Electrowriting & EHD-Druck

TL-EHD

Elektrohydrodynamischer Mikro-/Nanodrucker

Drucken Sie mikroskopische Punkte, Linien und mehrlagige Muster durch elektrisch gesteuerte Tropfenabscheidung. Programmierbare Spannungsverläufe, koordinierte Bewegung und vier Kameraansichten unterstützen die Prozessentwicklung und Kontrolle.

1–45 μm
Punkt- und Liniengröße
0–2000 V
Hochspannungsausgang
4
Unabhängige Kameraansichten

Die tatsächliche Strukturgröße hängt von Material und Prozess ab.

01

Plattform & Verfahren

Integrierte Druck- und ProzesssteuerungBild vergrößern ↗
Integrierte Druck- und Prozesssteuerung

Integrierte Druck- und Prozesssteuerung

Spannungsverläufe steuern Tropfenausstoß und Abscheidung. Vier Kameraansichten ergänzen die geregelte Bewegungssteuerung. Musterimport, Zeichnen und parametrische Bearbeitung setzen die gewünschte Geometrie in eine Druckbahn um.

Tropfendruck im NahfeldBild vergrößern ↗
Tropfendruck im Nahfeld

Tropfendruck im Nahfeld

Die Düsenspitze befindet sich einige zehn bis mehrere hundert Mikrometer über dem Substrat. Das elektrische Feld stößt einzelne Tropfen an definierte Positionen aus. Synchronisierte Bewegung und Tropfenabgabe überlagern benachbarte Ablagerungen zu Linien und komplexen Mustern.

Drei Verfahren, unterschiedliche Strukturen

ElektrospinnenBild vergrößern ↗
Elektrospinnen

Elektrospinnen

Viele Fasern bilden eine Membran. Typische Faserdurchmesser liegen bei 100–1000 nm.

Elektrostatisches DirektschreibenBild vergrößern ↗
Elektrostatisches Direktschreiben

Elektrostatisches Direktschreiben

Einzelne Fasern aus Lösung oder Schmelze werden Schicht für Schicht gezielt zu geordneten Strukturen abgelegt.

EHD-Jet-DruckBild vergrößern ↗
EHD-Jet-Druck

EHD-Jet-Druck

Tropfen bilden Punkte. Überlappende Ablagerungen ergeben Linien und feine Muster. Darauf ist TL-EHD ausgerichtet.

MaschinenaufbauBild vergrößern ↗
Maschinenaufbau

Maschinenaufbau

Der Zugang von allen vier Seiten erleichtert Probenwechsel, Wartung und Erweiterungen. Ein Marmorsockel trägt das Präzisionsbewegungssystem. Zwei große Displays zeigen Bewegung, Kamerabilder, Signalformen und Rückmeldungen. Abmessungen: 1613 × 908 × 724 mm. Gewicht: ca. 500 kg.

02

Bewegung & elektrisches Feld

X–Y–Z–K-Bewegung mit Regelung

Linearmotoren treiben X, Y und K an. Ein rotierender Servomotor treibt Z an. Die Regelung koordiniert Positionierung und Bahnbewegung.

AchseVerfahrwegMaximale GeschwindigkeitPositionierdaten
X>180 mm200 mm/sWiederholgenauigkeit: ±1,5 μm
Y>180 mm200 mm/sWiederholgenauigkeit: ±1,5 μm
Z>80 mm20 mm/sPositioniergenauigkeit: 100 nm

100 nm und ±1,5 μm sind Positionierdaten der Achsen. Die tatsächliche Platzierungsgenauigkeit beim Drucken hängt von Material und Prozess ab.

Einstellbare HochspannungBild vergrößern ↗
Einstellbare Hochspannung

Einstellbare Hochspannung

Digital gesteuerter, programmierbarer Ausgang von 0 bis 2000 V. Der Ausgangsstrom ist von 0 bis 10 mA stufenlos einstellbar.

