KR102661524B1 - 유체 프린팅 장치 - Google Patents
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Abstract
유체 프린팅 장치(100)는 기재(110), 프린트 헤드(104), 공압 시스템(106), 프린트 헤드 배치 시스템(108)을 포함한다. 프린트 헤드(104)는, 출력부(166), 세장형 입력부, 및 출력부(166)와 세장형 입력 부분 사이의 테이퍼링 부분으로 구성되는, 마이크로-구조 유체 토출기(200)로 유체를 연속적인 스트림으로 토출한다. 출력 부분(166)은 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위의 내경의 출구 오리피스 및 0.1 ㎛ 미만의 표면 조도를 갖는 단부 면으로 구성된다. 프린트 헤드(104)는 기재(110) 위에 배치되고, 마이크로-구조 유체 토출기(200)의 출력 부분(166)은 아래쪽을 향한다. 프린팅 중에, 프린트 헤드 배치 시스템(108)은 단부 면과 기재(110)의 프린트 가능 표면(112) 사이의 수직 거리를 0 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에서 유지하고, 공압 시스템(106)은 -50,000 Pa 내지 1,000,000 Pa 범위의 압력을 마이크로-구조 유체 토출기(200) 내의 유체에 인가한다.
Description
금속 라인은, 포토레지스트 층을 포토리소그래픽 패터닝하는 것, 및 그 후에 패터닝된 포토레지스트를 마스크로서 이용하여 하부 금속 층을 에칭하는 것에 의해서 형성될 수 있다. 그러나, 포토리소그래피 및 에칭 장비의 고비용으로 인해서, 특히 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 범위의 라인 폭에 대응하는 높은 생산성의 대안을 필요로 한다.
잉크 젯 프린팅은, 높은 생산성을 달성할 수 있는 부가적인 프로세스이다. 차감적인 프로세스인 포토리소그래피 및 에칭과 대조적으로, 적은 재료가 폐기된다. 이는, 특히 퀀텀 닷과 같은 고비용 재료의 패턴을 형성할 때 고려되는 사항이다. 그럼에도 불구하고, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 범위의 라인 폭을 갖는 패턴을 형성하는 데 있어서, 통상적인 잉크 젯 프린팅 프로세스가 최적은 아니라는 것을 발견하였다.
일 양태에서, 유체 프린팅 장치는 기재 스테이지, 프린트 헤드, 공압 시스템, 및 프린트 헤드 배치 시스템을 포함한다. 프린트 헤드는 유체를 연속적인 스트림으로 토출한다. 프린트 헤드는 마이크로-구조 유체 토출기를 포함하고, 그러한 마이크로-구조 유체 토출기는 출력 부분, 세장형 입력 부분, 및 출력 부분과 세장형 입력 부분 사이의 테이퍼링 부분을 포함한다. 출력 부분은 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위의 내경의 출구 오리피스 및 표면 조도가 0.1 ㎛ 미만인 단부 면으로 구성된다. 상기 세장형 입력 부분은 출구 오리피스의 내경보다 적어도 100배 더 큰 입력 내경을 가진다. 프린트 헤드는 기재 위에 배치되고, 마이크로-구조 유체 토출기의 출력 부분은 아래쪽을 향한다. 프린팅 중에, 프린트 헤드 배치 시스템은 단부 면과 기재의 프린트 가능 표면 사이의 수직 거리를 0 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에서 유지하고, 공압 시스템은 -50,000 Pa 내지 1,000,000 Pa 범위의 압력을 마이크로-구조 유체 토출기 내의 유체에 인가한다.
다른 양태에서, 유체 프린팅 장치는 이미징 시스템을 더 포함하고, 마이크로-구조 유체 토출기의 출력 부분은 프린팅 중에 기재의 프린트 가능 표면과 접촉되어 유지된다. 테이퍼링 부분이 측방향 변위 방향을 따라서 틸팅되거나 굽혀질 때, 이미징 시스템이 테이퍼링 부분의 틸트 또는 굽힘을 검출하고, 검출된 틸트 또는 굽힘에 응답하여 출력 부분의 수직 변위가 조정된다.
또 다른 양태에서, 유체 프린팅 장치는 수직 변위 센서를 더 포함한다. 수직 변위 센서는 수직 변위 센서와 프린트 가능 표면 사이의 기준 수직 변위를 측정하고, 출력 부분의 수직 변위는 기준 수직 변위에 응답하여 조정된다. 수직 변위 센서는 측방향 변위 방향을 따라서 마이크로-구조 유체 토출기의 앞에 배치될 수 있다.
또 다른 양태에서, 유체 프린팅 장치는 마이크로-구조 유체 토출기의 출력 부분의 위치를 보정하기 위한 보정 시스템을 더 포함한다. 보정 시스템은 튜닝 포크(tuning fork)를 포함하고, 튜닝 포크의 좌표는 제1 좌표계에서 정확하게 알려진다. 튜닝 포크의 응답 주파수는, 출력 부분이 그에 접촉될 때, 측정 가능하게 섭동된다(perturbed).
또 다른 양태에서, 유체 프린팅 장치는 장착 수용부를 더 포함하고, 장착 수용부 내에는 마이크로-구조 유체 토출기가 장착된다. 마이크로-구조 유체 토출기는 그 길이방향 축을 중심으로 회전될 수 있고, 회전 디바이스가 마이크로-구조 유체 토출기에 커플링되어, 길이방향 축을 중심으로 하는 제어된 회전을 마이크로-구조 유체 토출기에 부여한다.
또 다른 양태에서, 유체 프린팅 장치는 프린트 헤드 모듈을 포함하고, 프린트 헤드 모듈은 커먼 레일(common rail) 및 커먼 레일을 따라서 배열된 마이크로-구조 유체 토출기의 뱅크(bank)를 포함한다. 마이크로-구조 유체 토출기들은 높은 생산성을 위해서 유체를 동시에 프린트한다. 커먼 레일은, 커먼 레일의 단부 부근에 배치된 압전 적층체 선형 작동기(piezoelectric stack linear actuator)에 의해서 프린트 헤드 모듈의 기부 지지부로부터 현수되어 있다. 수직 변위 센서는 커먼 레일의 각각의 단부에 배치되고, 프린트 가능 표면 상의 기준 위치에 대한 각각의 기준 수직 변위를 측정하도록 구성된다. 각각의 기준 수직 변위에 응답하여, 압전 적층체 선형 작동기는 단부와 기부 지지부 사이의 각각의 수직 분리를 조정한다.
전술한 요지는 청구된 청구 대상의 각각의 개시된 실시형태 또는 모든 구현예를 설명하는 것으로 의도되지 않았다. 이하의 설명은 예시적인 실시형태를 보다 구체적으로 예시한다. 출원서 전체에 걸쳐 여러 부분에서, 다양한 조합으로 이용될 수 있는 예를 통해서 지침이 제공된다. 각각의 목록의 경우에, 인용된 목록은 단지 대표적인 그룹으로서의 역할을 하고 배타적인 목록인 것으로 해석되지 않아야 한다.
첨부 도면을 참조한 개시 내용의 여러 실시형태에 관한 이하의 상세한 설명을 고려할 때, 개시 내용이 보다 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다.
도 2는 모세관형 유리 관의 개략적 측면도이다.
도 3은 모세관형 유리 관의 일부의 주사전자현미경(SEM) 도면이다.
도 4는, 저배율 하의, 모세관형 유리 관의 테이퍼링 부분의 주사전자현미경(SEM) 도면이다.
도 5는, 고배율 하의, 모세관형 유리 관의 테이퍼링 부분의 주사전자현미경(SEM) 도면이다.
도 6은, 고배율 하의, 집속-이온 빔 처리 후의 출력 부분의 주사전자현미경(SEM) 도면이다.
도 7은 제2 실시형태에 따른 마이크로-구조 유체 토출기를 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 프린팅 방법의 흐름도이다.
도 9는 프린트 헤드의 절취된 개략적 측면도이다.
도 10은 프린팅 중에 기재와 접촉된 마이크로-구조 유체 토출기의 측면도의 사진이다.
도 11은 제3 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다.
도 12는 프린트 헤드, 수직 변위 센서, 및 프린트 헤드 배치 시스템의 블록도이다.
도 13은 튜닝 포크의 사진이다.
도 14는 제4 실시형태에 따른, 위치 보정 시스템의 동작을 설명하기 위한 튜닝 포크의 개략적 사시도이다.
도 15는 제5 실시형태에 따른, 위치 보정 시스템의 동작을 설명하기 위한 튜닝 포크의 개략적 측면도이다.
도 16은 보정 방법의 흐름도이다.
도 17은 제6 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다.
도 18은 제7 실시형태에 따른 예시적인 프린트 헤드의 블록도이다.
도 19는 예시적인 프린트 헤드 모듈의 개략적 측면도이다.
도 20은 도 19의 구성요소의 일부의 개략적 상면도이다.
도 21은 제8 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다.
도 22는 제8 실시형태의 예시적인 유체 프린팅 장치의 동작을 포함하는, 프린팅 방법의 흐름도이다.
도 23은 개방 결함을 갖는 기재의 개략적 상면도이다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다.
도 2는 모세관형 유리 관의 개략적 측면도이다.
