Cet article a été rédigé dans le cadre d'une collaboration entre Keiron Printing Technologies et LMNS par Roland Biemans et a été publié à l'origine dans Specialist Printing Worldwide : Numéro deux : 2022.
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L'impression LIFT (Laser-Induced Forward Transfer) est une méthode de haute précision et sans contact pour imprimer des matériaux qui ne peuvent être déposés par les procédés d'impression existants. Roland Biemans, fondateur/propriétaire de LMNS, un groupe offrant une expertise indépendante de l'industrie de l'impression, se penche sur cette technologie et ses utilisations.
La peau électronique intelligente
L'industrie de l'impression ne cesse de s'étendre à de nouveaux domaines d'application. Outre les procédés traditionnels acceptés de longue date, les technologies innovantes ouvrent la voie à des méthodes numériques et hybrides qui permettent d'aller au-delà de l'impression promotionnelle et décorative. En particulier, en ce qui concerne l'impression fonctionnelle et industrielle, la recherche d'alternatives se poursuit lorsque les procédés de sérigraphie, de transfert ou de jet d'encre ne sont pas en mesure d'offrir une solution. L'une de ces alternatives est l'impression LIFT (Laser-Induced Forward Transfer), une méthode de haute précision et sans contact pour imprimer des matériaux trop visqueux, trop chers ou simplement trop difficiles à déposer par les procédés d'impression existants.
"Le LIFT repose sur le principe de l'utilisation d'impulsions laser pour éjecter du matériau d'une plaque donneuse afin de le déposer sur un substrat récepteur."
Le jet d'encre est connu pour sa polyvalence dans divers secteurs, notamment les graphiques promotionnels et l'impression décorative d'images en couleur, où les formulations d'encre sont conçues pour imiter les processus traditionnels, mais avec les caractéristiques nécessaires pour passer par de petites buses de tête d'impression. La plupart sont soit à base de colorants, soit contiennent une quantité relativement faible de petites particules de pigment comme colorant. La teneur en matières solides est généralement réduite au minimum pour favoriser la stabilité et l'aptitude à l'emploi. Les formulations sont généralement basées sur un support primaire tel que l'eau ou l'huile, et sur des additifs destinés à contrôler la stabilité de la composition et du procédé, tels que des co-solvants, des humectants, des tensioactifs, des résines et des initiateurs. Dans tous les cas, les encres pour jet d'encre sont développées en fonction de l'application et doivent être compatibles avec le substrat sur lequel elles sont imprimées, ou avec l'apprêt ou le prétraitement du support sur lequel le colorant va se fixer. Il s'agit d'un équilibre délicat entre le fait d'avoir un fluide qui a la bonne rhéologie pour être projeté sans problème, tout en offrant les bonnes caractéristiques de mouillage et de séchage et la bonne qualité du matériau pour qu'une fois déposé sur la surface de réception, il se comporte conformément aux propriétés de solidité requises.
Une plaque donneuse contient le matériau qui doit être déposé sur le substrat. Une impulsion laser agite le matériau pour former un jet. Visitez le stand virtuel de Keiron
Les défis du dépôt
L'un des plus grands défis a été de formuler une encre qui permette la formation de gouttelettes ayant la bonne taille, la bonne vitesse, la bonne direction et la bonne fréquence lorsqu'elles sont projetées par la tête d'impression, sans que des particules solides finissent par bloquer les buses. L'émergence des têtes d'impression à recirculation a considérablement amélioré la largeur de bande des performances du jet d'encre et a certainement réduit les problèmes de bouchage. Ainsi, la recherche sur le jet d'encre est de plus en plus orientée vers l'impression de fluides industriels et fonctionnels non décoratifs avec des charges de particules solides plus élevées ou des composants fonctionnels tels que l'argent, l'or, le cuivre ou le graphène. Mais que se passe-t-il si l'application nécessite une méthode de dépôt sans contact avec une très haute précision qui dépasse les capacités du jet d'encre ? Et si la taille des particules ou le volume du contenu solide empêchent un jet correct avec une buse ? Et si le coût par goutte par rapport au volume d'encre est si élevé que la précision et l'exactitude sont plus importantes que la productivité ?
Empiler ou superposer des particules solides dans un motif avec une précision de positionnement de moins de cinq microns n'est pas une mince affaire. Dans un domaine d'application où, par exemple, la conductivité en lignes fines est nécessaire, la précision et l'exactitude doivent être garanties pour éviter toute interruption du circuit. Cette exigence de répétabilité du dépôt constitue à elle seule l'un des facteurs clés dans le choix d'un procédé d'impression. Et le jet d'encre n'est souvent pas capable d'atteindre ce niveau de précision, certainement pas lorsqu'il s'agit de projeter un matériau dont la viscosité est de 300cP ou plus, et dont la charge particulaire est de 50 % en poids ou plus.
