喷墨打印墨滴成形及其在柔性印刷中的应用研究

发布时间：2020-06-24 20:18

【摘要】：喷墨打印是一种非接触、快速且方便的数码图像成形方式,按照一定顺序在基材表面堆积墨点形成阵列而组成印制图形。随着技术的进步,喷墨打印不再仅局限于文字的印刷和标记,而是逐渐拓展到工业应用领域,在许多前沿研究领域拥有良好的应用前景,受到广泛关注。印制品质量是一项技术能否得到广泛应用的关键,对于喷墨打印技术,墨滴的成形质量至关重要,为求达到更高的印刷质量和效率,必须要精准控制墨滴成形过程,保证墨滴成形质量。墨滴成形过程包含多相之间相互接触、碰撞,存在非常复杂的流体变化,为了更好地研究墨滴成形过程,分析各个控制因素的影响,本文采用数值模拟计算配合实验分析的研究方法,分析三种控制参数对墨滴成形过程的影响;并针对喷墨打印工艺过程进行研究,为印制品质量优化提供参考和依据;最后在柔性基底上印制UHF(Ultra High Frequency,超高频)天线,对天线的使用性能进行测试。主要完成工作如下:(1)通过查阅与研究课题相关的文献,分析喷墨打印应用、墨滴成形过程及印制工艺的研究现状,并提出数值模拟分析与实验验证相结合的墨滴成形过程控制研究方法。(2)分析墨滴喷射系统物理模型,采用数值模拟方法,建立基于流体体积法的墨滴成形过程数值模型,模拟墨滴束流形成、破碎,独立墨滴飞行及墨滴在基材表面铺展的过程,通过改变数值模型边界条件及模拟流体物性参数,得到不同控制参数在墨滴成形过程中的影响趋势,分析数值模拟结果,总结得出高质量墨滴成形的控制参数组合。(3)借助墨滴喷射及观测系统,采用实验的方法分析不同控制参数的影响,对比数值模拟结果,验证数值模拟模型的可靠性;采用数值模拟得到的高质量墨滴成形控制参数组合,观测墨滴成形过程,观察墨滴成形质量,分析数值模拟研究对实际生产的指导意义。(4)分析喷墨打印印前、印后工艺,优化工艺流程,提高印制品质量。设计UHF天线,在柔性薄膜表面印制,并使用矢量网络分析仪测试天线使用性能,证明提高墨滴成形质量、优化工艺流程对提升印制品质量有积极的作用。经过研究表明,本文提出的数值模拟计算结合实验分析的研究方法具有较高的可行性,对研究流体束流破碎形成墨滴和墨滴接触固态基材问题具有良好的适用性,得到的结果对喷墨打印技术在柔性印刷中的应用具有一定指导意义。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP334.83;TS873
【图文】：

图 1.2 喷墨打印设备子器件是喷墨打印潜在应用之一，使用喷墨打印替代传人们的广泛关注。与传统的光刻半导体制造技术相比，使功能的墨水在基材上制造简单半导体系统，可以有效解工艺复杂、成本较高、设备昂贵及环境不友好等问题，对率较低的多层结构器件，喷墨打印可以快速完成。可以预喷墨打印将成为未来微电子制备的主流方法。破碎形成液滴是喷墨打印基本原理，液滴作为组成印制品质量有很大影响[6]。CFD（Computational Fluid Dynam助流体本身静止、运动状态以及与固体界壁接触时相互作计算机模拟流体流动、传热及相关现象[7]。压电式喷墨打流体自身性能、喷墨控制器及喷头结构多个物理场共同技术的发展，CFD 成为研究微滴成形过程的研究方法之喷墨打印机使用的流体为牛顿型，即在一定温度下流体黏

且能实现大面积、大批量印制。喷墨打印技术不仅具有成本低、环境友好、工艺简单等印刷电子技术传统优势，还因其在器件制备过程中喷头与基材无需接触，使其可以在绝大多数基材表面进行印刷，消除了基底材料对印刷的限制使用喷墨打印技术替代传统工艺，不仅在实际生产中逐渐得到应用，还受到全世界学者的关注。喷墨打印技术应用于功能性电子器件制备，关键在于提高印制图形的分辨率及功能性墨水的研制。Robert Abbel[8]等介绍了喷墨打印技术从概念工具到大规模卷对卷生产的发展历程，系统概述了喷墨打印在印刷电子方面的工业化应用；Giuseppina Polino[9]等使用铜纳米颗粒制备功能性墨水，以聚集的铜颗粒为导电材料应用于有机电子器件中，经过光子烧结后得到高导电率（达到纯铜 20%导电率）印制结构；J.Virtanen[10]等采用喷墨方式在聚酯亚胺膜上印制不同厚度的 RFID 天线，经过测量发现在一定范围内，天线的识度距离与膜层厚度成正比KJ Baeg[11]等调整墨水中共聚化合物比例，使用喷墨打印技术在柔性塑料基材表面印制场效应晶体管逻辑电路，得到了高性能的印制器件，如图 1.3 所示；

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本文编号：2728303