Darbe Baskı Tipi Sıcak Kabartma Teknolojisi Kullanılarak Esnek Malzemeler dekanlığı Çalışması
Summary
Darbe baskı tipi sıcak kabartma teknolojisi, nokta desenleri gerçek zamanlı olarak esnek malzemelere kazımak için bir darbe başlığı kullanır. Bu teknoloji, farklı polimer filmlerde çeşitli genişlik ve derinliklerde nokta desenleri oluşturmak için darbe başlığının on-off hareketini ve konumunu kontrol etmek için bir kontrol sistemine sahiptir.
Abstract
Burada polimer film üzerinde gerçek zamanlı olarak çeşitli tasarımlar, genişlikler ve derinlikleri ile nokta desenleri oluşturabilirsiniz bir etki baskı tipi sıcak kabartma süreci çalışmamızı sıyoruz. Buna ek olarak, farklı nokta desenleri kazımak için darbe başlığının on-off hareketi ve konumu için bir kontrol sistemi uyguladık. Polyester (PET) filmi, polimetil metakrilat (PMMA) filmi ve polivinil klorür (PVC) filmi gibi çeşitli polimer filmlerde nokta desenleme yaptık. Nokta desenleri bir konfokal mikroskop kullanılarak ölçüldü ve biz darbe baskı tipi sıcak kabartma işlemi nokta desenleme işlemi sırasında daha az hata üretir doğruladı. Sonuç olarak, etkisi baskı tipi sıcak kabartma işlemi polimer filmlerin farklı türleri üzerinde oyma nokta desenleri için uygun olduğu bulunmuştur. Buna ek olarak, geleneksel sıcak kabartma işleminden farklı olarak, bu işlem kabartma damgası kullanmaz. Bu nedenle, işlem basittir ve seri üretim ve küçük miktarlı toplu üretim için benzersiz avantajlar sunan, gerçek zamanlı nokta desenleri oluşturabilirsiniz.
Introduction
Araştırmacılar aktif olarak mevcut cihazları ve ekranları minyatürleştirmek ve bu cihazların esnekliğini artırmak için çalışıyoruz1,2. Elektrik kanallarının genişliğini ve derinliğini mikro veya nano ölçekte azaltmak için yüksek hassasiyetli teknoloji gereklidir. Buna ek olarak, bu cihazların esnekliğini artırmak için, elektrik kanallarının desenleri esnek bir malzeme üzerinde yer almalıdır, bir polimer film gibi3,4. Bu koşulları karşılamak için, ultraince mikroişleme teknolojisi çalışmaları aktif olarak devam etmektedir.
Ultraince mikroüretim teknolojisi, sadece demir veya plastik gibi son derece sert malzemeler değil, aynı zamanda polimer filmler gibi yumuşak malzemeler de dahil olmak üzere olası desenleme malzemeleri bir avantaja sahiptir. Bu avantajlar nedeniyle, bu teknoloji yaygın iletişim, kimya, optik, havacılık, yarı,iletken ve sensörler5,6,7gibi çeşitli alanlarda, bir çekirdek süreci olarak kullanılır. Ultraince mikroişleme alanında, LIGA (litografi, elektrokaplama ve kalıplama) veya mikroişleme yöntemleri8kullanılır. Ancak, bu geleneksel yöntemler çeşitli sorunlar ile ilişkilidir. LIGA yöntemleri, ultra ince desenler oluşturmak için önemli miktarda zaman ve çeşitli işlem adımları gerektirir ve süreçler sırasında birçok farklı ekipman türüne ihtiyaç duydukları için yüksek bir maliyete de maruz kalır. Buna ek olarak, LIGA yöntemleri çevreyi kirleten kimyasallar kullanır.
