2.5D Technika druku atramentowego do produkcji precyzyjnych elementów optycznych

Ale tutaj jest zwrot - metoda jest faktycznie uważana za drukowanie 2.5D, a nie drukowanie 3D, ponieważ struktury drukowane, choć nie płaskie, mają ograniczoną złożoność w porównaniu do drukowanych w 3D.

"Drukowanie atramentowe jest bardzo atrakcyjną metodą wytwarzania elementów optycznych, ponieważ pozycje i rozmiary elementów można łatwo modyfikować i praktycznie nie występują straty materiałowe. Jednak napięcie powierzchniowe tuszy utrudnia drukowanie linii o określonej wysokości, co jest konieczne do stworzenia falowodu ", powiedział Fabian Lütolf, członek zespołu CSEM.

Druk atramentowy, zwykle jednoetapowy proces, nakłada wzór kropli na podłoże przez maleńkie dysze. Zespół CSEM odkrył jednak, że linie można drukować z płynniejszymi funkcjami i na określonej wysokości, odkładając atrament w dwóch etapach. Ich technika pozwala drukować falowody i stożki optyczne 2.5D wykonane z polimeru akrylowego i innych materiałów, takich jak metalowe atramenty.

Pius M. Theiler, który jest teraz w ETH Zurich, Lütolf i lider zespołu Rolando Ferrini opublikował artykuł w ich pracy zatytułowanej "Bezdotykowe drukowanie światłowodów za pomocą mostków kapilarnych" w magazynie Optics Express CD3D .

Atrament osadzony na podłożu może pęknąć lub wybrzuszać z powodu napięcia powierzchniowego cieczy. Ale ten dwuetapowy proces może zmienić tę kwestię w zaletę - atrament wydrukowany w kroku 2 samoczynnie ustawia się między kroplami z pierwszego wydruku, aby obniżyć napięcie powierzchniowe. Oznacza to również, że naukowcy nie musieli wstępnie modelować podłoża, co jest konieczne w przypadku innych technik drukowania atramentowego; to sprawia, że ​​produkcja jest prostsza i zwiększa dostępną przestrzeń projektową.

Nowa technika najpierw drukuje serię sferycznych kropelek, zwanych czepkami, które następnie dociskają ciekłe mostki wykonane z tuszu drugiego wydruku. Ta konfiguracja kropelek zatrzymuje ruch atramentu, co zapobiega tworzeniu się wypukłości w drukowanej linii. Ta metoda może również łączyć kilka połączeń, tworząc ostre krawędzie i narożniki, a także ma kilka zalet w stosunku do klasycznej fotolitografii, często używanych do tworzenia drobnych komponentów na chipach.

Lütolf wyjaśnił: "Drukowanie atramentowe nie wymaga Maska fizyczna taka jak fotolitografia i łatwiej jest łączyć komponenty. Ponadto, jeśli chcesz tylko szybko przetestować pomysł lub zmienić parametr, dodaj metody produkcji takie jak druk atramentowydrukowanie wymaga tylko adaptacji projektu cyfrowego. "

Zespół stworzył falowód polimerowy, o szerokości 20 mikronów i wysokości 31 mikronów, ze stożkiem umożliwiającym światło z zewnętrznego lasera do falowodu, w celu oceny nowej metody. Strata optyczna w falowodzie została zmierzona na poziomie 0,19 dB / cm - tylko o rząd wielkości wyższa niż falowody stworzone przez fotolitografię.

"W artykule przedstawiono pierwsze falowody z nadrukiem atramentowym z charakterystyką strat. Dla aplikacji, które wyobrazimy, falowody będą przenosić światło na krótkie odległości, a nie przez całe sieci ", powiedział Lütolf. "Obecny poziom strat może być tolerowany dla takich zastosowań."

Naukowcy twierdzą, że najmniejsze falowody składają się z samotnej kropli atramentu i że jego rozmiar jest ograniczony przez dyszę drukarki. Jednak najwęższe falowody, jakie można uzyskać od drukarki w swoich badaniach, mieściły się w zakresie 40 mikronów, a ich wysokość wynosiła około 10 mikrometrów - limity zbliżone do możliwych za pomocą przemysłowych drukarek atramentowych dostępnych na rynku.

Lütolf powiedział: "Dzięki naszej obecnej kombinacji materiałów i sprzętu nie można wykonać falowodów poniżej 10 mikrometrów, jak to zwykle jest wymagane w przypadku pracy w trybie pojedynczym. Ale jesteśmy blisko. Nie ma jednak żadnych podstawowych fizycznych ograniczeń, które uniemożliwiałyby nam drukowanie falowodów jednomodowych. "

Powiedział, że wiele grup było w stanie zademonstrować możliwości, stosując metody takie jak drukowanie elektrohydrodynamiczne (E-jet), w zakresie submikronowym. W przyszłości naukowcy mogliby połączyć te systemy z techniką druku atramentowego w celu stworzenia falowodów jednomodowych.

Ich nowa metoda może być również wykorzystana do drukowania elektroniki i mikroprzepływów, co może pomóc w aplikacje, takie jak urządzenia laboratoryjne na chipie i czujniki optyczne. Według Lütolfa, chociaż już widzimy komercyjne drukowanie elektroniki, trudniej jest drukować mikroprzepływy.

"Fakt, że nasze podejście może pozwolić na wyprodukowanie komponentów z wieloma funkcjami za pomocą jednej drukarki, toruje drogę do addytywne wytwarzanie całych układów scalonych na układach scalonych. Oznacza to, że do elastycznej hybrydowej elektroniki można dodać komponenty optyczne i że elementy optoelektroniczne, takie jak źródła światła lub detektory, mogą być zintegrowane z drukowanymi obwodami optycznymi ", wyjaśnił Lütolf.

Obecnie zespół jestpracując nad optymalizacją nowej metody i atramentu, aby zmniejszyć ilość światła traconego przez falowód. Ponadto mają nadzieję na komercjalizację tego procesu w przyszłości, a także sprawić, że będzie on bardziej odpowiedni do drukowania na dużą skalę.