Figure 1 : Photo en gros plan d'une surface de verre imprimée par LIFT, avec de l'encre à nanoparticules d'argent de PV Nano Cell. L'épaisseur du trait est d'environ 100 microns / 0,1 mm. Visitez le stand virtuel de Keiron
Une alternative viable pourrait être l'impression LIFT, où le contenu solide et la viscosité ne sont pas limités par les restrictions d'une tête d'impression. Au lieu d'essayer d'adapter un fluide à la bande passante relativement étroite du jet d'encre, l'impression LIFT repose sur le principe de l'utilisation d'impulsions laser pour éjecter un matériau d'une plaque donneuse afin de le déposer sur un substrat récepteur.
Le processus d'impression des ascenseurs
La plaque donneuse, généralement un substrat transparent tel que le verre, le quartz ou la silice fondue, est revêtue de manière homogène du matériau de dépôt. Cela se fait le plus souvent par spin-coating ou blade-coating. Le matériau donneur peut être solide, fluide ou pâteux. La plaque donneuse est placée directement au-dessus du substrat récepteur, qui peut être une feuille souple, un support rigide ou tout autre objet tel qu'un panneau, un composant de machine ou un produit (semi-) fini. Un faisceau laser est focalisé sur la couche donneuse et une impulsion initie une poche de gaz qui se dilate pour former un jet. Le diamètre du point, la fréquence et l'intensité de l'impulsion sont configurés en fonction du type et de la combinaison du faisceau laser et de l'optique. La vitesse de projection dépend de la configuration du système LIFT ; l'exemple utilisé dans cet article (voir figure 1) est imprimé par Keiron Printing Technologies, une société basée à Eindhoven, avec une fréquence de tir allant jusqu'à 300 kHz et un seul faisceau laser projetant un point de 100 microns de diamètre.
"Empiler ou superposer des particules solides dans un motif avec une précision de positionnement de moins de cinq microns n'est pas un exploit facile".
Alors que le jet d'encre utilise généralement une seule et même formulation d'encre dans une configuration de système et un mode d'impression prédéfini (passage unique/multipasse, résolution/taille de goutte, tramage/écran, etc.), le LIFT permet l'échange de plaques donneuses et de matériaux donneurs variables dans le même cycle de production. L'empilement ou la superposition de différents fluides et matériaux à l'aide de la même technologie de déposition ouvre la voie à une approche d'impression hybride.
Des motifs et des structures complexes peuvent être imprimés à grande vitesse et avec une grande précision. La qualité du dépôt dépend de la qualité du revêtement de la plaque donneuse. Visitez le stand virtuel de Keiron
Champs d'application
Bien que le LIFT semble prometteur, il s'agit, dans une large mesure, d'une technologie de niche qui tarde à s'imposer auprès d'un public plus large. La technique n'est pas nouvelle : en fait, à la fin des années 1960, le premier brevet décrivant le principe de fonctionnement du LIFT a été déposé. Dans les années 1980, l'acronyme LIFT a été inventé et le procédé a été testé en tant que nouvelle technologie de dépôt de métaux et d'oxydes.
"Le LIFT a été utilisé avec succès pour le dépôt de matériaux inorganiques, organiques et vivants".
À ce jour, le LIFT a été utilisé avec succès pour le dépôt de matériaux inorganiques, organiques et vivants. Pour les applications médicales et pharmaceutiques, la bio-impression est un domaine d'intérêt, avec des possibilités d'ingénierie des tissus cellulaires et de dépôt de protéines. En outre, l'électronique imprimée est un domaine d'application sur lequel le LIFT a été testé de manière approfondie. Pensez aux capteurs, aux antennes et aux cellules solaires, par exemple. Grâce à ses performances de jet sans contact, de haute précision et à grande vitesse, LIFT est une technologie d'impression prometteuse qui permet le dépôt de matériaux visqueux et précieux.
Image fixe : LIFT utilise des impulsions laser pour éjecter du matériau d'une plaque donneuse et le déposer sur un substrat récepteur. Visitez le stand virtuel de Keiron
Lors de la conférence ESMA IPI qui se tiendra les 18 et 19 mai 2022 à Düsseldorf, Keiron présentera sa plateforme technologique et les différents domaines d'application sur lesquels elle a mené des recherches. Dans le cadre du programme HighTechXL de création d'entreprises de haute technologie à Brainport Eindhoven, avec des partenaires tels que le centre TNO Holst, Keiron a commencé avec l'intention de créer une plateforme pour la production de dispositifs de type "laboratoire sur puce". Plus récemment, la jeune entreprise a obtenu un financement lui permettant de construire son premier outil alpha. [This is automatically translated from English
Festival des innovations : Électronique imprimée, hybride, 3D, InMold, textile
24 juin 2022 | 13:00 - 19:00 CET | Plate-forme d'événements virtuels
Keiron tiendra un stand virtuel au festival de l'innovation.
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