도 3은 모세관형 유리 관의 일부의 주사전자현미경(SEM) 도면이다.
도 4는, 저배율 하의, 모세관형 유리 관의 테이퍼링 부분의 주사전자현미경(SEM) 도면이다.
도 5는, 고배율 하의, 모세관형 유리 관의 테이퍼링 부분의 주사전자현미경(SEM) 도면이다.
도 6은, 고배율 하의, 집속-이온 빔 처리 후의 출력 부분의 주사전자현미경(SEM) 도면이다.
도 7은 제2 실시형태에 따른 마이크로-구조 유체 토출기를 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 프린팅 방법의 흐름도이다.
도 9는 프린트 헤드의 절취된 개략적 측면도이다.
도 10은 프린팅 중에 기재와 접촉된 마이크로-구조 유체 토출기의 측면도의 사진이다.
도 11은 제3 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다.
도 12는 프린트 헤드, 수직 변위 센서, 및 프린트 헤드 배치 시스템의 블록도이다.
도 13은 튜닝 포크의 사진이다.
도 14는 제4 실시형태에 따른, 위치 보정 시스템의 동작을 설명하기 위한 튜닝 포크의 개략적 사시도이다.
도 15는 제5 실시형태에 따른, 위치 보정 시스템의 동작을 설명하기 위한 튜닝 포크의 개략적 측면도이다.
도 16은 보정 방법의 흐름도이다.
도 17은 제6 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다.
도 18은 제7 실시형태에 따른 예시적인 프린트 헤드의 블록도이다.
도 19는 예시적인 프린트 헤드 모듈의 개략적 측면도이다.
도 20은 도 19의 구성요소의 일부의 개략적 상면도이다.
도 21은 제8 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다.
도 22는 제8 실시형태의 예시적인 유체 프린팅 장치의 동작을 포함하는, 프린팅 방법의 흐름도이다.
도 23은 개방 결함을 갖는 기재의 개략적 상면도이다.
본원의 출원인은 이하의 폴란드 특허출원을 보유하고 있으며, 각각의 개시 내용 전체는 본원에 참조로서 포함된다.
2019년 3월 5일자로 출원되고 명칭이 "FLUID PRINTING APPARATUS"인 폴란드 출원 제PL429145호;
2019년 3월 5일자로 출원되고 명칭이 "METHOD OF PRINTING FLUID"인 폴란드 출원 제PL429147호;
2019년 2월 19일자로 출원되고 명칭이 "CONDUCTIVE INK COMPOSITIONS"인 폴란드 출원 제PL428963호;
2019년 2월 1일자로 출원되고 명칭이 "FLUID PRINTING APPARATUS"인 폴란드 출원 제PL428769호; 및
2019년 2월 1일자로 출원되고 명칭이 "METHOD OF PRINTING FLUID"인 폴란드 출원 제PL428770호.
본 개시 내용은 유체 프린팅 장치에 관한 것으로서, 유체 프린팅 장치는 기재 스테이지, 프린트 헤드, 공압 시스템, 프린트 헤드 배치 시스템을 포함한다. 프린트 헤드는 유체를 연속적인 스트림으로 토출한다. 프린트 헤드는 마이크로-구조 유체 토출기를 포함하고, 마이크로-구조 유체 토출기는 출력 부분, 세장형 입력 부분, 및 출력 부분과 세장형 입력 부분 사이의 테이퍼링 부분으로 구성된다. 출력 부분은 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위의 내경의 출구 오리피스 및 0.1 ㎛ 미만의 표면 조도를 갖는 단부 면으로 구성된다. 프린트 헤드는 기재의 위에 배치되고, 마이크로-구조 유체 토출기의 출력 부분은 아래쪽을 향한다. 프린팅 중에, 프린트 헤드 배치 시스템은 단부 면과 기재의 프린트 가능 표면 사이의 수직 거리를 0 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에서 유지하고, 공압 시스템은 -50,000 Pa 내지 1,000,000 Pa 범위의 압력을 마이크로-구조 유체 토출기 내의 유체에 인가한다.
이러한 개시 내용에서:
"바람직한" 및 "바람직하게"라는 단어는, 특정 상황 하에서, 특정 이점을 가능하게 할 수 있는 청구된 청구 대상의 실시형태를 지칭한다. 그러나, 동일한 또는 다른 상황 하에서, 다른 실시형태가 또한 바람직할 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 실시형태의 인용은, 다른 실시형태가 유용하지 않다는 것을 암시하지 않고, 다른 실시형태를 청구된 청구 대상의 범위로부터 배제하기 위한 것은 아니다.
용어 "포함한다" 및 그 변형은, 이러한 용어가 설명 및 청구범위에서 나타나는 경우, 제한적인 의미를 가지지 않는다.
달리 특정되지 않는 부정관사("a", "an"), 정관사("the"), 및 "적어도 하나"가 상호 교환 가능하게 사용되고, 하나 또는 하나 초과를 의미한다.
또한, 종료점에 의한 수치적 범위의 인용은 해당 범위 내에 포함되는 모든 숫자를 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함한다).
구분된 단계들을 포함하는 본원에서 개시된 임의의 방법에서, 단계들은 임의의 실현 가능한 순서로 실행될 수 있다. 그리고, 적절한 경우에, 둘 이상의 단계의 임의의 조합이 동시에 실시될 수 있다.
제1 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치가 도 1을 참조하여 설명된다. 도 1은 제1 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다. 유체 프린팅 장치(100)는 기재 스테이지(102), 프린트 헤드(104), 공압 시스템(106), 및 프린트 헤드 배치 시스템(108)을 포함한다. 기재(110)는 프린팅 중에 기재 스테이지(102) 상에서 위치가 고정되고, 위쪽으로 대면되고 프린트 헤드(104)를 향해서 대면되는 프린트 가능 표면(112)을 갖는다. 프린트 헤드(104)는 기재(110) 위에 배치된다.
기재(110)는 유리, 플라스틱, 금속, 또는 규소와 같은 임의의 적합한 재료일 수 있다. 가요성 기재가 또한 이용될 수 있다. 또한, 기재는 기존 금속 라인, 회로 소자, 또는 그 위에 침착된 다른 재료를 가질 수 있다. 예를 들어, 본 개시 내용은, 기존 회로 내에 개방 결함이 있는 구역 내에서 라인을 프린트할 수 있는, 개방 결함 보수 장치에 관한 것이다. 그러한 경우에, 기재는 액정 디스플레이(LCD)용 박막 트랜지스터 어레이 기재일 수 있다.
프린트 헤드(104)는, 제2 실시형태에 따른 마이크로-구조 유체 토출기를 포함한다. 본 발명자는, 상업적으로 입수할 수 있는 모세관형 유리 관이 본 개시 내용에서 마이크로-구조 유체 토출기로서 이용될 수 있게 개조될 수 있다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 선단부의 내경이 0.5 ㎛인 EppendorfTM FemtotipsTM 마이크로토출 모세관 선단부로 지칭되는 모세관형 유리 관을 Fisher Scientific로부터 입수할 수 있다. 상업적으로 입수할 수 있는 모세관형 유리 관(120)을 도 2에 개략적으로 도시하였다. 플라스틱 핸들(122)이 모세관형 유리 관(120)의 원주 주위에 부착된다. 플라스틱 핸들(122)은 입력 단부(124) 및 그러한 입력 단부(124)에 근접한 나사산형 부분(126)을 포함하고, 나사산형 부분은 외부 본체 또는 외부 도관(도 2에는 미도시)에 대한 나사산형 연결을 가능하게 한다. 입력 단부(124)는 1.2 mm의 내경을 갖는다.
모세관형 유리 관은 세장형 입력 부분(128) 및 테이퍼링 부분(130)을 포함한다. 모세관형 유리 관(120)의 외부 관찰 가능 부분(134)이 있다. 세장형 입력 부분(128)의 일부가 주위 플라스틱 핸들(122)에 의해서 가려질 수 있다. 테이퍼링 부분(130)은 0.5 ㎛의 공칭 내경을 갖는 출력 단부(132)까지 테이퍼링된다. 세장형 입력 부분(128)으로부터 출력 단부(132)까지의 테이퍼링 부분(130)을 따른 직경의 감소가 도 3 내지 도 5에 더 명확하게 도시되어 있다. 도 3은 모세관형 유리 관(120)의 전체 외부 관찰 가능 부분(134)의 (다수의 SEM 이미지들을 함께 스티칭(stitching)하여 형성된) 주사전자현미경 도면이다. 주사전자현미경(SEM)에서 저배율로 관찰된, 출력 단부(132)를 포함하는 테이퍼링 부분(130)의 제1 배율 영역(136)이 도 4에 도시되어 있다. 또한, 주사전자현미경(SEM)에서 고배율로 관찰된, 제1 배율 영역(136) 내에 위치되는 제2 배율 영역(138)이 도 5에 도시되어 있다. 도 5에서, 출력 단부(132)에서 그리고 테이퍼링 부분을 따른 상이한 길이방향 위치들(140, 142, 144, 146, 및 148)에서 측정된 외경이 도 5 및 표 1에 기재되어 있다. 외경은 출력 단부(132)에서 가장 작고, 출력 단부(132)로부터의 길이방향 거리의 증가와 함께 증가된다. 출력 단부(132)와 길이방향 위치(148) 사이의 길이방향 거리(90)는 약 10.07 ㎛인 것으로 측정된다.