Bu sorunu gidermek için, sıcak kabartma proses teknolojisi ultra ince mikroproses teknolojileri arasında spotlighted olmuştur. Sıcak kabartma, mikro veya nano ölçekli kabartma kalıp kullanarak ısıtmalı polimer film üzerinde bir desen oluşturan bir teknolojidir. Konvansiyonel sıcak kabartma teknolojisi kalıp şekline bağlı olarak plaka tipi ve rulo-to-roll türüne ayrılır. Sıcak kabartma teknolojisi nin iki türü kalıbın şekli açısından farklıdır, ancak bu iki işlem, kabartma kalıbının polimer filme bir desen kazımak için polimer filmi ısıtmalı bir plakaüzerine bastırması açısından benzerdir. Sıcak kabartma işlemini kullanarak deseni kazımak için polimer filmincam geçiş sıcaklığının üzerinde ısıtılmak ve yeterli miktarda basınç (~30-50 MPa)9uygulamak gerekir. Buna ek olarak, genişlik ve desen derinliği ısıtılmış plaka sıcaklığına bağlı olarak değişir, malzeme, ve kabartma kalıp şekli. Ayrıca desenleme işleminden sonraki soğutma yöntemi polimer filmdeki desenin şeklini etkiler.
Geleneksel sıcak kabartma işleminde kabartma pulları veya silindirleri istenilen desenle kabartma yapılabilir ve kabartma kalıbı aynı deseni sürekli olarak polimer film yüzeylerine yazdırmak için kullanılabilir. Bu özellik bu süreci sadece seri üretim için değil, aynı zamanda polimer filmler 10 ,11,,12,1113,14gibi yumuşak malzemelerle imal cihazlar için de uygun hale getirir. Ancak, geleneksel sıcak kabartma yöntemi sadece kabartma kalıp oyulmuş tek desen oluşturabilirsiniz. Bu nedenle, kullanıcı yeni bir desen yapmak veya desen değiştirmek istediğinde, baskı deseni değiştirmek için yeni bir kalıp yapmak gerekir. Bu nedenle, geleneksel sıcak kabartma, yeni desenler oluştururken veya mevcut tasarımların yerine geçerken maliyetli ve zaman alıcıdır.
Daha önceki çalışma gerçek zamanlı olarak çeşitli genişlik ve derinliklerde nokta desenleri üretmek için etki tipi sıcak kabartma işlemi tanıttı15. Geleneksel sıcak kabartma işleminin aksine, darbe baskı tipi sıcak kabartma yöntemi polimer film desenleri oluşturmak için bir darbe başlığı kullanır. Bu teknoloji, hassas konumlandırma sistemi yle darbe üstbilgisini istenilen konuma taşır. İstenilen genişlikte ve derinlikte ve rasgele bir konumda yazdırma desenleri için bir kontrol sinyali uygulanır. Darbe başlığının yapısı bir mover, bir yay, bir bobin sarma ve bir çekirdekten oluşur (Bkz. Şekil 1A)15. Daha önceki çalışmalar bir analiz ve deney yoluyla böyle bir darbe başlığı sıcak kabartma için uygun kuvvet üretebilir doğruladı16. Bu makalenin protokolü, darbe tipi sıcak kabartma işlemi için donanımın tasarımını ve proses kontrolü için kontrol ortamını kapsar. Buna ek olarak, PET film, PMMA film ve PVC film, tüm bunlar etkisi baskı tipi sıcak kabartma işlemi gerçek zamanlı olarak çeşitli genişlik ve derinliklerde nokta desenleri oluşturabilirsiniz doğrulamak için önerilen protokol ile işlenir nokta desenleri analiz. Bu deneylerin sonuçları, kabartma işleminin uygun şekilde ultra ince desenler üretebileceğini doğrulayan sonuçlar bölümünde aşağıda sunulmuştur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, etki baskı tipi sıcak kabartma işlemini ve çeşitli genişlik ve derinliklere sahip oyma nokta desenlerini gerçek zamanlı olarak bir dizi polimer filminüzerine uyguladık. Protokol adımları arasında, tüm adımlar arasında iki adım eleştirel olarak ele alınmalıdır. Birincisi ısı plakasının sıcaklığının ayarıdır (adım 3.3.3), ikincisi ise darbe başlığının başlangıç konumunun ayarıdır (adım 3.5.1). Adım 3.3.3, ısı plakası sıcaklığı çok yüksek ise, filmin vis…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma, Kore Ticaret, Sanayi ve Enerji Bakanlığı (MOTIE) aracılığıyla “Iletken nano kompozit malzemeler kullanılarak iletken bir tabaka için etki baskı tipi sıcak kabartma teknolojisinin geliştirilmesi” başlıklı proje ile desteklenmiştir (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 |
References
- Lee, S. Y., et al. 2018 Optical Fiber Communications Conference and Exposition (OFC). IEEE. , 1-3 (2019).
