本技術(shù)涉及用于在目標的目標表面上打印物質(zhì)的裝置。本技術(shù)還涉及用于在目標的目標表面上打印物質(zhì)的方法。

背景技術(shù)：

1、國際專利申請wo2021230746公開了將由黏性功能材料形成的物質(zhì)傳送至接收基材上的方法，其中，該沉積物質(zhì)隨后被固化或干燥。傳送至該目標的固化或干燥物質(zhì)可作為電絕緣體、電導體、熱絕緣體及熱導體等。

2、該已知方法包括加熱該物質(zhì)以蒸發(fā)在該板側(cè)的物質(zhì)的試樣的界面層以便在該物質(zhì)與該板之間產(chǎn)生蒸氣壓。該蒸氣壓在該物質(zhì)上施加力，該力用于將該物質(zhì)的剩余未蒸發(fā)部分排出遠離該板以使其由該板傳送至目標表面。

3、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)若必須傳送不同大小的試樣，該被加熱物質(zhì)的傳送偶爾會受阻。在圖1a至圖1c中，發(fā)明人標識了各種基本原因。其中，圖1a示出了初始狀態(tài)，在該初始狀態(tài)，具有不同大小的試樣sb1、sb2、sb3布置在面對該目標t的載體2的表面。如圖1b所示，發(fā)明人注意到由于在該載體與試樣之間產(chǎn)生的壓力的局部差異，該試樣變形且在啟動傳送時開始振動(a、b)。這些振動的振幅及頻率取決于該物質(zhì)的材料性質(zhì)而且取決于該物質(zhì)的尺寸。因此，如圖1b所示，即使傳送相同物質(zhì)的試樣，這些振動亦會以不同方式影響該傳送程序。在該示例中，最小試樣sb3到達該目標t的表面同時它在由該目標觀察時呈一凸形。因為該振動衰減后(請參見圖1c)該試樣sb3完全覆蓋該目標表面，所以這是較佳狀況。但是，該較大試樣sb2到達該目標t的表面同時它在由該目標觀察時呈一凹形。在該情形中，該試樣sb2未適當?shù)馗采w該基材表面。如圖1c所示，降落在其邊緣上后，該試樣sb2黏在該目標t上且封閉一氣泡c。對該試樣中的最大者sb1而言，該振動造成一不同現(xiàn)象。在該示例中，該試樣sb1震蕩一次且其中心再次接觸b該加熱器同時它再變冷(在蒸發(fā)溫度以下)。如圖1c所示，在該情形中該試樣停留d在該載體2上且完全未被傳送。

4、圖1d、圖1e及圖1f提供了基于2d溫度對壓力模型的仿真結(jié)果，示出了各種參數(shù)對該打印程序的影響。

5、圖1d示出了在物質(zhì)的試樣在其從該載體2傳送至該目標的表面ts時該物質(zhì)的試樣中發(fā)生的震蕩，該震蕩取決于該試樣的尺寸。該模擬用以下參數(shù)執(zhí)行：

6、熱通量150kw/cm2

7、該物質(zhì)的彈性模數(shù)e＝200mpa

8、該物質(zhì)的黏度η＝10pa.s

9、以從左向右的順序，圖1d中的圖形示出了厚度為5μm、10μm及50μm的試樣的模擬。在這些圖形中，水平軸表示從該試樣到該打印板的中心距離y。垂直軸δy表示從該試樣到該打印板的距離y由于在試樣中發(fā)生的震蕩而在該試樣的邊緣偏離的量。當該δy的值為正時，該餅狀試樣向外彎曲(相對該板)，且當其為負時，它朝另一方向彎曲。對該黏度的四個值：1pa.s、10pa.s、100pa.s及1000pa.s示出該關(guān)系。

10、例如，當打印5微米厚、100微米寬的薄膜(ar＝0.05)時，它會在大約150μm的打印間隙撞擊而呈一凹形(-20μm，請見圖形)。這表示空氣會被捕捉。該彈性模數(shù)主要影響震蕩頻率，而該黏度對振幅有較強影響。

