УСТРОЙСТВО ПЛОТТЕРНОЙ ПЕЧАТИ

Устройство плоттерной печати относится к области нанотехнологий, в частности, к устройствам прецизионного нанесения жидкостей в задачах печатной электроники.
Известно устройство прецизионного дозирования жидкости [1] из закрытого контейнера, позволяющее наносить капли жидкости путем сжатия канала, в котором эта жидкость находится. Для этих целей используется пьезоэлектрический кристалл в форме трубки, имеющий внутренний и внешний электроды, установленный на стеклянную микропипетку, соединенную гибким шлангом с поршневым насосом. Воздействуя электрическими сигналами на пьезоэлектрический кристалл обеспечивается пульсирующее давление в канале с жидкостью, чем достигается вылет капель жидкости малого объема. Недостатком данного технического решения являются: неоднородность поверхности пленок, получаемых путем перекрытия капель жидкости; невысокая точность контроля объема дозирования жидкости.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство микроплоттер [2], содержащее диспенсер, включающий полый стеклянный капилляр, закрепленный на торце прямоугольной пьезоэлектрической пластины, на поверхностях которой установлены металлизированные контактные площадки, к каждой из которых присоединено по одному проводнику, другие концы которых соединены с блоком управления, видеокамеру, соединенную с персональным компьютером, причем диспенсер и видеокамера расположены на трехкоординатном устройстве позиционирования, соединенного с блоком управления, подключенном к персональному компьютеру и кювету, представляющую собой пластиковый планшет с несквозными отверстиями одинакового диаметра по всей площади.
Недостатком данного технического решения является испарение жидкости из кюветы и, как следствие, изменение концентрации активного вещества в жидкости и вязкости жидкости в процессе печати. Это приводит к неоднородности параметров получаемых пленок.
Целью предлагаемого решения является поддержание стабильности исходного состояния жидкости в течение всего процесса печати, для обеспечения однородности параметров пленок, получаемых путем плоттерной печати.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство плоттерной печати, содержащее диспенсер, включающий полый стеклянный капилляр, закрепленный на торце прямоугольной пьезоэлектрической пластины, на поверхностях которой установлены металлизированные контактные площадки, к каждой из которых присоединено по одному проводнику, другие концы которых соединены с блоком управления, видеокамеру, соединенную с персональным компьютером, причем диспенсер и видеокамера расположены на трехкоординатном устройстве позиционирования, соединенного с блоком управления, подключенном к персональному компьютеру и кювету, кювета выполнена в виде трубки изогнутой формы, установленной в держателе, внутренний диаметр которой больше внешнего диаметра стеклянного капилляра диспенсера, при этом вертикальный участок трубки, имеющий открытый конец, расположен соосно со стеклянным капилляром диспенсера, введен поршневой дозатор, соединенный с персональным компьютером, выход которого соединен гибким шлангом с другим концом трубки кюветы, введена дополнительная видеокамера, установленная напротив вертикального участка трубки кюветы, также соединенная с персональным компьютером.
Пример конкретной реализации полезной модели
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1 и включает в себя персональный компьютер 1, к которому подключены: блок управления 2, соединенный с трехкоординатным устройством позиционирования 3 и диспенсером 4, видеокамеры 5, 6 и поршневой дозатор 7, соединенный с кюветой 8. Общий вид устройства приведен на фиг. 2, на котором показаны: трехкоординатное устройство позиционирования 3, диспенсер 4, видеокамеры 5, 6, поршневой дозатор 7, кювета 8 и гибкий шланг 9. На фиг. 3 показано взаимное расположение диспенсера и кюветы в процессе заправки диспенсера. Диспенсер содержит корпус 10, пьезоэлектрическую пластину 11, полый стеклянный капилляр 12, пару проводников 13 для подачи управляющего напряжения. Кювета содержит трубку изогнутой формы 14, имеющую вертикально расположенный отрезок, открытый конец которого установлен соосно с капилляром диспенсера 12, держатель кюветы 15.
Устройство плоттерной печати работает следующим образом. Печатающим элементом устройства является диспенсер, включающий полый стеклянный капилляр, закрепленный на торце прямоугольной пьезоэлектрической пластины, на поверхностях которой установлены металлизированные контактные площадки, к каждой из которых присоединено по одному проводнику, другие концы которых соединены с блоком управления. Перед началом процесса печати диспенсер с помощью системы трехкоординатного позиционирования перемещается к кювете с жидкостью (фиг. 3) до тех пор, пока стеклянный капилляр диспенсера 12 и вертикальный участок трубки кюветы не будут расположены соосно. Под воздействием поршневого дозатора уровень жидкости в кювете поднимается до верхнего края, положение уровня контролируется видеокамерой 6, подключенной к персональному компьютеру 1. После чего конец капилляра диспенсера погружается в стеклянную трубку кюветы 14 (см. фиг. 3). Под действием капиллярного эффекта капилляр диспенсера заполняется. Контроль погружения и заполнения капилляра диспенсера осуществляется при помощи видеокамеры 6. После того, как капилляр диспенсера заполнится жидкостью он с помощью трехкоординатной системы позиционирования 3 поднимается из кюветы и перемещается в область печати. В области печати на пьезоэлектрическую пластину диспенсера с блока управления подается гармонический сигнал напряжения на резонансных частотах диспенсера. В результате, на кончике капилляра диспенсера образуется мениск жидкости, перемещение которого трехкоординатной системой позиционирования по поверхности подложки по заданной траектории приводит к формированию печатного рисунка. Одновременно с этим под действием поршневого дозатора 7 уровень жидкости в кювете опускается до положения, обеспечивающего наименьшее испарение в процессе ожидания следующей заправки диспенсера. На фиг. 4 приведен пример частного случая теоретической и экспериментальной зависимостей скорости испарения толуола из капилляров различных диаметров. Показано, что опускание уровня толуола на 12 мм от открытого конца капилляра позволяет более чем в 10 раз снизить скорость испарения.
Уменьшение интенсивности испарения жидкости из кюветы позволяет поддерживать стабильным ее состояние в течение всего процесса печати для обеспечения однородности параметров пленок, получаемых путем плоттерной печати.
Использованные источники информации
7
1. Method for determining and verifying a microvolume of a sample liquid dispersed in droplets [Текст]: патент US 6220075 B1 МПК B67D 5/08. / Roeland F. Papen, Richard E. Pelc, Nicholas S. Chibucos, Wilhelm Meyer, патентообладатель Packard Instrument Company (США), - №09/303,707, заявл. 30.04.1999, опубл. 24.04.2001.
2. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.sonoplot.com/sites/default/files/GIXMicroplotterIIManual.pdf, свободный (дата обращения: 01.12.2014 г.)