Room-temperature liquid metal direct writing: Developing and evaluating a modular deposition system

Abstract

De onderzoeksgroep IMO-IMOMEC ontwikkelt rekbare elektronica, bestaande uit een inkapseling, zoals siliconen, en geleiders. Traditioneel worden deze geleiders, met name het op gallium gebaseerde vloeibare metaal (LM) Galinstan, aangebracht met een spuitcoatproces. Het doel van deze masterthesis is het ontwikkelen van een direct schrijvend productiesysteem voor vloeibare metaalgeleiders, waarmee snel prototypen mogelijk is zonder stencil. Het systeem moet een hogere resolutie en egale lijnen bereiken, wat verbeteringen biedt vergeleken met traditionele spuitcoatmethoden.

Het systeem moet 3-assig printen ondersteunen en beschikken over een in hoogte verstelbaar printbed met hoogtedetectie voor nauwkeurige regeling. Daarnaast moet het een accurate regeling van debiet en druk bieden. Een cruciaal kenmerk is het modulaire ontwerp dat vlotte aanpassingen mogelijk maakt ter ondersteuning van verder onderzoek.

Als reactie op de vereisten werd een 3D-printer aangeschaft en aangepast voor het printen van LM. Bovendien werd een dispenser in het systeem geïntegreerd. Tests tonen aan dat het systeem betrouwbaar egale lijnen kan printen met een breedte van 188,8 µm en een foutmarge van ±1,0 µm met een 200 µm naald, gebruikmakend van de afschuifmethode. Verdere tests identificeerden en onderzochten de parameters die het printproces beïnvloeden. Het systeem omvat een interface die de overgang van baandesign naar printen vereenvoudigt. Tot slot werden apparaten, waaronder spiralen en LED-matrices, geproduceerd als conceptvalidatie.