[표 1]
출력 내경(이러한 예에서 공칭적으로 0.5 ㎛)이 너무 작은 경우에, 테이퍼링 부분(130)을 따른 적절한 길이방향 위치, 예를 들어 길이방향 위치들(140, 142, 144, 146, 또는 148)에서 모세관형 유리 관(120)을 절단하는 것에 의해서 출력 내경을 증가시킬 수 있다. 마이크로-구조 유체 토출기(200)를 획득하기 위해서 모세관형 유리 관(120)를 처리하는 방법(150)이 도 7에 도시되어 있다. 단계(152)에서, 도 2에 도시된 것과 같은 모세관형 유리 관(120)이 제공된다. 단계(154)에서, 모세관형 유리 관은 집속-이온 빔(FIB) 장치 내에 설치된다. 예를 들어, 플라즈마-공급원 Xe+ FIB(PFIB로도 지칭됨)가 사용된다. 단계(156)에서, 테이퍼링 부분(130)을 따른 길이방향 위치가 선택되고, 집속 이온 빔이, 유리 관을 절단하기 위한 충분한 에너지 밀도를 가지고, 그 위치로 지향된다. 단계(156)에서, 선택된 길이방향 위치에서 테이퍼링 부분에 걸친 집속-이온 빔을 이용하여 절단을 실행한다. 이전의 단계(156)가 완료된 후에, (FIB 장치 내의) 주사전자현미경을 이용하여 출력 단부의 내경을 측정한다(단계(158)). 측정된 내경이 너무 작은 경우에, 단계(156)를 테이퍼링 부분을 따른 다른 길이방향 위치에서 실행하고, 단계(158)를 실행한다. 희망 내경이 얻어질 때까지, 단계(156 및 158)를 반복한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 최종 절단(단계(156))은, 출구 오리피스(168) 및 단부 면(170)을 포함하는 출력 부분(166)을 형성한다. 출구 오리피스(168)는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위의 출력 내경을 갖는다. 도 6에 도시된 예에서, 출력 내경은 1.602 ㎛인 것으로 측정되고, 출력 외경은 2.004 ㎛인 것으로 측정된다. 이어서, 단계(160)에서, 집속 이온 빔의 에너지가 감소되고, 집속 이온 빔이 단부 면(170)으로 지향된다. 단부 면(170)은 집속 이온 빔을 이용하여 폴리싱되고, 그에 따라 표면 조도가 0.1 ㎛ 미만이고, 바람직하게 1 nm 내지 20 nm 범위인 단부 면을 획득한다. 도 6에 도시된 단부 면의 예에서, 외경 및 내경 치수로부터, 단부 면이 0.1 ㎛ 미만의 표면 조도를 갖는다는 것을 추정할 수 있다. FIB 장치의 폴리싱 능력을 고려할 때, 단부 면의 표면 조도가 1 nm 내지 20 nm의 범위일 것으로 생각된다. 단계(160)의 종료 시에, 마이크로-구조 유체 토출기(200)가 얻어진다. 이어서, 단계(162)에서, 마이크로-구조 유체 토출기(200)가 FIB 장치로부터 제거된다. 또한, 10,000 Pa 내지 1,000,000 Pa 범위의 압력을 인가하면서, 용매 내에 침잠시키는 것에 의해서, 마이크로-구조 유체 토출기, 특히 출력 부분을 세정하는 것이 바람직하다(단계164)). 유체에서 사용되는 용매와 동일한 용매를 이용하는 것이 효과적이라는 것을 발견하였다. 예를 들어, 유체가 메탄올을 포함하는 경우에, 이러한 단계(164)에서 세정을 위한 용매로서 메탄올을 이용하는 것이 효과적이라는 것을 발견하였다. 전술한 내용은 모세관형 유리 관의 개조에 의해서 얻어진 마이크로-구조 유체 토출기의 예에 관한 설명이다. 더 일반적으로, 마이크로-구조 유체 토출기가 다른 재료, 예를 들어 플라스틱, 금속, 및 규소로부터 또는 재료들의 조합으로부터 얻어질 수 있다는 것을 생각할 수 있다.
단계(162) 및/또는 단계(164)의 종료 시에, 마이크로-구조 유체 토출기(200)는 프린트 헤드(104)에 설치될 준비가 된다. 도 8은, 유체 프린팅 장치(도 1, 도 11)가 동작되는, 프린팅 방법(180)의 흐름도이다. 단계(182)에서, 기재(110)는 기재 스테이지(102) 상의 고정 위치에 배치된다. 단계(184)에서, 프린트 헤드(104)가 제공된다. 이러한 단계는 도 7에서 설명되는 바와 같이 마이크로-구조 유체 토출기를 준비하고 이를 프린트 헤드(104)에 설치하는 단계를 포함한다. 단계(186)에서, 프린트 헤드(104)는 기재(110)(도 1) 위에 배치된다. 단계(188)에서, 마이크로-구조 유체 토출기(200)는, 출구 오리피스(168)가 아래쪽을 향하도록 그리고 단부 면(170)이 기재(110)의 프린트 가능 표면(112)을 향해서 대면되도록, 배향된다. 단계(190)에서, 공압 시스템(106)이 프린트 헤드(104)에 커플링된다. 예를 들어, 공압 시스템은 펌프 및 압력 조절기를 포함한다.
프린트 헤드(104)의 예가 도 9에 도시되어 있다. 프린트 헤드(104)는 마이크로-구조 유체 토출기(200)를 포함한다. 마이크로-구조 유체 토출기(200)의 일부 및 그 플라스틱 핸들(122)이 외부 하우징(204) 내에 수용된다. 세장형 입력 부분(128)은 외부 하우징(204)으로부터 하향 연장된다. 출구 오리피스(168) 및 단부 면(170)(도 6)을 포함하는, 출력 부분(166)이 세장형 입력 부분(128)의 아래에 위치된다. 테이퍼링 부분(130)은 출력 부분(166)과 세장형 입력 부분(128) 사이에 위치된다. 외부 하우징(204)은, 공압 도관(210) 및 유체 도관(208)을 포함하는 주 본체(202)를 둘러싼다. 공압 도관(210) 및 유체 도관(208) 모두는 플라스틱 핸들(122)의 입력 단부(124)에 연결된다. 플라스틱 핸들(122)은 플라스틱 핸들(122)의 나사산형 부분(126)에 의해서 주 본체(202)에 부착된다. 공압 도관(210)은, 공압 연결부(216)의 출력 단부(218)에의 부착을 위해서 이용되는 그 입력 단부 상에서 나사산형 부분(214)을 갖는다. 공압 연결부(216)는 입력 단부(220)를 가지며, 그러한 입력 단부(220)에는 공압 시스템(106)이 연결된다(도 9에는 미도시). 유체(예를 들어, 잉크)가 유체 도관(208)을 통해서 마이크로-구조 유체 토출기(200)에 공급된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 유체가 마이크로-구조 유체 토출기(200)에 공급된 후에, 유체 도관(208)은 유체 유입구 플러그(212)로 차단된다.
도 8을 계속 참조하여 프린팅 방법(180)을 설명한다. 단계(192)에서, 프린트 헤드 배치 시스템(108)이 제공된다. 프린트 헤드 배치 시스템(108)은 기재에 대한 프린트 헤드(104)의 수직 변위 및 프린트 헤드(104)의 측방향 변위를 제어한다. 단계(194)에서, 프린트 헤드 배치 시스템(108)은, 프린팅 중에, 단부 면(170)과 프린트 가능 표면(112) 사이의 수직 거리를 0 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에서 제어하도록 동작된다. 단계(196)에서, 프린트 헤드 배치 시스템(108)은, 프린팅 중에, 프린트 헤드(104)를 기재에 대해서 측방향으로 변위시키도록 동작된다. 기재에 대한 프린트 헤드(104)의 측방향 변위는 이하의 선택 사항 중 하나를 의미한다: (1) 기재가 정지적이고 프린트 헤드(104)가 측방향으로 이동되는 것; (2) 프린트 헤드(104)가 측방향으로 이동되지 않고 기재가 측방향으로 이동되는 것; 및 (3) 프린트 헤드(104) 및 기재 모두가 측방향으로 이동되는 것. 선택 사항 (1)에서, 프린트 헤드(104)는 측방향으로 그리고 수직으로 이동된다. 선택 사항 (2)에서, 프린트 헤드(104)는 수직으로 이동되나 측방향으로는 이동되지 않고, 기재의 위치가 고정되는 기재 스테이지가 측방향으로 이동된다. 또한, 선택 사항 (2)에서, 프린트 헤드 배치 시스템(108)은 프린트 헤드(104)에 커플링된 수직 배치 장치 및 기재 스테이지에 커플링된 측방향 배치 장치를 포함한다. 단계(198)에서, 공압 시스템(106)이 동작되어, 압력을 세장형 입력 부분(128)을 통해서 마이크로-구조 유체 토출기(200) 내의 유체에 인가한다. 프린팅 중에, 압력이 -50,000 Pa 내지 1,000,000 Pa의 범위 내에서 조절된다.
