iPon Cikkek

Roll-to-roll – a gyorssajtótól a chipnyomtatásig

Dátum | 2016. 08. 04.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Az utóbbi években a 3D nyomtatásban bekövetkezett előrelépések mellett a „hagyományos”, síkfelületre történő nyomtatás is óriási fejlődésen ment át. Egyre változatosabb célokra használják ugyanis azokat a gépezeteket, amelyek eredete a nyomdákban a 19. század végére elterjedt hengeres gyorssajtókra vezethető vissza. Az egykor nagy papírhengerekre képeket és szavakat nyomtató szerkezetek mintájára napjainkban egyre több olyan rendszer kerül kifejlesztésre, amely könyvek és újságok helyett elektronikus termékeket, áramköröket, napelemeket vagy éppen OLED-eket állít elő nagy mennyiségben. A területen zajló átalakulás egyik kiváló példája az az accringtoni gyár, amely egykor kelmefestő gépek, majd tapétanyomtatók gyártásával foglalkozott. Az 1918-ban alapított Emerson & Renwick legújabb fejlesztése, a Genesis nagyjából akkora, mint egy hajókonténer, és elektromos készülékek nyomtatását végzi. A rendszer hosszú szalagokra nyomtatja a kívánt mintákat és rétegeket, majd ez tetszés szerint feldarabolható.
Genesis
Az úgynevezett roll-to-roll technológia egyre nagyobb népszerűségre tesz szert, mivel nagyon gyors és roppant költséghatékony. Az ilyen rendszerekben a gyorssajtókhoz hasonló módon a minta először egy hengerre kerül át, majd erről jut rá a hordozóra. A legjobb mai ofszetnyomtatókkal másodpercenként több mint 20 újság nyomtatható ki, a legfejlettebb, elsősorban csomagolóanyagok előállítására használt flexonyomtatókkal pedig percenként 500 méter szalagra kerülhet fel a kívánt minta. Ezeket a metódusokat egy ideje már adaptálták egyszerűbb áramkörök gyártására, a hagyományos tintát valamilyen vezető folyadékra cserélve le, de a szakértők szerint a technológia némi átalakítással ennél jóval többre is képes lehet. A módszerrel ugyanis a sajtótermékek tömeges előállításához hasonló hatékonysággal lehet egészen kifinomult elektronikus készülékeket, például vékonyfilm tranzisztorokat is legyártani. Az Emerson & Renwick új fejlesztése pedig pontosan erre képes. Műanyag filmekre, hajlékony üvegre és fémfóliára egyaránt képes nyomtatni. A „tinták” pedig még változatosabbak, mint az hordozók: vannak köztük vezető, szigetelő és félvezető tulajdonságú anyagok, és fénykibocsátó matériák is. A cég speciális alrendszerek létrehozásával is foglalkozik, amelyek tetszés szerint beleilleszthetők a gyártási folyamatba, így a nyomtató a legkülönbözőbb célokra lehet használható. Az egyik modul például ionokat gyorsít fel, és lehetővé teszi, hogy atomi pontossággal nyomtasson a printer. Egy másikkal reaktív gázok révén 50 nanométernél vékonyabb lyukakat és csatornákat lehet vájni a felületbe. A szennyeződések elkerülése érdekében mindezen folyamatok vákuumban történnek.
A Genesis rendszere Colin Hargreaves, a cég vezetője elmondása szerint nagyon sok megoldást alkalmaz a hagyományos nyomtatás világából. A hordozóként szolgáló anyag felcsavarását és feszítését például ugyanolyan gondosan kell végezni, ahogy az újságnyomtatás során, hiszen a szalag elszakadása esetén a gyártást le kell állítani, a javítás és az újraindítás pedig idő és anyagiak szempontjából is költséges kaland. Ha ugyanez elektronikus eszközök nyomtatása közben, vákuumban történik, egy szakadás katasztrofális következményekkel is járhat, hiszen a teljes rendszert károsíthatja. Ahogy már említettük, az elektronikus rendszerek nyomtatásához speciális tintákra van szükség. Mivel az ezüst jobb vezető a réznél, ezekbe az anyagokba gyakran kerül bele a nemesfém, ami ugyanakkor nagyon drágává teszi a tintát. Tawfique Hasan, a Cambridge kutatója és kollégái ezért egy érdekes alternatíván dolgoznak, amelyben az ezüstöt a tintába kerülő graféndarabkák helyettesítik. A szén atomi vastagságú rétegekből felépülő módosulata Hasan magyarázata szerint ilyen minőségben, valamint méretben könnyen és olcsón előállítható, a segítségével létrehozott tinta pedig töredékébe kerül az ezüsttintának. Az anyag ugyanakkor számos alkalmazási területet kielégítő vezetőképességgel rendelkezik, így például eldobható szenzorok, illetve nyomkövetővel és azonosítóval ellátott csomagolóanyagok gyárthatók vele. A graféntinta ezen túl a nyomtatott akkumulátorok elektródái számára is kiváló alapanyag.
