Michigan Technological University per il sistema di fustellatura a fessura con stampa 3D parametrica open source per l’elaborazione di semiconduttori a film sottile

Il sistema di punzonatura a fessura con stampa 3D parametrica open source di Michigan Tech è più economico del 17.000% rispetto a quello commerciale
I ricercatori della Michigan Technological University hanno sviluppato un sistema di fustellatura a fessura con stampa 3D parametrica open source per l’elaborazione di semiconduttori a film sottile. Utilizzando il sistema di stampa 3D su uno commerciale, gli utenti potrebbero realizzare risparmi di oltre il 17.000 percento.

Il rivestimento dello stampo a slot è una tecnologia utilizzata per depositare una varietà di prodotti chimici liquidi su substrati di vetro, acciaio inossidabile o plastica. La sua miriade di applicazioni include celle solari fotovoltaiche, display a schermo piatto (LCD, OLED e flessibile), illuminazione a stato solido e sensori elettronici stampati. Il metodo di rivestimento può anche essere utilizzato per produrre tag RFID, celle a combustibile e batterie agli ioni di litio.

È una tecnologia utile, ma una fustella da slot può essere proibitivamente costosa, spesso intorno ai 4000 dollari , a causa dei costi di lavorazione. Ciò significa che i ricercatori e i produttori spesso non sono in grado di trarre vantaggio dal processo di deposizione.

Per risolvere questo problema, i ricercatori del Tech Lab di Open Sustainability del Michigan Tech-LY Beeker, Adam M. Pringle e Joshua M. Pearce hanno utilizzato una stampante 3D per fabbricare un dado per slot fai da te che costa circa 25 centesimi.

Secondo i ricercatori, la fustellatura stampata in 3D è di circa il 17.000 percento in meno rispetto a una commerciale, il che rende la ricerca potenzialmente molto significativa nel campo del rivestimento delle fustelle.

Ma la praticità non si ferma al costo: utilizzando un’ulteriore pompa a siringa stampata in 3D, una normale stampante 3D può quindi essere convertita in un sistema di fustellatura a fessura, utilizzando lo stampo a fessura appena stampato per fornire un mezzo ultra-economico di deposizione chimica liquida. Ciò significa che sono necessari pochissimi pezzi di equipaggiamento per creare il sistema di bilancio.

Oltre ad essere un mezzo molto economico per il rivestimento di fustelle, il sistema di stampa 3D (e di utilizzo della stampante) presenta numerosi vantaggi. I tempi di consegna sono più brevi, i rendimenti sono più alti (rispetto ad altre tecnologie come il rivestimento di spin), la personalizzazione può essere raggiunta e il sistema può anche essere scalato in un sistema di deposizione roll-to-roll.

Per pubblicizzare le loro scoperte, i ricercatori hanno pubblicato un articolo , “Sistema di stampi a slitta con stampa parametrica 3-D open source per l’elaborazione di semiconduttori a film sottile”, nella rivista Additive Manufacturing .

Come suggerisce il prezzo di  4000 dollari, le matrici tradizionali richiedono generalmente una lavorazione costosa a causa della loro complessa geometria interna, uno stato di cose che limita l’accessibilità e la sperimentazione con i sistemi di fustelle.

Per superare questi problemi di costo, lo studio di Michigan Tech segue un approccio hardware aperto, utilizzando una stampante 3D open source per creare elementi del sistema e quindi funzionare come parte del sistema.

Durante il processo di sviluppo, i ricercatori hanno dovuto affrontare alcune fasi complicate, tra cui la selezione di materiali e di un’apposita stampante 3D. Per quanto riguarda il primo, i ricercatori sapevano che non sarebbero stati in grado di utilizzare l’acciaio inossidabile con la loro stampante FDM 3D, ma invece hanno dovuto usare un polimero. Sono stati testati diversi materiali, tra cui PLA, ABS e HIPS, e la scelta finale è stata la PETG. La stampante 3D scelta era una versione Athena di Prusa Mendel i1 RepRap.

Secondo i ricercatori, lo studio ha dimostrato che le matrici di slot funzionali a livello di laboratorio possono essere stampate in 3D utilizzando metodi hardware open source a basso costo e la loro analisi conferma le loro convinzioni: i ricercatori hanno scoperto che i semiconduttori realizzati usando lo slot stampato avevano un Valore RMS 0,486 nm, uno spessore da 17 a 49 nm e una trasmissione ottica massima del 99,1 percento.

I ricercatori affermano che il processo di stampa 3D può anche produrre, oltre a stampi di scanalature basati su polimeri vitali, strati vitali di materiali elettronici avanzati, rivestimenti e compositi stratificati.

Emozionante, la ricerca può ora essere costruita da altri scienziati, dal momento che il modello parametrico open source dello slot die, progettato dal team Michigan Tech utilizzando OpenSCAD, consente di modificare e personalizzare le geometrie di base per un determinato esperimento e di stamparle in solo poche ore.

I ricercatori ritengono che il processo sarà utile per i ricercatori che studiano film sottili e anche per quelli nel settore commerciale: il sistema di stampa 3D ultra-economico potrebbe portare a una produzione a basso costo e scalata.

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