프린트 헤드 배치 시스템(108)은, 프린팅 중에, 단부 면(170)과 프린트 가능 표면(112) 사이의 수직 거리를 0 ㎛ 내지 5 ㎛ 내에서 제어한다. 도 10의 사진은, 출력 부분(166)이 기재(110)의 프린트 가능 표면(112)과 접촉되는 구현예를 도시한다. 작은 직경으로 인해서 가요성을 가지는 테이퍼링 부분(130)이 마이크로-구조 유체 토출기(200)의 (그리고 프린트 헤드(104)의) 측방향 변위의 방향을 따라 틸팅되거나 굽혀진다. 마이크로-구조 유체 토출기(200)의 측방향 변위 방향이 (도 10에서 우측을 향하는) 화살표(228)에 의해서 도시되어 있다. 예를 들어 프린트 가능 표면의 비평탄성으로 인해서, 출력 부분(166)이 프린트 가능 표면과 접촉되지 않는 경우에, 테이퍼링 부분(130)의 틸트 또는 굽힘이 감소될 것이다. 이러한 구현예에서, 장치는, 출력 부분(166)과 프린트 가능 표면(112)의 접촉의 결과로서 테이퍼링 부분(130)의 틸트 또는 굽힘을 검출하는 이미징 시스템(114)(도 1)을 포함한다. 프린트 헤드 배치 시스템(108)은, 이미징 시스템(114)에 의해서 검출된 테이퍼링 부분(130)의 틸트 또는 굽힘에 응답하여 수직 변위를 조정하고, 그에 의해서 프린팅 중에 출력 부분(166)과 프린트 가능 표면(112)의 접촉을 유지한다. 프린트 헤드 배치 시스템(108)은 프린트 헤드(104) 및 이미징 시스템(114)을 함께 변위시킨다.
유체 프린팅 장치(100)에서, 프린트 헤드(104)는, 상기 프린트 헤드와 상기 기재 사이에 어떠한 전기장도 인가되지 않은 상태에서, 출구 오리피스를 통해서 유체의 연속적인 스트림을 토출할 수 있다. 유체의 스트림이 연속적이기 때문에, 유체의 라인이 프린트 가능 표면(112) 상에 형성될 수 있다. 그 후에, 유체의 라인이 건조 및/또는 소결될 수 있다. 프린트 헤드 배치 시스템(108)이, 프린팅 중에, 0.01 mm/초 내지 1000 mm/초의 범위 내의 속력으로 프린트 헤드(104)를 기재에 대해서 측방향으로 변위시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 프린트 가능 표면(112) 상에 형성되는 라인 폭은, 부분적으로, 출구 오리피스(168), 즉 출력 내경의 크기에 따라 달라진다. 프린트 헤드 배치 시스템(108)이, 프린팅 중에, 0.01 mm/초 내지 1000 mm/초의 범위 내의 속력으로 프린트 헤드(104)를 기재에 대해서 측방향으로 변위시킬 때, 라인 폭이 1.0 내지 20.0 범위의 배수만큼 출력 내경보다 크다는 것을 발견하였다.
프린팅 중에, 압력은 -50,000 Pa 내지 1,000,000 Pa 내에서 조절되고, 단부 면(170)과 프린트 가능 표면(112) 사이의 수직 거리는 0 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위 내에서 유지된다. 적절한 압력 범위는, 부분적으로, 유체의 점도에 따라 달라진다. 1 내지 2000 센티포아즈(centipoise) 범위의 유체를 프린트할 수 있다. 1 내지 10 센티포아즈 범위의 저점도 유체의 경우에, 프린팅 중에 압력은 -50,000 Pa 내지 0 Pa의 범위 내로 조절된다. 이러한 저점도 유체에서, 과다 유체가 출구 오리피스(168) 외부로 유동하는 것을 방지하기 위해서, 음압이 필요하다. 100 내지 200 센티포아즈 범위의 점도를 갖는 유체의 경우에, 프린팅 중에 압력은 20,000 Pa 내지 80,000 Pa의 범위 내로 조절된다. 메니스커스(meniscus)가 출구 오리피스(168)로부터 돌출되고 프린트 가능 표면(112)과 접촉되며, 유체와 프린트 가능 표면(112) 사이의 접촉으로 인해서 습윤 장력(wetting tension)이 있는 것으로 가정한다. 프린트 가능 표면(112) 상으로의 유체의 유동을 중단시키기 위해서, 프린트 헤드 배치 시스템(108)은 단부 면(170)과 프린트 가능 표면(112) 사이의 수직 거리를 10 ㎛ 이상으로 증가시킨다. 프린트 가능 표면 상의 프린팅의 종료 시에 압력을 감소시키는 것이 마이크로-구조 유체 토출기 내의 유체의 막힘을 초래할 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 수직 거리를 10 ㎛ 이상으로 증가시키는 것에 의해서, 유체는 출구 오리피스(168)를 통해서 계속 토출되고, 프린트 가능 표면(112)에서 프린트되는 대신, 마이크로-구조 유체 토출기의 외부 벽에 축적된다. 프린트될 수 있는 유체는 나노입자 잉크, 예를 들어 이산화티탄 나노입자 및 은 나노입자를 함유하는 잉크를 포함한다. 나노입자는 퀀텀 닷 나노입자, 예를 들어 CdSe, CdTe, 및 ZnO일 수 있다. 카본 블랙을 함유하는 잉크가 또한 프린트될 수 있다.
도 11은 제3 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다. 제1 실시형태에 대해서 설명한 바와 같이, 유체 프린팅 장치(90)는 기재 스테이지(102), 프린트 헤드(104), 공압 시스템(106), 및 프린트 헤드 배치 시스템(108)을 포함한다. 기재(110)는 프린팅 중에 기재 스테이지(102) 상에서 위치가 고정되고, 위쪽으로 대면되고 프린트 헤드(104)를 향해서 대면되는 프린트 가능 표면(112)을 갖는다. 프린트 헤드(104)는 기재(110) 위에 배치된다. 프린트 헤드(104)는, 도 1 및 도 2에 대해서 더 구체적으로 설명한 바와 같이, 출력 부분(166)을 포함하는 마이크로-구조 유체 토출기(200)를 포함한다. 비록 하나의 마이크로-구조 유체 토출기만을 도시하였지만, 프린트 헤드(104)는, 단일 마이크로-구조 유체 토출기보다 높은 생산성을 위해서, 동시에 프린트하는 다수의 마이크로-구조 유체 토출기를 포함할 수 있다. 출력 부분(166)은 출구 오리피스(168) 및 단부 면(170)(도 6)을 포함한다. 프린트 헤드 배치 시스템(108)은, 프린팅 중에, 출력 부분(166)의 단부 면(170)과 프린트 가능 표면(112) 사이의 수직 거리를 희망 거리 내에서, 예를 들어 0 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위 내에서 유지한다. 유체 프린팅 장치(90)는, 프린트 헤드(104)에 커플링된 유체 저장부(116)를 포함한다. 공압 시스템(106)은 유체 저장부(116)를 통해서 프린트 헤드(104)에 커플링된다. 그에 따라, 공압 시스템(106)은 유체 저장부(116) 내의 그리고 마이크로-구조 유체 토출기(200) 내의 유체의 압력을 조절한다.
유체 프린팅 장치(90)는, 레이저 변위 센서로서 구현될 수 있는 수직 변위 센서(118)를 포함한다. 예시적인 레이저 변위 센서로서 Panasonic Industrial Devices로부터의 HL-C2 계열 레이저 변위 센서가 있다. 구현예의 상세 부분이 도 12에 도시되어 있다. 프린트 헤드 배치 시스템(108)은 프린트 헤드 측방향 배치 장치(222) 및 프린트 헤드 수직 배치 장치(224)를 포함한다. 프린트 헤드(104)는, 프린트 헤드 측방향 배치 장치(222)에 장착된 프린트 헤드 수직 배치 장치(224)에 장착된다. 프린트 헤드(104)의 측방향 변위 방향이 (도 12에서 우측을 향하는) 화살표(228)에 의해서 도시되어 있다. 수직 변위 센서(118)는 프린트 헤드 측방향 배치 장치(222)에 장착되고, 센서와 프린트 가능 표면(112) 상의 영역(172) 사이의 거리(174)를 측정한다. 영역(172)은 기준 위치로 지칭되고, 거리(174)는 기준 수직 변위로 지칭된다. 동시에, 마이크로-구조 유체 토출기(200)의 출력 부분(166)은 프린트 가능 표면(112)의 영역(176) 위에 배치된다. 수직 변위 센서(118)는, 영역(172)과 영역(176) 사이의 측방향 거리(226)인 측방향 거리(Δx)만큼 출력 부분(166) 앞에 위치된다. 기준 수직 변위(174)는 버퍼 메모리와 같은 메모리 내에 저장된다. 출력 부분(166)이 영역(172)에 도달할 때, 수직 배치 장치(224)는 (메모리 저장부로부터 검색된) 기준 수직 변위(174)에 응답하여 수직 변위를 조정함으로써 출력 부분(166)의 단부 면(170)과 프린트 가능 표면(112)의 영역(172) 사이의 수직 거리를, 0 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위 내와 같은, 희망 범위 내에서 유지한다. 이러한 미리-보기 특징(look-ahead feature)을 이용하여, 프린트 헤드 배치 시스템(108)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 프린트 가능 표면(112)의 윤곽이 불균일할 때, 단부 면(170)과 프린트 가능 표면(112) 사이의 거리를 희망 범위 내에서 유지할 수 있다. 프린트 가능 표면의 불균일성은 나 기재(bare substrate)의 불균일성일 수 있거나, 전도성 라인 또는 절연 층과 같이, 기재에 이전에 침착된 재료에 기인한 것일 수 있다.