11、圖1e示出了第二組仿真。以從左向右的順序，圖1e中的圖形示出了寬度為50μm、100μm及500μm的試樣的模擬。同樣地在該情形中為該熱通量選擇的值為150kw/cm2且該物質(zhì)的黏度η＝10pa.s。該物質(zhì)的彈性模數(shù)在20至20000mpa之范圍內(nèi)變動。該值以mpa示出在圖形中。

12、圖1f示出另一示例，其中對各種黏度值模擬具有5微米厚度及100微米直徑的試樣的傳送。這些黏度值以pa.s表示。

13、假定打印具有相同大小且為相同試樣的試樣，到該目標t的適當傳送可通過適當?shù)剡x擇供給至用于產(chǎn)生該傳送的熱源的功率來達成。

14、但是，實際上需要適當?shù)貍魉筒煌笮『?或不同組分的試樣。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)本公開的第一方面，為了滿足上述需要，提供了用于在目標的目標表面上打印物質(zhì)的較佳裝置。

2、根據(jù)本公開的第二方面，為了滿足上述需要，提供用于在目標的目標表面上打印物質(zhì)的較佳方法。

3、較佳打印裝置的實施例包括：載體，其在第一主側(cè)具有承載表面，該承載表面用于承載該待打印物質(zhì)的試樣；及加熱設(shè)備，用于加熱該承載表面以蒸發(fā)在該承載表面?zhèn)鹊脑撛嚇拥囊徊糠植a(chǎn)生蒸氣壓，蒸氣壓使該試樣的剩余部分朝向該目標表面?zhèn)魉汀Ｔ撦^佳打印裝置還包括結(jié)構(gòu)化熱緩沖層，其提供使熱從該加熱設(shè)備傳送至該承載表面所具有的位置相關(guān)延遲。

4、該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層控制熱通量并因此釋放時間。該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層可為具有厚度變化的連續(xù)層，但也可局部地缺失，即具有厚度0。

5、已發(fā)現(xiàn)的是可控制比較薄的熱絕緣層(例如如sio2的陶瓷材料層)、熱通量及因此釋放時間以便可適當?shù)貍魉筒煌叽绾?或不同組分的試樣。

6、在一些實施例中，該加熱設(shè)備為用于電阻地加熱該承載表面的電加熱層。這是有利的，因為一電加熱層可容納在該載體中且因此需要最小量的空間?；蛘撸魶]有空間限制，該加熱設(shè)備可設(shè)置為光子輻射源。在后者的情形中該載體可具有光子輻射吸收層，其中該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層提供通過吸收來自該光子輻射源的輻射產(chǎn)生的熱傳送至該試樣的位置相關(guān)延遲。

7、在一些實施例中，該承載表面包括至少一第一試樣承載區(qū)及一第二試樣承載區(qū)，以用于分別地承載該待打印物質(zhì)的第一試樣及第二試樣，其中該熱緩沖層在該至少一第一試樣承載區(qū)及一第二試樣承載區(qū)中具有最大尺寸的一者內(nèi)的厚度大于該熱緩沖層在該至少一第一試樣承載區(qū)及一第二試樣承載區(qū)中具有最小尺寸的一者內(nèi)的厚度。該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層局部地降低該熱通量且控制每一試樣的振動頻率。通過使全部頻率更互相接近且控制打印間隙，可增加工作范圍且在無空氣捕捉的情形下降落各種液滴尺寸。

8、改變在該基材表面的熱通量只需要一層薄二氧化硅(或具有低導熱率的任何其他低cte材料)。對sio2而言，當使用50至250kw/cm2的數(shù)量級的熱通量時，該有效層厚度是在10至1000nm的范圍內(nèi)。該熱通量還改變該油墨薄膜的傳送速度，這直接地影響在給定打印間隙的降落形狀。根據(jù)經(jīng)驗，較大試樣需要該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層的局部較大厚度。

9、在一些實施例中，該裝置具有試樣承載區(qū)，試樣承載區(qū)配置成用于承載待傳送至目標的該物質(zhì)的試樣，該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層在該試樣承載區(qū)內(nèi)具有厚度分布以控制該試樣的剩余部分在其傳送至該目標表面時的動態(tài)行為。