- Yang, D., Pan, L., Mu, T., Zhou, X., Zheng, F. The fabrication of electrochemical geophone based on FPCB process technology. Journal of Measurements in Engineering. 5 (4), 235-239 (2017).
- Fukuda, K., et al. Fully printed high-performance organic thin-film transistors and circuitry on one-micron-thick polymer films. Nature Communications. 5, 4147 (2014).
- Sekitani, T., Zschieschang, U., Klauk, H., Someya, T. Flexible organic transistors and circuits with extreme bending stability. Nature Materials. 9 (12), 1015 (2010).
- Zamkotsian, F., Dohlen, K., Burgarella, D., Ferrari, M., Buat, V. International Conference on Space Optics-ICSO 2000. International Society for Optics and Photonics. , 105692A (2019).
- Zhang, X., Li, Z., Zhang, G. High performance ultra-precision turning of large-aspect-ratio rectangular freeform optics. CIRP Annals. 67 (1), 543-546 (2018).
- Ziaie, B., Baldi, A., Lei, M., Gu, Y., Siegel, R. A. Hard and soft micromachining for BioMEMS: review of techniques and examples of applications in microfluidics and drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 56 (2), 145-172 (2004).
- Mishra, S., Yadava, V. Laser beam micromachining (LBMM)-a review. Optics and Lasers in Engineering. 73, 89-122 (2015).
- Yun, D., et al. Development of roll-to-roll hot embossing system with induction heater for micro fabrication. Review of Scientific Instruments. 83 (1), 015108 (2012).
- Keränen, K., et al. Roll-to-roll printed and assembled large area LED lighting element. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 81 (1-4), 529-536 (2015).
- Park, J., Lee, J., Park, S., Shin, K. H., Lee, D. Development of hybrid process for double-side flexible printed circuit boards using roll-to-roll gravure printing, via-hole printing, and electroless plating. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 82 (9-12), 1921-1931 (2016).
- Rank, A., Lang, V., Lasagni, A. F. High-Speed Roll-to-Roll Hot Embossing of Micrometer and Sub Micrometer Structures Using Seamless Direct Laser Interference Patterning Treated Sleeves. Advanced Engineering Materials. 19 (11), 1700201 (2017).
- Shan, X., Liu, T., Mohaime, M., Salam, B., Liu, Y. Large format cylindrical lens films formed by roll-to-roll ultraviolet embossing and applications as diffusion films. Journal of Micromechanics and Microengineering. 25 (3), 035029 (2015).
- Wang, X., Liedert, C., Liedert, R., Papautsky, I. A disposable, roll-to-roll hot-embossed inertial microfluidic device for size-based sorting of microbeads and cells. Lab on a Chip. 16 (10), 1821-1830 (2016).
- Yun, D., et al. Impact Print-Type Hot Embossing Process Technology. Advanced Engineering Materials. 20 (9), 1800386 (2018).
- Ahn, J., Yun, D. Analyzing Electromagnetic Actuator based on Force Analysis. 2019 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , (2019).