본 개시 내용에 따른 위치 보정 시스템을 도 11, 도 13, 도 14, 도 15, 도 16, 및 도 23을 참조하여 설명한다. 도 23은 독자를 향해서 대면되는 프린트 가능 표면(112)을 갖는 기재(110)의 개략적 상면도이다. 기재 스테이지를 위한 측방향 좌표계(X 및 Y 좌표)(400)가 규정되어 있다. 이전의 프로세스 단계에서, 금속 라인(402 및 404)이 형성되었다. 실제로는 금속 라인(402 및 404)을 포함하는 연속적인 금속 라인이 요구되었으나, 개방 결함(406)이 금속 라인(402)의 우측 단부 영역(410)과 금속 라인(404)의 좌측 단부 영역(412) 사이에 존재한다. 이러한 경우에, 유체 프린팅 장치(90)가 이러한 결함을 교정하기 위한 개방 결함 보수 장치로 구성될 수 있다. 유체 프린팅 장치(90)는, 금속 또는 금속 전구체를 함유하는 잉크인, 유체의 라인을 영역(410)과 영역(412) 사이에 프린트하기 위해서 이용될 수 있다. 이어서, 유체의 라인이 건조 및/또는 소결되어 영역(410)과 영역(412) 사이에서 금속 라인을 형성한다. 영역(410)에서 프린팅을 시작하기 위해서, 영역(410)의 좌표를 알 필요가 있다.
유체 프린팅 장치(90)는, 출력 부분(166)(도 11)의 위치를 보정하기 위해서 이용되는 위치 보정 시스템(92)을 포함할 수 있다. 따라서, 위치 보정 시스템(92)은 종종 출력 부분 위치 보정 시스템으로서 지칭된다. 위치 보정 시스템(92)은 튜닝 포크(96) 및 그러한 튜닝 포크(96)에 커플링된 측정 회로(94)를 포함한다(도 11). 도 13은, 제1 가지부(98) 및 제2 가지부(99)를 포함하는 예시적인 튜닝 포크(96)의 사진이다. 이는 약 32.79 kHz의 비섭동 공진 주파수(fO), 및 출력 부분(166)이 제1 가지부(98)와 접촉될 때의 약 8.17 kHz의 섭동 공진 주파수(fN)를 갖는다. 측정 회로(94)는 비섭동 공진 주파수(fO) 및 섭동 공진 주파수(fN)를 포함하는 주파수 범위 내의 가변-주파수 신호를 생성하고, 그러한 신호를 튜닝 포크(96)에 전달한다. 이러한 신호는 튜닝 포크(96)가 요동하게 한다. 측정 회로(94)는 신호에 대한 튜닝 포크(96)의 주파수 응답을 측정한다. 출력 부분(166)이 제1 가지부(98)와 접촉되는 경우에, 섭동 공진 주파수(fN)가 검출된다.
제4 실시형태에 따른 위치 보정 시스템의 튜닝 포크 구현예에 관한 상세 부분이 도 14에 도시되어 있다. 도 14는, 제1 가지부(98) 및 제2 가지부(99)를 포함하는 튜닝 포크(96)의 단순화된 사시도이다. 3-차원적인 좌표계(230)(X, Y, 및 Z 좌표)가 규정된다. 좌표계(230)는 제1 좌표계로 지칭된다. 제1 가지부(98)는 상단 면(232)(X-Y 평면 내), 측면 면(234)(X-Z 평면 내) 그리고 정면 면(236)(Y-Z 평면 내)을 포함한다. 출력 부분(166)이 상단 면(232), 측면 면(234), 또는 정면 면(236)과 접촉되는 경우에, 섭동 공진 주파수(fN)가 검출된다. 상단 면(232) 및 측면 면(234)은 경계 라인(252)에서 만나고, 측면 면(234) 및 정면 면(236)은 경계 라인(254)에서 만나며, 상단 면(232) 및 정면 면(236)은 경계 라인(256)에서 만난다. 상단 면(232), 측면 면(234), 및 정면 면(236)은 정점(250)에서 만난다. 이러한 경우에, 정점(250)은 마커 지점으로 지칭되고, 상단 면(232), 측면 면(234), 또는 정면 면(236)은 함께 마커 영역으로 지칭된다. 도 14에서 확인될 수 있는 바와 같이, 마커 지점은 마커 영역 내에 포함된다. 마커 영역 및 마커 지점의 좌표는 제1 좌표계(좌표계(230))에서 이미 정확하게 알려져 있다. 예를 들어, 제1 좌표계는 기재 스테이지(400)(도 23)의 좌표계일 수 있다.
다른 한편으로, 마커 영역 및 마커 지점의 좌표는 제2 좌표계(231)(x, y, 및 z 좌표)에서 대략적으로 알려져 있다. 출력 부분(166)의 좌표는 제2 좌표계(231)에서 정확하게 알려져 있다. 예를 들어, 제2 좌표계는 프린트 헤드 배치 시스템(108)의 좌표계일 수 있다. 첫 번째로, 프린트 헤드 배치 시스템(108)은, 출력 부분(166)이 튜닝 포크(96)의 근접부 내의 시작 위치(238)에 있도록, 프린트 헤드(104)를 배치한다. 측정 회로(94)가 가변-주파수 신호를 튜닝 포크(96)에 전달하고 튜닝 포크(96)의 주파수 응답을 측정하는 동안, 프린트 헤드 배치 시스템(108)은 출력 부분(166)을 튜닝 포크(96)를 향해서 궤적(240)을 따라서 변위시킨다. 출력 부분(166)이 궤적(240)을 횡단할 때, 출력 부분(166)은 마커 영역과 접촉되지 않고, 그에 따라 비섭동 공진 주파수(fO) 만이 검출된다. 비섭동 공진 주파수(fO)가 검출되는 제2 좌표계 내의 좌표가 결정된다. 두 번째로, 출력 부분이 시작 위치(238)로 복귀되고 새로운 시작 위치(242)까지 궤적(246)을 횡단한다. 측정 회로(94)가 가변-주파수 신호를 튜닝 포크(96)에 전달하고 튜닝 포크(96)의 주파수 응답을 측정하는 동안, 출력 부분(166)은 시작 위치(242)로부터 튜닝 포크(96)를 향해서 궤적(244)을 횡단한다. 출력 부분(166)이 측면 면(234)에서 마커 영역과 접촉될 때, 섭동 공진 주파수(fN)가 검출된다. 섭동 공진 주파수(fN)가 검출되는 제2 좌표계 내의 좌표가 결정된다. 예를 들어, 출력 부분(166)이 측면 면(234)과의 접촉을 상실하는 좌표 및 출력 부분(166)이 측면 면(234)과 접촉되는 좌표를 아는 것으로부터, 경계 라인(254)의 좌표가 결정될 수 있다.
유사하게, 경계 라인(252) 또는 경계 라인(256)의 좌표를 결정하기 위해서, 측정 회로(94)가 튜닝 포크(96)의 주파수 응답을 측정하는 동안, 출력 부분(166)은 상단 면(232)(또는 전방 면(236))과 접촉되도록 그리고 상단 면(232)(또는 전방 면(236))과의 접촉을 상실하도록 다수 좌표로 변위될 수 있다. 이는, 마커 지점을 포함하는 마커 영역의 맵으로부터 마커 지점의 좌표가 추정될 수 있을 때까지 반복된다. 마커 지점의 좌표가 제2 좌표계(231)에서 알려져 있을 때, 프린트 헤드 배치 시스템(108)이 보정될 수 있다. 프린트 헤드 배치 시스템(108)이 보정된 후에, 프린트 헤드(104)를 제1 좌표계(230) 내의 알려진 위치에 정확하게 배치할 수 있게 된다. 예를 들어, 개방 결함 보수 장치 예의 경우에, 프린트 헤드의 출력 부분(166)을 영역(410)에 정확하게 배치할 수 있게 된다(도 23).