10、由于該試樣承載區(qū)內(nèi)的熱緩沖層的厚度分布，該熱緩沖層產(chǎn)生使來自該加熱設(shè)備的熱傳送至該試樣承載區(qū)內(nèi)的表面所具有的位置相關(guān)延遲。應注意的是，具有變動厚度的結(jié)構(gòu)化熱緩沖層包括該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層的區(qū)域具有0厚度且其他區(qū)域具有預定厚度的特殊情形。在該特殊情形中，相較于厚度為零的結(jié)構(gòu)化熱緩沖層的區(qū)域，具有例如一預定厚度值的不為零厚度的結(jié)構(gòu)化熱緩沖層的區(qū)域提供熱由該加熱設(shè)備傳送至該試樣的延遲。因此，可控制由于蒸發(fā)試樣而根據(jù)時間改變的壓力分布。在該熱緩沖層比較厚的位置，相較于在該熱緩沖層比較薄的位置或不存在熱緩沖層的位置，該熱通量延遲長且強度減少得較多。因此，可控制該試樣的剩余部分在其不同區(qū)段中傳送的延遲及速度。這也確定了被傳送的試樣的剩余部分的動態(tài)行為。

11、在一應用中，使用試樣承載區(qū)內(nèi)的熱緩沖層的厚度分布來控制被傳送的試樣的剩余部分的動態(tài)行為以優(yōu)化其在目標的非平面表面上的覆蓋率。例如，在直線形試樣的情形中，相較于在具有較高值厚度的結(jié)構(gòu)化熱緩沖層的區(qū)域中的一部分，在具有小或零值厚度的該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層的一區(qū)域中的一部分較早地傳送且具有較小延遲或無延遲。

12、在另一應用中，使用試樣承載區(qū)內(nèi)的熱緩沖層的厚度分布來控制被傳送的試樣的剩余部分的動態(tài)行為以便在其傳送時控制其震蕩。在一示例中，該熱緩沖層具有由該試樣承載區(qū)的中心位置朝徑向向外方向減少的厚度。因此，可抑制震蕩。因此可從大的范圍來選擇打印間隙同時避免產(chǎn)生氣泡的風險。或者，該熱緩沖層的厚度分布可用于產(chǎn)生特殊震蕩，例如以便達成該試樣的剩余部分以一預定模式沉積。

13、在該應用的一示例中，該試樣承載區(qū)具有：第一部分，其將被定位成與比較靠近該載體的該目標的一表面部分相對；第二部分，其將被定位成與比較遠離該載體的該目標的一表面部分相對且橫向地靠近該目標的該表面部分；及第三部分，其將被定位成與比較遠離該載體的該目標的一表面部分相對且橫向地更遠離該目標的該表面部分，且其中該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層在第二部分中的厚度比該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層在第一部分及第三部分中的厚度小或為零。因此可達成的是該試樣用一速度分布沿著其長度傳送使得它以與該目標表面一致的方式沉積。

14、應注意的是該熱緩沖層可具有第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)的迭置，第一結(jié)構(gòu)用于局部地控制一振動頻率，且第二結(jié)構(gòu)用于局部地控制試樣的傳送速度。

15、在一些實施例中，該載體在該第一主側(cè)具有用于容納該待打印物質(zhì)的試樣的至少一個凹部且靠近該凹部的邊界的該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層的厚度比該凹部的中心部分中的該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層的厚度小。在這些實施例中，該較佳打印裝置特別適用于控制高黏度物質(zhì)從凹部的傳送。對高黏度物質(zhì)油墨而言，避免剪切是重要的。因此加熱該凹部中的物質(zhì)的延遲應沒有差異或差異有限。這延遲時間宜小于1微秒，否則該物質(zhì)會受到明顯剪力而產(chǎn)生嚴重變形且甚至使該物質(zhì)斷裂且飛濺或防止該物質(zhì)朝向該受體基材傳送。在該凹部的底部中存在的結(jié)構(gòu)化熱緩沖層局部地減少了該熱通量且因此延遲釋放。通過調(diào)整該熱緩沖層的厚度，可(接近)同時地釋放該物質(zhì)，這明顯地改善打印質(zhì)量且甚至可打印更小的微結(jié)構(gòu)。雖然可先由側(cè)壁釋放該物質(zhì)，但較佳的是用一稍微延遲(0.1至0.5μs)來釋放這些側(cè)。這使該物質(zhì)變形成一凸形，因此有助于當撞擊該受體基材時防止產(chǎn)生氣泡。