Programmierbare Spannungsverläufe

Frequenz, Tastgrad, Amplitude und DC-Offset werden am PC eingestellt. Standard-, zusammengesetzte und benutzerdefinierte Signalformen sind verfügbar. Die Software bietet chinesische und englische Oberflächen.

Programmierbare SpannungsverläufeBild vergrößern ↗
Programmierbare Spannungsverläufe
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Programmierbare Spannungsverläufe
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Programmierbare Spannungsverläufe
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Programmierbare Spannungsverläufe
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Programmierbare Spannungsverläufe
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Programmierbare Spannungsverläufe
Überwachung mit DigitaloszilloskopBild vergrößern ↗
Überwachung mit Digitaloszilloskop

Überwachung mit Digitaloszilloskop

Ein Zweikanal-USB-Oszilloskop überwacht Spannung und Impulse bei der Prozesseinstellung. Analoge Bandbreite: 50 MHz. Abtastrate: bis 200 MSa/s. Empfindlichkeit: 10 mV/div–2 V/div. Eingangsbereich: −100 V bis +100 V (DC + AC).

03

Materialien & Förderung

Material- und Tintenauswahl

MaterialklasseTintentyp / BeispieleMögliche Anwendungen
Leitfähige TintenSilbernanopartikel- und Silberionentinten, PEDOT:PSS-DispersionenMikroelektroden und Leiterbahnen
PolymerlösungenLösungen isolierender oder funktioneller PolymereIsolierende Muster und funktionelle Mikrostrukturen
PartikeldispersionenStabile Dispersionen, z. B. HalbleiternanopartikelFunktionelle Schichten und Mikromuster
Photohärtende TintenStrahlfähige UV-härtende Harze oder PräpolymereLokale Härtung und Mikrostrukturherstellung

Jede Formulierung muss mit Düse, Signalform, Förderparametern und Substrat erprobt werden. Viskosität, Leitfähigkeit, Oberflächenspannung, Dispersionsstabilität, Sedimentation und Verstopfung sind zu prüfen. Benetzung, Trocknung und Härtung müssen abgestimmt werden. Photohärtende Tinten benötigen eine geeignete Lichtquelle.

Mikrodüsen und HalterBild vergrößern ↗
Mikrodüsen und Halter

Mikrodüsen und Halter

Düsengrößen von 1 bis 100 μm. Die Öffnung wird nach Tintenviskosität und Zielmuster ausgewählt. Kleinere Öffnungen werden meist mit niedrigviskosen Tinten verwendet. Spezielle Halter verbinden die Düsen mit dem Fördersystem.

Zwei Druckköpfe mit manueller UmschaltungBild vergrößern ↗
Zwei Druckköpfe mit manueller Umschaltung

Zwei Druckköpfe mit manueller Umschaltung

Zwei Mikrodüsen ermöglichen gleichzeitigen oder abwechselnden Betrieb. Jede Düse besitzt eine unabhängige X–Y–Z-Verstellung. Mehrere Kameraansichten unterstützen Ausrichtung und Prozesskontrolle.

Präzise Tintenförderung mit SpritzenBild vergrößern ↗
Präzise Tintenförderung mit Spritzen
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Präzise Tintenförderung mit Spritzen

Präzise Tintenförderung mit Spritzen

Förderrate: 0,01 μL/h bis 99,9 mL/h. Flüssigkeitsviskosität: 300–5000 cP. Spritzenvolumen: 1, 10 und 20 mL. Edelstahlkanülen mit Luer-Anschluss werden passend zur Tinte ausgewählt.

Vakuumspannfutter und SubstrathalterungBild vergrößern ↗
Vakuumspannfutter und Substrathalterung
Vakuumspannfutter und SubstrathalterungBild vergrößern ↗
Vakuumspannfutter und Substrathalterung

Vakuumspannfutter und Substrathalterung

Ein vergoldetes Vakuumspannfutter mit mehreren Ringen nimmt Siliziumwafer mit 1, 2, 3 und 4 Zoll auf. Es ermöglicht die Nivellierung und ist für den Hochspannungsbetrieb elektrisch isoliert. Eine leise Zweikanal-Vakuumpumpe bietet einstellbare Saugkraft für Fixierung und Probenwechsel.