제5 실시형태에 따른 위치 보정 시스템의 제2 튜닝 포크 구현예가 도 15에 도시되어 있다. 도 12를 참조하여 전술한 프린트 헤드 배치 시스템(108)이 도시되어 있다. 프린트 헤드 배치 시스템(108)은 튜닝 포크(96)의 제1 가지부(98)의 상단 면(232) 위에 배치된다. 좌표계(260)는 프린트 헤드 배치 시스템(108)의 좌표계이고, 제1 좌표계로 지칭된다. 수직 변위 센서(118) 및 수직 배치 장치(224) 모두가 측방향 배치 장치(222)에 장착된다. 그러나, 각각의 마이크로-구조 유체 토출기(200)의 길이가 상이하고, 각각의 마이크로-구조 유체 토출기(200)가 프린트 헤드(104) 내에서 약간 상이한 위치에 설치될 수 있으며, 마이크로-구조 유체 토출기(200)가 사용 중에 마모될 수 있기 때문에, 출력 부분(166)의 좌표를 제1 좌표계 내에서 정확하게 알 필요는 없다. 그에 따라, 출력 부분(166)의 정확한 좌표를 기초로 프린트 헤드 배치 시스템(108)을 보정할 필요가 있을 수 있다. 수직 변위 센서(118)는 센서로부터 상단 면(232) 상의 마커 영역(262)까지의 거리(174)를 측정한다. 이러한 측정으로부터, 마커 영역(262)의 좌표(Z-좌표)가 제1 좌표계(260)에서 정확하게 알려진다. 측방향 배치 장치(222)는 프린트 헤드(104)를 측방향으로 변위시켜, 출력 부분(166)을 마커 영역(262) 바로 위로 가져 간다. 측정 회로(94)(도 11)가 가변-주파수 신호를 튜닝 포크(96)에 전달하고 튜닝 포크(96)의 주파수 응답을 측정하는 동안, 수직 배치 장치(224)는 프린트 헤드(104)를 수직으로 마커 영역(262)을 향해서 변위시킨다. 출력 부분(166)이 마커 영역(262)과 접촉될 때, 섭동 공진 주파수(fN)가 검출된다. 이러한 측정으로부터, 제1 좌표계(260) 내의 출력 부분(166)의 좌표가 결정될 수 있고, 프린트 헤드 배치 시스템(108)이 보정될 수 있다.
프린트 헤드 배치 시스템(108)을 보정하는 방법(270)이 도 16에 도시되어 있다. 단계(272)에서, 튜닝 포크(96)가 제공된다. 튜닝 포크(96)는 제1 가지부(98)를 포함하고, 마커 영역이 제1 가지부(98) 상에 위치된다. 튜닝 포크(96)는 비섭동 공진 주파수(fO), 및 출력 부분(166)이 마커 영역과 접촉될 때 비섭동 공진 주파수(fO)와 달리 측정될 수 있는 섭동 공진 주파수(fN)를 특징으로 한다. 단계(274)에서, 마커 영역의 좌표는 제1 좌표계에서 결정된다. 도 15의 경우에, 제1 좌표계는 프린트 헤드 배치 시스템(108)의 좌표계이고, 마커 영역의 좌표는 수직 변위 센서(118)를 이용하여 결정된다. 도 14의 경우에, 제1 좌표계는 기재 스테이지(102)의 좌표계이고, 마커 영역은 상단 면(232), 측면 면(234), 및 정면 면(236)을 포함한다. 제1 좌표계 내의 이러한 면들(232, 234, 및 236)의 좌표가 결정되었다. 또한, 도 14의 경우에, 마커 지점을 포함하는 마커 영역의 맵이 제공된다(단계(276)). 단계(278)에서, 출력 부분(166)을 튜닝 포크(96)에 근접시키도록, 프린트 헤드(104)가 배치된다. 도 15의 경우에, 이러한 단계는, 출력 부분(166)을 마커 영역(262) 바로 위로 가져가기 위해서 프린트 헤드(104)를 변위시키는 것에 상응한다. 도 14의 경우에, 이러한 단계는, 출력 부분(166)을 시작 위치(238)로 가져가기 위해서 프린트 헤드(104)를 변위시키는 것에 상응한다. 단계(280)에서, 측정 회로(94)가 튜닝 포크(96)에 커플링된다. 단계(282)에서, 측정 회로(94)는 비섭동 공진 주파수(fO) 및 섭동 공진 주파수(fN)를 포함하는 주파수 범위 내의 가변-주파수 신호를 튜닝 포크(96)에 전달하고, 그에 따라 튜닝 포크(96)가 요동하게 한다. 단계(284)에서, 섭동 공진 주파수가 검출되는 출력 부분(166)의 좌표를 결정하기 위해서, 출력 부분(166)이 다수의 좌표로 변위되는 동안, 측정 회로(94)는 신호에 대한 튜닝 포크(96)의 주파수 응답을 측정한다. 단계(286)에서, 프린트 헤드 배치 시스템(108)은, 섭동 공진 주파수가 검출된 출력 부분(166)의 좌표에 응답하여 보정된다. 도 14의 경우에, 신호를 전달하는 단계(단계(282)) 및 주파수 응답을 측정하는 단계(단계(284))는, 마커 지점을 포함하는 마커 영역의 맵으로부터 마커 지점의 좌표가 결정될 때까지, 반복된다.
도 17은 제6 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치의 블록도이다. 유체 프린팅 장치(290)는, 도 11을 참조하여 전술한 바와 같이, 기재 스테이지(102), 공압 시스템(106), 프린트 헤드(104), 프린트 헤드 배치 시스템(108), 유체 저장부(116), 수직 변위 센서(118), 및 위치 보정 시스템(92)을 포함한다. 또한, 유체 프린팅 장치(290)에서, 구성요소에 부착된 압전 작동기는 구성요소가 진동하게 하여, 구성요소 내의 유체의 막힘이 감소되게 한다. 또한, 압전 작동기는 변조될 수 있다. 예를 들어, 압전 작동기(292)가 유체 저장부(116)에 부착될 수 있고, 압전 작동기(292)가 동작되어 유체 저장부(116)를 진동시킬 수 있다. 예를 들어, 압전 작동기(294)가 프린트 헤드(104)에 부착될 수 있고, 압전 작동기(294)가 동작되어 마이크로-구조 유체 토출기(200)를 진동시킬 수 있다. 유체가 탄성 유체 도관(296)을 통해서 유체 저장부(116)로부터 세장형 입력 부분(128)까지 유동하도록, 탄성 유체 도관(296)이 유체 저장부(116)와 마이크로-구조 유체 토출기(200)의 세장형 입력 부분(128) 사이에 삽입될 수 있다. 그러한 탄성 유체 도관(296)은 압전 작동기(294)가 동작될 때 프린트 헤드(104)로부터 유체 저장부(116)로의 진동 전달을 감소시킬 수 있거나, 압전 작동기(292)가 동작될 때 유체 저장부(116)로부터 프린트 헤드(104)로의 진동 전달을 감소시킬 수 있다.
도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 마이크로-구조 유체 토출기(200)의 테이퍼링 부분(130)은, 출력 부분(166)이 프린트 가능 표면(112)과 접촉될 때, 프린트 헤드(104)의 기재에 대한 측방향 변위 방향을 따라서 틸팅되거나 굽혀진다. 이러한 접촉 모드에서의 동작이 출력 부분(166)의 불균일한 마모를 유발한다는 것을 발견하였다. 마모를 보다 균일하게 만드는 하나의 방식은, 프린트 헤드(104)를 제1 방향으로(예를 들어, 도 10의 우측을 향해서) 경로를 따라서 횡단시키고 이어서 프린트 헤드(104)를 제1 방향에 반대되는 제2 방향으로(예를 들어, 도 10의 좌측을 향해서) 동일 경로를 따라서 횡단시키는 것이다. 예를 들어, 기재(102)의 단부 영역에 도달한 후에, 프린트 헤드(104)의 방향이 역전될 수 있다.
도 18을 참조하여 다른 해결책을 설명한다. 도 18은 제7 실시형태에 따른 예시적인 프린트 헤드(300)를 도시한다. 프린트 헤드(300)는, 출력 부분에서의 마모를 더 균일하게 만드는 개선된 프린트 헤드이다. 프린트 헤드(300)는 본원에서 개시된 예시적인 프린팅 장치에서 프린트 헤드(104)를 대체할 수 있다. 이러한 프린트 헤드(300)는, 프린트 헤드(104)에 대해서 설명한 바와 같은, 마이크로-구조 유체 토출기(200)를 포함한다. 마이크로-구조 유체 토출기(200)는 장착 수용부(302) 내에 장착된다. 장착 수용부(302) 내에 장착될 때, 마이크로-구조 유체 토출기(200)는 그 길이방향 축(306)을 중심으로 회전될 수 있다. 회전 디바이스(304)가 마이크로-구조 유체 토출기(200)에 커플링된다. 동작 중에, 회전 디바이스(304)는, 길이방향 축(306)을 중심으로 하는 제어된 회전을 마이크로-구조 유체 토출기(200)에 부여한다. 예를 들어, 장치가 유체를 프린팅하는 동안, 회전 디바이스(304)가 동작된다. 결과적으로, 마이크로-구조 유체 토출기(200)의 출력 부분(166)은 그 길이방향 축(306)을 중심으로 균일하게 마모된다.
