电流体按需喷印的图案解析与打印规划
本文选题:电流体喷印 + 电纺丝直写 ; 参考:《华中科技大学》2015年硕士论文
【摘要】:喷印工艺可实现大面积、低温、共形和低成本制造,被视为柔性电子的理想制造技术。传统喷印工艺采用压电、热气泡的“挤”方式进行喷印,分辨率难以高于20μm,无法兼容粘性溶液,在柔性电子制造中受到限制。电流体喷印采用电场“拉”方式,可以实现高粘性聚合物溶液的高分辨率打印,这种新工艺的装备研制具有非常重要的意义。本文以电流体按需喷印工艺为背景,研究面向不同材料的图案自适应解析与单喷嘴/多喷嘴打印规划,主要工作如下:1)系统介绍了电流体喷印机的结构、软件和控制系统组成,并完成搭建按需喷印系统:直线电机运动平台、电气比例阀的气压控制、函数发生器+高压发生器的电压控制和精密流量供墨系统,奠定了电流体按需喷印的硬件组织架构。2)研究了按需喷印图案分辨率的自适应解析,解决了打印图案与喷印液滴体积的匹配难题。对打印的图案/图像进行二值化处理,然后依据视觉相机计算的喷印点尺寸对二值化图案/图像进行插值计算,实现基于视觉反馈的分辨率自适应调节,以解决不同工艺参数和材料下,喷印点动态变化导致电路打印不连续问题。3)研究了单喷嘴喷印工况下位图打印与矢量图打印方法,解决了普通图像与电路图案打印的差异化要求。采用逐行扫描和图案跟踪两种方式,结合PMAC控制器对电气比例阀、函数发生器、电压放大器和直线电机的进行协同控制与工艺匹配,研究了电压及其占空比对打印的影响规律,最后分别打印离散点组成的普通字符和连续点组成的RFID天线。4)研究了不同类型喷嘴打印下的图像解析与打印规划策略,解决喷印过程中单喷嘴、多喷嘴切换问题。设计了多喷嘴打印头,并分析了多喷嘴的电场分布。依据阵列化喷嘴的打印要求,实现并行打印和独立可控打印,并依据喷嘴间距、喷印点尺寸提出了相应的分块化打印规划方法,最后打印了普通字符和阵列化电路。以上按需喷印控制系统、路径规划已经集成到自主研制的多功能电流体喷印装备(Me-Jet XR1)系统中,并通过喷印实验验证了对不同材料、不同打印分辩率和不同喷嘴系统的自适应性,提高了电流体按需喷印工艺能力,所参与研制的Me-Jet XR1装备获得了2014年瑞士日内瓦国际发明金奖。
[Abstract]:Spray printing can achieve large area, low temperature, conformal and low cost manufacturing, and is regarded as the ideal manufacturing technology for flexible electronics.The traditional printing process uses piezoelectric, hot bubble "extrusion" method to spray printing, the resolution is difficult to be higher than 20 渭 m, it can not be compatible with viscous solution, so it is limited in flexible electronic manufacturing.The electric field "pull" method is adopted in the current body spray printing, which can realize the high resolution printing of the high viscosity polymer solution. The development of this new technology is of great significance.In this paper, based on the on-demand jet printing process of current body, the adaptive pattern analysis and single nozzle / multi-nozzle printing planning for different materials are studied. The main work is as follows: 1) the structure, software and control system of the current body jet printing machine are introduced.And complete the construction of on-demand printing system: linear motor motion platform, electrical proportional valve pressure control, function generator high-voltage generator voltage control and precision flow ink supply system,The hardware organization architecture of on-demand printing is established. 2) the adaptive resolution analysis of on-demand printing pattern is studied, and the matching problem between printing pattern and droplet volume is solved.The binary processing of printed pattern / image is carried out, and then the binary pattern / image is interpolated according to the size of the printing point calculated by the visual camera to realize the adaptive adjustment of the resolution based on visual feedback.In order to solve the problem of circuit printing discontinuity caused by dynamic change of printing point under different process parameters and materials, the bitmap printing and vector printing method under single nozzle spray printing condition are studied.The difference between common image and circuit pattern printing is solved.By means of line by line scanning and pattern tracking, combined with the collaborative control and process matching of electrical proportional valve, function generator, voltage amplifier and linear motor by PMAC controller, the effect of voltage and duty cycle on printing is studied.Finally, the common characters of discrete points and the RFID antenna of continuous points are printed. 4) in order to solve the problem of single nozzle and multi-nozzle switching in the process of spray printing, the image analysis and print planning strategy under different types of nozzle printing are studied.The multi-nozzle printing head is designed and the electric field distribution of multi-nozzle is analyzed.According to the printing requirements of arrayed nozzles, the parallel printing and independent controlled printing are realized. According to the distance between the nozzles and the size of the printing points, the corresponding block printing planning method is proposed. At last, the common characters and the array circuit are printed.The above on-demand printing control system has been integrated into the Me-Jet XR1) system, which has been developed by ourselves, and the self-adaptability of different materials, different printing resolution and different nozzle system is verified by jet printing experiment.The Me-Jet XR1 equipment has won the International Invention Gold Award in Geneva, Switzerland in 2014.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN05
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,本文编号:1755021
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