16、在另一實施例中，該較佳打印裝置的結(jié)構(gòu)化熱緩沖層在至少一個試樣承載區(qū)內(nèi)具有多個微井，其中該待打印物質(zhì)的試樣分布在這些微井上。與高黏度流體的(接近)無剪切打印不同，低黏度物質(zhì)可真正地受益于剪力以形成微射流。為了產(chǎn)生微射流，在熱緩沖層(sio2)中蝕刻微井(<50μm)且未在這些井內(nèi)添加散熱結(jié)構(gòu)。當施加熱脈沖時，只在該微井的底部中形成蒸氣泡。因為該物質(zhì)具有低黏度(<1pa*s)，所以有足夠的壓力使該液體變形成為射流。在撞擊該受體基材時，該物質(zhì)可分散且一起流動以形成均勻涂層。這些微井可具有不同深度或可具有相同深度。釋放的時間及油墨體積可用這些微井的深度來控制。

17、在該較佳打印裝置的一些實施例中，該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層在至少一個試樣承載區(qū)內(nèi)具有多個微柱。該較佳打印裝置的這些實施例特別適用于打印包括相較于它們埋設(shè)的介質(zhì)具有比較高導熱率的比較大的金屬顆粒。假使該金屬顆粒緊臨該加熱器(<2μm)，它可作為強散熱器。這使溫度靠近這些金屬顆粒上升較慢，因此產(chǎn)生一延遲釋放。若散熱不對稱，則該油墨/糊未與該加熱板垂直地傳送且降落在該受體基材上的錯誤位置。在該較佳打印裝置的這些實施例中，這些微柱的存在防止這些微顆粒接觸該被加熱表面，因此避免該散熱發(fā)生。

18、用于在目標的目標表面上打印物質(zhì)的較佳方法的實施例包括：

19、提供載體，該載體在第一主側(cè)具有承載表面，承載表面用于承載該待打印物質(zhì)的試樣；

20、提供用于加熱該承載表面的加熱設(shè)備；

21、在該電阻加熱層與該承載表面之間提供結(jié)構(gòu)化熱緩沖層；

22、致動該加熱設(shè)備；

23、通過該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層用位置相關(guān)延遲將熱由該加熱設(shè)備傳送至該承載表面；

24、其中，傳送至該承載表面的熱使得與該承載表面接觸的該試樣的一部分蒸發(fā)且因此產(chǎn)生使該試樣的剩余部分朝向該目標表面?zhèn)魉偷恼魵鈮?，蒸發(fā)具有由該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層確定的位置相關(guān)延遲。

25、第一示例性實施例包括：提供該承載表面，該承載表面具有用于分別承載該待打印物質(zhì)的第一和第二試樣的至少一第一試樣承載區(qū)及一第二試樣承載區(qū)；以及提供該熱緩沖層，該熱緩沖層在該至少一第一試樣承載區(qū)及一第二試樣承載區(qū)中具有最大尺寸的一者內(nèi)具有的厚度大于該熱緩沖層在該至少一第一試樣承載區(qū)及一第二試樣承載區(qū)中具有最小尺寸的一者內(nèi)的厚度。

26、第二示例性實施例包括：提供該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層，該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層具有變動厚度以提供該試樣在被傳送至該目標所具有的位置相關(guān)延遲，以優(yōu)化該物質(zhì)的沉積試樣在該目標的非平面表面上的覆蓋率。

27、第三示例性實施例包括：提供該載體，該載體在該第一主側(cè)具有用于容納該待打印物質(zhì)的試樣的至少一個凹部；及提供該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層，該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層在靠近該凹部的邊界處具有的厚度小于該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層在該凹部的中心部分中的厚度。

28、第四示例性實施例包括：提供該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層，該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層在至少一個試樣承載區(qū)內(nèi)具有多個微井，其中該待打印物質(zhì)的試樣分布在這些微井上。

29、第五示例性實施例包括：提供該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層，該結(jié)構(gòu)化熱緩沖層在至少一個試樣承載區(qū)內(nèi)具有多個微柱。