UV-Härtung bei 365 nmBild vergrößern ↗
UV-Härtung bei 365 nm

UV-Härtung bei 365 nm

Die Härtung kann unabhängig oder mit dem Druck synchronisiert gesteuert werden. Programmierbare Härtung folgt der Bahn sequenziell oder synchron. Die Quelle bewegt sich mit der Z-Achse und lässt sich relativ zur Düse fein einstellen. Vier seitliche Arbeitspositionen können gespeichert und abgerufen werden.

04

Bildgebung & Software

Vierkanal-Mikroskopie

AbstandsmessungBild vergrößern ↗
Abstandsmessung

Abstandsmessung

Beobachtet und misst den Abstand zwischen Düse und Substrat.

In-situ-MikroskopieBild vergrößern ↗
In-situ-Mikroskopie

In-situ-Mikroskopie

Untersucht die Oberflächenmorphologie mit hoher Vergrößerung, ohne die Probe zu entnehmen.

TropfenbildgebungBild vergrößern ↗
Tropfenbildgebung

Tropfenbildgebung

Zeichnet die Tropfendynamik synchron als Bilder oder Video auf.

Düsenausrichtung und Tropfendetails

Positionierung von Kameras und DruckköpfenBild vergrößern ↗
Positionierung von Kameras und Druckköpfen

Positionierung von Kameras und Druckköpfen

Wählen Sie die für die Aufgabe geeignete Kameraansicht. Kamera und Düse lassen sich unabhängig in X, Y und Z einstellen. Zwischen Optik und Druckkopf bleibt ein geeigneter elektrischer Sicherheitsabstand.

Musterbasierte DrucksoftwareBild vergrößern ↗
Musterbasierte Drucksoftware

Musterbasierte Drucksoftware

Muster bearbeiten, Bahnen ansehen und Betriebszustände überwachen, ohne G-Code manuell zu schreiben. Die Software erzeugt und führt Bewegungsbefehle aus. Die geregelte Positionsrückmeldung liefert X–Y–Z-Werte in Echtzeit.

Wegbasierte Synchronisation der TropfenabgabeBild vergrößern ↗
Wegbasierte Synchronisation der Tropfenabgabe

Wegbasierte Synchronisation der Tropfenabgabe

Wegabhängige Tropfenabgabe stimmt den Tropfenabstand auf die Bewegungsgeschwindigkeit ab. Eckkompensation unterstützt gleichmäßige Linienbreiten bei Geschwindigkeitsänderungen. Die Bahnplanung umfasst geschwindigkeitsabhängige Eckenrundung und Einfahrbewegungen.

Dateiimport und AuftragsverwaltungBild vergrößern ↗
Dateiimport und Auftragsverwaltung

Dateiimport und Auftragsverwaltung

Muster importieren, Prozessparameter einstellen und Bewegungen in einem Arbeitsablauf ausführen. Auftragswarteschlangen und Sicherungen globaler Parameter ermöglichen Wiederverwendung und Wiederherstellung nach unbeabsichtigten Änderungen.

MusterquelleUnterstützte Formate
CAD-ZeichnungenDXF / DWG
SchaltungslayoutsGerber / NC Drill
TextdatenTXT / CSV
Parametrisches Zeichnen und SkripteBild vergrößern ↗
Parametrisches Zeichnen und Skripte
Parametrisches Zeichnen und SkripteBild vergrößern ↗
Parametrisches Zeichnen und Skripte

Parametrisches Zeichnen und Skripte

Punkte, Linien, Kreise, Bögen, Ellipsen, Rechtecke und Polylinien zeichnen. Chinesische oder englische Texte, Barcodes und QR-Codes ergänzen.