제8 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치가 도 19, 도 20, 도 21, 및 도 22를 참조하여 설명된다. 예시적인 프린트 헤드 모듈(310)이 도 19에 도시되어 있다. 프린트 헤드 모듈(310)은 마이크로-구조 유체 토출기(320, 322, 324, 326, 328)의 뱅크(308)를 포함한다. 프린팅 중에, 단일 마이크로-구조 유체 토출기보다 높은 생산성을 달성하기 위해서, 마이크로-구조 유체 토출기들이 동시에 프린팅한다. 바람직한 마이크로-구조 유체 토출기 및 그 준비에 대해서 도 2 내지 도 7에서 설명하였다. 마이크로-구조 유체 토출기의 뱅크(308)는 커먼 레일(312)을 따라서 커먼 레일의 제1 단부(316)와 제1 단부(316)에 대향되는 제2 단부(318) 사이에 배열된다. 제1 수직 변위 센서(346)가 제1 단부(316)에 근접하여 배치되고, 제2 수직 변위 센서(348)가 제2 단부(318)에 근접하여 배치된다. 도 19에서, 프린트 헤드 모듈(310)은 기재(110) 위에 배치되고, 마이크로-구조 유체 토출기는 출력 부분이 아래쪽을 향하도록 그리고 단부 면이 프린트 가능 표면(112)을 향해서 대면되도록 배향된다. 유체 프린팅 장치 내에서 구현될 때, 마이크로-구조 유체 토출기의 뱅크(308)는 커먼 레일(312)로부터 현수된다. 제1 수직 변위 센서(346)는 프린트 가능 표면(112) 상의 제1 기준 위치(342)까지의 제1 기준 수직 변위(352)를 측정하도록 배향되고, 제2 수직 변위 센서(348)는 프린트 가능 표면(112) 상의 제2 기준 위치(344)까지의 제2 기준 수직 변위(354)를 측정하도록 배향된다.
커먼 레일(312)은, 제1 단부(316)를 기부 지지부(314)에 부착하는 제1 압전 적층체 선형 작동기(336) 및 제2 단부(318)를 기부 지지부(314)에 부착하는 제2 압전 적층체 선형 작동기(338)를 통해서, 기부 지지부(314)에 부착된다. 유체 프린팅 장치에서 구현될 때, 커먼 레일(312)은 압전 적층체 선형 작동기(336, 338)를 통해서 기부 지지부(314)로부터 현수된다. 제1 압전 적층체 선형 작동기(336)는, 제1 수직 변위 센서(346)에 의해서 측정된 제1 기준 수직 변위(352)에 응답하여, 제1 단부(316)와 기부 지지부(314) 사이의 제1 수직 분리(337)를 조정하도록 배향되고 구성된다. 제2 압전 적층체 선형 작동기(338)는, 제2 수직 변위 센서(348)에 의해서 측정된 제2 기준 수직 변위(354)에 응답하여, 제2 단부(318)와 기부 지지부(314) 사이의 제2 수직 분리(339)를 조정하도록 배향되고 구성된다. 제8 실시형태에 따른 예시적인 유체 프린팅 장치가 도 21에 도시되어 있다. 유체 프린팅 장치(360)는, 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 기재 스테이지(102), 공압 시스템(106), 및 유체 저장부(116)를 포함한다. 유체 프린팅 장치(360)는 프린트 헤드 모듈(310)을 포함하고, 단일 프린트 헤드 모듈(310)에서보다 높은 생산성을 위해서, 부가적인 프린트 헤드 모듈(들)(310B)을 포함할 수 있다. 프린트 헤드 모듈(310)의 기부 지지부(314)는, 기부 지지부(314)의 수직 변위 및 측방향 변위를 제어하는 프린트 헤드 모듈 배치 시스템(368)에 장착된다.
도 19에 도시된 상황에서, 기재(110)의 프린트 가능 표면(112)은 불균일하다. 도 12를 참조하여 미리-보기 특징을 설명한다. 유사한 미리-보기 특징이 도 21의 유체 프린팅 장치에서 구현될 수 있다. 도 20은 프린트 헤드 모듈(310)의 구성요소의 일부의 개략적인 상면도이다. 프린팅 중에, 프린트 헤드 모듈(310)의 기부 지지부(314)는, 제1 단부(316)로부터 제2 단부(318)까지의 벡터(352)에 대략적으로 수직으로, 측방향 변위 방향(350)을 따라서 기재에 대해서 측방향으로 변위된다. 이러한 배열에 따라, 마이크로-구조 유체 토출기(320, 322, 324, 326, 328)는 동시에 유체를 프린트하고, 결과적으로 단일 마이크로-구조 유체 토출기에서보다 큰 생산성을 초래한다. 제1 수직 변위 센서(346)는, 제1 단부(316)로부터 연장되거나 그에 부착되는 제1 커먼 레일 연장부(356)에 장착된다. 유사하게, 제2 수직 변위 센서(348)는, 제2 단부(318)로부터 연장되거나 그에 부착되는 제2 커먼 레일 연장부(358)에 장착된다. 이러한 배열에 따라, 제1 수직 변위 센서(346) 및 제2 수직 변위 센서(348)는 측방향 변위 방향(350)을 따라서 마이크로-구조 유체 토출기의 뱅크(308) 앞에 배치된다.
도 22는, 제8 실시형태의 장치(360)가 동작되는(도 21), 프린팅 방법(370)의 흐름도이다. 단계(372)에서, 기재(110)는 기재 스테이지(102) 상의 고정 위치에 배치된다. 단계(374)에서, 도 19를 참조하여 설명한 바와 같이, 프린트 헤드 모듈(310)이 제공된다. 단계(376)에서, 프린트 헤드 모듈(310)은 기재(110)(도 19 및 도 21) 위에 배치된다. 단계(378)에서, 마이크로-구조 유체 토출기는, 각각의 출구 오리피스가 아래쪽을 향하도록 그리고 각각의 단부 면이 기재(110)의 프린트 가능 표면(112)을 향해서 대면되도록, 배향된다. 단계(380)에서, 공압 시스템(106)이 프린트 헤드 모듈(310)에 커플링된다. 단계(382)에서, 프린트 헤드 모듈 배치 시스템(368)이 제공된다. 프린트 헤드 배치 시스템(368)은 기재에 대한 프린트 헤드 모듈(310)의 기부 지지부(314)의 수직 변위 및 프린트 헤드 모듈(310)의 기부 지지부(314)의 측방향 변위를 제어한다. 단계(384)에서, 프린트 헤드 모듈 배치 시스템(368)은, 프린팅 중에, 프린트 헤드 모듈(310)의 기부 지지부(314)를 기재에 대해서 측방향으로 변위시키도록 동작된다. 단계(386)에서, 공압 시스템이 동작되어, 압력을 각각의 세장형 입력 부분을 통해서 마이크로-구조 유체 토출기(320, 322, 324, 326, 328) 내의 유체에 인가한다. 프린팅 중에, 압력이 -50,000 Pa 내지 1,000,000 Pa의 범위 내에서 조절된다. 제1 수직 변위 센서 및 제1 압전 적층체 선형 작동기와 관련된 단계(단계(388, 390)) 및 제2 수직 변위 센서 및 제2 압전 적층체 선형 작동기와 관련된 단계(단계(392, 394))가 동시에 실행될 수 있다. 단계(388)에서, 제1 수직 변위 센서(346)는, 프린트 가능 표면(112) 상의 제1 기준 위치(342)에 대한 제1 기준 수직 변위(352)를 측정하도록 배향된다. 단계(390)에서, 제1 압전 적층체 선형 작동기(336)는, 제1 기준 수직 변위(352)에 응답하여, 제1 단부(316)와 기부 지지부(314) 사이의 제1 수직 분리(337)를 조정하도록 동작된다. 유사하게, 단계(392)에서, 제2 수직 변위 센서(348)는, 프린트 가능 표면(112) 상의 제2 기준 위치(344)에 대한 제2 기준 수직 변위(354)를 측정하도록 배향된다. 단계(394)에서, 제2 압전 적층체 선형 작동기(338)는, 제2 기준 수직 변위(354)에 응답하여, 제2 단부(318)와 기부 지지부(314) 사이의 제2 수직 분리(339)를 조정하도록 동작된다. 이러한 조정은, 마이크로-구조 유체 토출기(320, 322, 324, 326, 328)의 일부 또는 전부에서, 단부 면과 프린트 가능 표면 사이의 수직 거리를 희망 범위 내에서, 예를 들어 0 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에서 유지하도록 이루어진다. 프린팅 중에 프린트 헤드 모듈(310)이 프린트 가능 표면(112) 위에서 기재에 대해서 측방향으로 변위될 때, 단계(388, 390, 392, 및 394)가 반복된다.
달리 표시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 기재된 구성요소의 수량, 분자량, 및 기타를 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 "약"이라는 용어에 의해서 변경되는 것으로 이해된다. 따라서, 반대로 달리 표시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 기재된 수치적 매개변수는, 획득하고자 하는 희망 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 적어도, 그리고 청구범위의 등가물을 제한하려는 시도가 아닌 것으로서, 각각의 수치적 매개변수는, 적어도, 기재된 유효 숫자를 반영하여 그리고 일반적인 반올림 기술을 적용하여 해석되어야 한다.
청구된 청구 대상의 넓은 범위를 기술하는 수치적 범위 및 매개변수가 근사치이지만, 특정 예에서 기술된 수치적 값은 가능한 한 정확한 것으로 기재된 것이다. 그러나, 모든 수치 값은, 본질적으로, 각각의 테스팅 측정에서 발견되는 표준 편차로부터 필연적으로 초래되는 범위를 포함한다.
