ハイブリッド スマート センサーの作製のための印刷
Summary
ここの相加的製造基板上箔インク ジェット印刷多層センサー構造の作製のためのプロトコルを提案する.
Abstract
相加的に結合する方法基板または箔の製造し、センサー デバイス作製のための多層インク ジェット印刷が表示されます。最初、(アクリル酸・陶器・銅) の 3 つの基板を用意しています。これらの基板の結果材料特性を決定するには、集束イオンビーム (fib) 測定、走査型電子顕微鏡 (SEM)、接触角測定機を行います。達成可能な印刷解像度と各基板のボリュームを適切なドロップは、ドロップ サイズ テストを通じて、発見します。その後、絶縁、導電性インクのレイヤーは、ターゲット センサー構造を作製する交互印刷インク ジェットです。各印刷手順の後は、それぞれレイヤー個別に光硬化によって扱われます。各レイヤーの硬化に使用するパラメーターは、印刷インクも、それぞれの基質の表面の特性に合わせられます。結果の導電率を確認して印刷面の品質を決定するには、4 点プローブと測定機の測定が行われます。最後に、達成可能な品質を実証する測定セットアップとそのようなセンサーのすべて印刷システムによって得られた結果を示します。
Introduction
添加剤の製造 (AM) は、材料が 3 D モデルのデータからオブジェクトを作るに参加しているプロセスとして標準化されています。これは層の層には通常行われますそして、したがって、減法の製造技術、半導体製造などとは対照的します。類義語には、3 D 印刷、添加剤の製造、添加剤のプロセス、添加技術、添加剤の層の製造、層製造、造形が含まれます。これらの類義語は、独自の定義を提供するアメリカ社会のテストおよび材料 (は ASTM)1標準化から再現しています。本邦では、3 D 印刷を印刷オブジェクトの厚さもメートル2センチの範囲では、プロセスと呼びます。
光造形3などのより一般的なプロセス、ポリマーの印刷を有効にするが、金属の 3 D 印刷は既に市販されても。自動車、航空宇宙の4、および医療5セクターのように吸気エリアの金属の午前を採用します。航空宇宙構造物の利点は、単純な構造の変化 (例えば、ハニカム デザインを使用して) を介して軽量デバイスを印刷することです。その結果、材料で、例えばより機械的強度、重量 (例えば、チタン アルミニウムの代りに)6のかなりの量を追加、それ以外の場合、用いることができます。
高分子の 3 D 印刷が既に確立している金属 3 D 印刷はまだ活気のある研究テーマ、金属構造物の 3 D 印刷のさまざまなプロセスが開発されています。4 つのグループ7,8、すなわち 1) を使用してレーザーや電子ビーム ワイヤ供給プロセスにおけるクラディングのレーザーや電子ビーム、3) 選択的に溶融パウダーを使用してを使用して 2) 焼結システムに利用可能な方法をまとめることが基本的には、レーザーや電子ビーム (粉末ベッド融合)、4)、一般的には、インク ジェット ヘッド粉末基板上に移動、プロセス分配するための結合剤を噴射バインダー。
プロセスによってそれぞれ製造されたサンプルは、異なる表面および構造特性7を展示いたします。別のプロパティはさらに印刷された部品 (例えば、彼らの表面のセンサーを製造して) を施していき、さらに考慮する必要があります。
このような高機能化を達成するために処理する印刷、3 D 印刷とは対照的 (e.g、スクリーンとインク ジェット印刷) カバーのみ未満 100 nm9最大数のマイクロメータとは、オブジェクトの高さ、頻繁にまたと呼ばれます。2.5 D-印刷または、高解像度のパターンのレーザー ベースのソリューションも提案10,11います。印刷プロセスの包括的な見直し、熱依存溶かすナノ粒子の温度とアプリケーションは Ko12によって与えられます。
スクリーン印刷文献13,14で確立している、インク ジェット印刷は、機能サイズを小さく印刷するための解像度を上げると共に、改善されたアップスケー リング機能を提供します。それに加えて、三次元の機能性材料の柔軟な成膜を可能にデジタル非接触印刷方法です。その結果、私たちの仕事は、インク ジェット印刷に焦点を当てた。
インク ジェット印刷技術は、金属 (銀、金、プラチナ、等) 検出電極の作製で既に採用されています。アプリケーションなど、圧力、ひずみセンシング17,18,19, とバイオセンシング20,21, と同様にガス又は蒸気の温度測定15,16解析22,23,24。熱25、電子レンジ26、27電気、レーザー28に基づくさまざまな技術を使用して行われ、光にすることができます拡張子が限った限られた高さのような印刷の構造物の養生29原則。
インク ジェット プリントの構造の光硬化低温抵抗基板上への高エネルギー、硬化性、導電性のインキを使用する研究者をことができます。この状況では、2.5 の組み合わせを悪用するスマート包装30,31,32スマート センサーの領域に非常に柔軟なプロトタイプを製造する D および 3 D 印刷プロセスを用いることができます。
3 D プリントされた金属基板の導電率は医療分野だけでなく、航空宇宙部門に興味あります。それはちょうど特定の部分の機械的安定性を向上しませんが、静電容量センシングし同様、近距離で有利。3 D プリントの金属製のハウジングは、電気的に接続することができますので、追加シールド/警備センサーのフロント エンドを提供します。
目的は、午前技術を用いたデバイスを作製することです。これらのデバイスは、(マイクロ ・ ナノスケール) で頻繁に用いられる測定で十分に高い解像度を提供する必要があり、同時に彼らは信頼性と品質に関して高い基準を満たす必要があります。
午前技術達成できる測定品質全体の向上に最適化されたデザイン33,34を作製する十分な柔軟性をユーザーに提示することが示されています。さらに、ポリマーと単層のインク ジェット印刷の組み合わせは、前研究35,36,37,38で提示されています。
この作業で利用できる研究の拡張、AM 基板、金属、焦点と多層インク ジェット印刷と光硬化との互換性の物理的性質についてのレビューを提供します。模範的な多層コイル デザインは補足図 1で提供しています。結果は、午前金属基板上への多層センサー構造のインク ジェット印刷の戦略を提供するために使用されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
3 D プリント基板と箔の多層センサー構造を作製する方法が示されています。午前金属とセラミックとアクリル酸の種類と箔基板が多層インク ジェット印刷、異なる層と基板との密着性は十分とそれぞれの導電性や絶縁の機能に合うように表示されます。これは、絶縁材料の導電構造の層を印刷によって表示でした。さらに、互いを損なうことがなく、印刷およびすべてのレイヤーのプロセ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、彗星 K1 ASSIC オーストリア スマート システム統合研究センターによってサポートされています。彗星コンピテンス センターの優秀な技術プログラムは、ケルンテン州とシュタイアー マルク州の連邦州、BMWFW、bmvit 作動によってサポートされます。
Materials
| 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. |
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