Acht Füllstrategien umfassen Linien-, Kreuzschraffur-, Mäander- und Sandwichfüllungen. Gitter, Kreisanordnungen und Standardmuster lassen sich parametrisch bearbeiten, mit Bahnanzeige in Echtzeit.

Skripte unterstützen Schleifen, Bedingungen, Variablen und Trigonometrie sowie Maßermittlung für CAD- und 3D-Geometrien.

05

Proben & Videos

LayoutschemaBild vergrößern ↗
Layoutschema
Mikroaufnahmen der ProbeBild vergrößern ↗
Mikroaufnahmen der Probe

Interdigitale Elektrodenmuster

Zwei ineinandergreifende Sätze von Elektrodenfingern sind durch Spalte getrennt. Schema und Mikroaufnahmen zeigen die Gesamtgeometrie und lokale Details. Maßangaben sind den Bildmaßstäben zu entnehmen.

Komplexe Texte und 2D-MikromusterBild vergrößern ↗
Komplexe Texte und 2D-Mikromuster

Komplexe Texte und 2D-Mikromuster

Das Beispiel eines chinesischen Gedichts zeigt die Umsetzung dichter Muster und komplexer Schriftzüge in ausführbare Bahnen. Mikroskopische Kontrolle zeigt Gesamtform, Linienverbindungen und lokale Ablagerungen.

Drucken durchgehender Linien

Beobachten Sie die Linienkontinuität auf Mäanderbahnen und in Kurven. Die Bahnüberlagerung vergleicht Planung und tatsächlich abgelegte Linien.

Drucken von Punktmustern

Grafiken werden in Anordnungen einzelner Tropfen umgewandelt. Synchronisierte Bahn- und Kameraansichten zeigen Druckdetails.

Miniaturkarten und komplexe Konturen

Durchgehende Bahnen bilden Kurven und unregelmäßige Grenzen. Vergleichen Sie den tatsächlichen Druck im Kamerabild mit der programmierten Bahn.

06

Daten & Anwendungen

Technische Daten des TL-EHD

ParameterSpezifikation
Punkt- und Liniengröße1–45 μm. Die tatsächliche Strukturgröße hängt von Material und Prozess ab.
Hochspannung / Strom0–2000 V / 0–10 mA
Düsendurchmesser1–100 μm
Flüssigkeitsförderrate0.01 μL/h–99.9 mL/h
Flüssigkeitsviskosität300–5000 cP
Spritzenvolumen1 / 10 / 20 mL
Siliziumwafergrößen1, 2, 3 und 4 Zoll
UV-Härtungswellenlänge365 nm
Abmessungen1613 × 908 × 724 mm
Ungefähres Systemgewicht500 kg

100 nm und ±1,5 μm sind Positionierdaten der Achsen. Die tatsächliche Platzierungsgenauigkeit beim Drucken hängt von Material und Prozess ab.

Anwendungen der Mikrostrukturierung

Forschungsanwendungen erfordern auf Material und Geometrie abgestimmte Prozesse.

Gedruckte Elektronik

Flexible Schaltungen, Dünnschichttransistoren, Berührungselektroden, lokale Schaltungsreparatur und Mikro-/Nanodosierung.

Displays und Mikrooptik

Anzeigegeräte, Quantenpunkt-Farbkonversionsschichten, Mikrolinsen und mikrooptische Strukturen.

Sensoren und Energiebauteile

Druck- und Funktionssensoren, Solarzellenstrukturierung und Elektroden für Mikrospeicher.

Biomaterialien und 3D-Strukturen

Forschung zum 3D-Druck von Mikro-/Nanostrukturen, Tissue-Engineering-Gerüsten und Biomaterialien, einschließlich Zelldruck.

Interdigitale und funktionelle Elektroden

Feine Elektrodenmuster für Sensorik, Akustik und Elektronik.

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