de transição do vidro e aplicar uma quantidade adequada de pressão (~30-50 MPa)9. Além disso, a largura e a profundidade do padrão mudam dependendo da temperatura da placa aquecida, do material e da forma do molde de relevo. Além disso, o método de resfriamento após o processo de padronização afeta a forma do padrão na película de polímero.
No processo convencional de relevo quente, os selos ou rolos de relevo podem ser gravados com o padrão desejado, e o molde de relevo pode ser usado para imprimir o mesmo padrão em superfícies de filme de polímero continuamente. Esta característica torna este processo adequado não só para a produção em massa, mas também para a fabricação de dispositivos com materiais macios, como as pelídeas de polímero10,,11,,12,,13,,14. No entanto, o método convencional de relevo quente só pode criar o único padrão gravado no molde de relevo. Portanto, quando o usuário quer fazer um novo padrão ou modificar o padrão, ele deve fazer um novo molde para modificar o padrão de impressão. Por essa razão, o relevo quente convencional é caro e demorado ao criar novos padrões ou substituir os projetos existentes.
Trabalhos anteriores introduziram o processo de relevo quente do tipo impacto para produzir padrões de ponto com várias larguras e profundidades em tempo real15. Ao contrário do processo convencional de relevo quente, o método de relevo quente tipo impressão de impacto usa um cabeçalho de impacto para criar padrões na película de polímero. Esta tecnologia move o cabeçalho de impacto para a posição desejada com um sistema de posicionamento de precisão. Um sinal de controle é aplicado a padrões de impressão em uma largura e profundidade desejadas e em uma posição arbitrária. A estrutura do cabeçalho de impacto consiste em um motor, uma mola, um enrolamento de bobinas e um núcleo (ver Figura 1A)15. Trabalhos anteriores confirmaram através de uma análise e experimento que tal cabeçalho de impacto pode produzir a força adequada para a relevo quente16. O protocolo deste papel abrange o design do hardware para o processo de relevo quente do tipo impacto e o ambiente de controle para controle de processos. Além disso, analisamos os padrões de ponto em filme PET, filme PMMA e filme de PVC, todos processados com o protocolo proposto para verificar se o processo de relevo quente tipo impressão de impacto pode criar padrões de ponto com várias larguras e profundidades em tempo real. Os resultados desses experimentos são apresentados abaixo na seção de resultados, confirmando que o processo de relevo pode produzir adequadamente padrões ultrafinos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Neste estudo, implementamos o processo de relevo quente tipo impressão de impacto e padrões de pontos gravados com várias larguras e profundidades em uma gama de filmes de polímeros em tempo real. Entre as etapas do protocolo, duas etapas devem ser consideradas criticamente entre todas as etapas. A primeira é a definição da temperatura da placa de calor (passo 3.3.3), e a segunda é a definição da posição inicial do cabeçalho de impacto (passo 3.5.1). Na etapa 3.3.3, se a temperatura da placa de calor for mui…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa é apoiada pelo projeto intitulado “Desenvolvimento da tecnologia de relevo quente tipo impressão de impacto para uma camada condutora usando materiais nanocompostos condutores” através do Ministério do Comércio, Indústria e Energia (MOTIE) da Coreia (N046100024, 2016).
Materials
| 0.3mm High Quality Clear Rigid Packaging PVC Film Roll For Vacuum Forming | Sunyo | SY1023 | PVC film / Thickness : 300µm |
| Acryl(PMMA) film | SEJIN TS | C200 | PMMA film / Thickness : 175µm |
| Confocal Laser Scanning Microscope: 3D-Topography for Materials Analysis and Testing | Carl Zeiss | LSM 700 | 3D confocal microscope / Supporting Mode : 2D, 2.5D, 3D topography |
| DAQ board | NATIONAL INSTRUMENTS | USB-6211 | Control board for two stage and impact header / 16 inputs, 16-bit, 250kS/s, Multifunction I/O |
| DC Power Supply | SMART | RDP-305AU | 3 channel power supply / output voltage : 0~30V, Output current : 0~5A |
| L511 stage | PI | L511.20SD00 | Z-stage / Travel range : 52mm |
| Large Digital Hotplate | DAIHAN Scientific | HPLP-C-P | Heatplate / Max Temp : 350ºC |
| M531 stage | PI | M531.2S1 | X-stage / Travel range : 306mm |
| Mylar Polyester PET films | CSHyde | 48-2F-36 | PET film / Thickness : 50µm |
| OPA2541 | BURR-BROWN | OPA2541BM | OP-AMP / Output currents : 5A, output voltage : ±40V |
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