Hasan és csapata flexonyomtatással több mint 100 méter szalagot tud nyomtatni a jól vezető graféntintával. A szakértők együttműködnek egy helyi céggel, a Novaliaval, amely többek közt érintőkijelzők gyártásával foglalkozik, amelyeket szintén olcsóbban lehet előállítani a roll-to-roll technológiával. A kutatók ezen túl nemrégiben egy saját céget is alapítottak Inkling néven, amely elektromos tinták, bevonatok és festékek fejlesztésével és árusításával fog foglalkozni. Az egyik érdekes ötlet, amelyen jelenleg dolgoznak, egyfajta okos tapéta, amely a graféntintából nyomtatott áramkörök és OLED-ek vagy kvantumpontok révén alkalmas lehet a belső terek megvilágítására. Egy tajvani kutatóintézet 2017-re tervezi saját roll-to-roll létesítményének megnyitását, amelyben OLED-paneleket akarnak nyomtatni kijelzők számára, dekoratív világítási célokra, illetve jelzőtáblák és kocsibelsők megvilágítására. A hordozó műanyag film vagy hajlékony üveg lesz. A szakértők elmondása szerint az általuk létrehozott nyomtató egymás után hét munkaszakasz ellátására is képes a bevonat felvitelétől kezdve a kész termék szárításáig. Jelenleg mindezen munkafolyamatokhoz külön-külön gépezetre van szükség, így a termékeket sokkal lassabban lehet csak előállítani. A másik, már szintén említett terület, ahol a roll-to-roll módszer használható lehet, a napelemgyártás. Több fejlesztőcsoport is azon munkálkodik, hogy vékonyfilm-napelemeket állítson elő a technológiával. Ezek az olcsó és könnyű panelek csaknem minden felületre felerősíthetők a falaktól kezdve a hordozható készülékekig, így egyre nagyobb rájuk az igény. Ami a nyomtatásos előállítást illeti, a fejlesztők érdeklődésének középpontjában jelenleg a perovszkit szerkezetű anyagok állnak, amelyek jóval olcsóbbak a szilíciumnál, és az eddigi vizsgálatok alapján energiaátalakítási hatásfokuk is nagyobb a hagyományos napelemekénél. Az apró, kristályos szerkezetű szemcsék pedig különösen alkalmassá teszik a perovszkitokat arra, hogy tintahozzávalók legyenek.
A tintasugaras nyomtatás roll-to-roll átalakítása szintén folyamatban van, mondja David Bird a brit CPI munkatársa. Bár a tintasugaras technológia nem túlságosan gyors, nagyon takarékos, hiszen csak oda juttat tintát, ahol arra szükség van. Az ilyen rendszerek ráadásul könnyen adaptálhatók különböző célokra, és alkalmazásuk esetén nincs szükség újabb és újabb nyomólemezekre, hanem az új mintát csak be kell táplálni a számítógépbe. A lassúság pedig viszonylagos. A CPI tintasugaras rendszere jelenleg percenként 17 méternyi műanyagra képes rézáramköröket nyomtatni, amelyeket aztán különféle szenzorok és antennák gyártásakor használnak fel. Bird ugyanakkor felhívja a figyelmet a roll-to-roll technológia egyik gyenge pontjára is, vagyis hogy ez a fajta gyártási mód nagyon magasszintű minőségellenőrzést igényel. Míg más metódusok esetén egy esetleges probléma könnyen észlelhető, mielőtt túl sok hibás termék kerülne legyártásra, a nagysebességű rendszerek esetében ez nem így van. Ha gond van, óriási mennyiségű hibás termék készülhet el, mire észlelik a problémát.
A nyomtatott szövegekben és képeken hibákat azonosítani képes kamerák nem elég érzékenyek ahhoz, hogy észleljék a mikroszkopikus vastagságú, gyakran átlátszó rétegek hibáit. Ennek a problémának a megoldása érdekében a Huddersfieldi Egyetem kutatói kidolgoztak a CPI nyomtatójához egy módszert, amelynek keretében fénysugarakkal világítják át a készülő szalagot, majd felépítik a rétegek három dimenziós modelljét. Ha az alrendszer valami hibát észlel, rögtön jelzi, az emberi irányítók pedig intézkedhetnek a megoldás ügyében. Hogy a roll-to-roll technológia meddig juthat az elektronikus rendszerek gyártásában, azt egyelőre senki sem tudja. Jelenleg a legtöbb így előállított termék nagyobb rendszerek egy-egy alkatrésze, nem pedig egy teljes készülék. Attól pedig még nagyon messze van a módszer, hogy több milliárd tranzisztort tartalmazó számítógépes chipeket lehessen vele legyártani. Számos olyan alkalmazási terület létezik ugyanakkor, ahol nincs szükség ennyire komplex chipekre, így ezek esetében hamarabb eljöhet a szalagra nyomtatás időszaka. Ma Zhenqiang, a Wisconsin-Madison Egyetem kutatója és kollégái nemrégiben létrehoztak egy hajlékony tranzisztort, amely 110 gigahertzen üzemel, így rengeteg célra alkalmas lehet. A kutató a gyártás során egy elektronnyalábbal munkálta meg azt a mintát, amely révén aztán felvitte az áramköröket egy hajlékony szilíciumlapra. A módszer elviekben minden probléma nélkül adaptálható lehet a roll-to-roll nyomtatásra is, így elképzelhető, hogy bár a nyomtatott sajtó lassan kimegy a divatból, az annak elterjedését lehetővé tevő technológia még hosszú-hosszú ideig életünk része marad.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

2. gombabacsi
2016.08.04. 13:24
milyen előrelépések történtek a 3d nyomtatásban?
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. SuhiTomi
2016.08.05. 09:12
Annyit hozzátennék, hogy a roll-to-roll a cikkben úgy tűnik, mintha egy egyedi technológia lenne, ennek az új eljárásnak az elnevezése.
A roll-to-roll azt jelenti, hogy tekercsről tekercsre dolgozik a gép. Ha van benne ívrevágó a végén, akkor roll-to-sheet és ha ívről ívre, akkor sheet-to-sheet.
Persze, ha én értettem félre, akkor elnézést kérek.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!