모든 표제는 독자의 편의를 위한 것이고, 달리 특정되지 않는 한, 표제에 이어지는 내용의 의미를 제한하기 위해서 사용되지 않아야 한다.
Claims (33)
- 유체를 기재의 프린트 가능 표면 상으로 프린팅하기 위한 장치로서,
기재 스테이지로서, 프린팅 중에 기재의 위치가 그에 대해서 고정되는, 기재 스테이지;
상기 기재 위에 배치되고 마이크로-구조 유체 토출기를 포함하는 프린트 헤드로서, 상기 마이크로-구조 유체 토출기가, (1) 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위의 출력 내경의 출구 오리피스 및 0.1 ㎛ 미만의 표면 조도를 갖는 단부 면을 포함하는 출력 부분, (2) 상기 출력 내경보다 적어도 100배 더 큰 입력 내경을 갖는 세장형 입력 부분, 및 (3) 상기 세장형 입력 부분과 상기 출력 부분 사이의 테이퍼링 부분을 포함하는, 프린트 헤드;
상기 프린트 헤드에 커플링된 공압 시스템으로서, 상기 공압 시스템은 상기 세장형 입력 부분을 통해서 상기 마이크로-구조 유체 토출기 내의 유체에 압력을 인가하고, 상기 압력은 상기 프린팅 중에 -50,000 Pa 내지 1,000,000 Pa 범위 내에서 조절되는, 공압 시스템; 및
상기 기재에 대한 상기 프린트 헤드의 수직 변위 및 측방향 변위를 제어하는 프린트 헤드 배치 시스템을 포함하고;
상기 출력 부분이 아래쪽을 향하도록 그리고 상기 단부 면이 상기 프린트 가능 표면을 향해서 대면되도록, 상기 마이크로-구조 유체 토출기가 배향되고;
상기 프린트 헤드 배치 시스템은, 상기 프린팅 중에, 상기 단부 면과 상기 프린트 가능 표면 사이의 수직 거리를 0 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에서 유지하고;
상기 프린트 헤드는, 상기 프린트 헤드와 상기 기재 사이에 어떠한 전기장도 인가되지 않은 상태에서, 유체를 연속적인 스트림으로 상기 출구 오리피스를 통해서 토출하고, 상기 연속적인 스트림은 상기 프린트 가능 표면 상에서 유체의 라인을 형성하는, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 표면 조도가 1 nm 내지 20 nm 범위인, 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프린트 헤드 배치 시스템은, 상기 프린팅 중에 상기 프린트 헤드를 0.01 mm/초 내지 1000 mm/초의 범위 내의 속력으로 측방향으로 변위시키는, 장치. - 제3항에 있어서,
상기 프린트 가능 표면 상의 라인은, 1.0 내지 20.0의 범위의 배수만큼 상기 출력 내경보다 큰 라인 폭을 가지는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프린트 헤드 배치 시스템은, 상기 유체가 상기 프린트 가능 표면 상으로 유동하는 것을 중단시키기 위해서, 상기 수직 거리를 10 ㎛ 이상으로 증가시키는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로-구조 유체 토출기가 유리를 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공압 시스템이 펌프 및 압력 조절기를 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프린트 헤드 배치 시스템은, 상기 프린팅 중에, 상기 출력 부분을 상기 프린트 가능 표면과 접촉되게 유지하기 위해서, 상기 수직 변위를 조정하는, 장치. - 제8항에 있어서,
상기 프린트 헤드 배치 시스템은 상기 프린팅 중에 상기 프린트 헤드를 측방향 변위 방향을 따라 변위시키고, 상기 테이퍼링 부분은 상기 프린팅 중에 상기 측방향 변위 방향을 따라서 틸팅되거나 굽혀지는, 장치. - 제9항에 있어서,
상기 테이퍼링 부분의 틸팅 또는 굽힘을 검출하는 이미징 시스템을 더 포함하고; 상기 프린트 헤드 배치 시스템은 상기 검출된 틸팅 또는 굽힘에 응답하여 상기 수직 변위를 조정하는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프린트 가능 표면 상의 기준 위치까지의 기준 수직 변위를 측정하기 위한 수직 변위 센서를 더 포함하고; 상기 프린트 헤드 배치 시스템은 상기 측정된 기준 수직 변위에 응답하여 수직 변위를 조정하는, 장치. - 제11항에 있어서,
상기 수직 변위 센서가 레이저 변위 센서인, 장치. - 제11항에 있어서,
상기 프린트 헤드 배치 시스템은 상기 프린팅 중에 상기 프린트 헤드를 측방향 변위 방향을 따라 변위시키고, 상기 수직 변위 센서는 상기 프린팅 중에 상기 측방향 변위 방향을 따라서 상기 마이크로-구조 유체 토출기의 앞에 배치되는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
출력 부분 배치 보정 시스템을 더 포함하고, 상기 출력 부분 배치 보정 시스템은:
제1 가지부를 포함하는 튜닝 포크로서, 마커 영역이 상기 제1 가지부 상에 위치되고, 상기 마커 영역의 좌표는 제1 좌표계 내에서 정확하게 알려져 있고 제2 좌표계 내에서 대략적으로 알려져 있으며, 상기 튜닝 포크는 비섭동 공진 주파수(fO), 및 상기 출력 부분이 상기 마커 영역과 접촉될 때 상기 비섭동 공진 주파수(fO)와 상이하게 측정되는 섭동 공진 주파수(fN)를 특징으로 하는, 튜닝 포크; 및
상기 튜닝 포크에 커플링된 측정 회로를 포함하고;
상기 측정 회로는 상기 비섭동 공진 주파수(fO) 및 상기 섭동 공진 주파수(fN)를 포함하는 주파수 범위 내의 가변-주파수 신호를 생성하고, 상기 신호를 상기 튜닝 포크에 전달하여 상기 튜닝 포크가 요동하게 하며; 그리고
상기 측정 회로는, 상기 섭동 공진 주파수가 검출되는 상기 출력 부분의 좌표를 결정하기 위해서, 상기 출력 부분이 다수의 좌표로 변위되는 동안 상기 신호에 대한 상기 튜닝 포크의 주파수 응답을 측정하고;
상기 프린트 헤드 배치 시스템은 상기 섭동 공진 주파수가 검출된 상기 출력 부분의 좌표에 응답하여 보정되는, 장치. - 제14항에 있어서,
상기 마커 영역은 마커 지점을 포함하고, 상기 마커 지점을 포함하는 상기 마커 영역의 맵이 상기 장치의 메모리 저장부에 저장되는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체가 1 내지 2000 센티포아즈 범위의 점도를 가지는, 장치. - 제16항에 있어서,
상기 유체가 1 내지 10 센티포아즈 범위의 점도를 가지고, 상기 압력은 프린팅 중에 -50,000 Pa 내지 0 Pa의 범위 내로 조절되는, 장치. - 제16항에 있어서,
상기 유체가 100 내지 200 센티포아즈 범위의 점도를 가지고, 상기 압력은 프린팅 중에 20,000 Pa 내지 80,000 Pa의 범위 내로 조절되는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체가 나노입자를 포함하는, 장치. - 제19항에 있어서,
상기 나노입자가 퀀텀 닷을 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체는, 은, 티타늄, 및 탄소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 원소를 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프린트 헤드가 제2 마이크로-구조 유체 토출기를 더 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프린트 헤드에 커플링된 유체 저장부를 더 포함하는, 장치. - 제23항에 있어서,
상기 유체 저장부에 커플링된 압전 작동기를 더 포함하는, 장치. - 제23항에 있어서,
상기 유체 저장부와 상기 세장형 입력 부분 사이의 탄성 유체 도관을 더 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프린트 헤드에 커플링된 압전 작동기를 더 포함하는, 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 장치를 포함하는 개방 결함 보수 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로-구조 유체 토출기가 내부에 장착되는 장착 수용부로서, 상기 마이크로-구조 유체 토출기는, 상기 장착 수용부 내에 장착될 때, 그 길이방향 축을 중심으로 회전될 수 있는, 장착 수용부;
길이방향 축을 중심으로 하는 제어된 회전을 상기 마이크로-구조 유체 토출기에 부여하는, 상기 마이크로-구조 유체 토출기에 커플링된, 회전 디바이스를 더 포함하는, 장치. - 유체를 기재의 프린트 가능 표면 상으로 프린팅하기 위한 장치로서,
기재 스테이지로서, 프린팅 중에 기재의 위치가 그에 대해서 고정되는, 기재 스테이지;
상기 기재 위에 배치된 프린트 헤드 모듈로서:
제1 단부 및 상기 제1 단부에 대향되는 제2 단부를 가지는 커먼 레일;
상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에서 상기 커먼 레일을 따라서 배열되는 마이크로-구조 유체 토출기의 뱅크로서, 상기 마이크로-구조 유체 토출기의 각각은, (1) 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위의 출력 내경의 출구 오리피스 및 0.1 ㎛ 미만의 표면 조도를 갖는 단부 면을 포함하는 출력 부분, (2) 상기 출력 내경보다 적어도 100배 더 큰 입력 내경을 갖는 세장형 입력 부분, 및 (3) 상기 세장형 입력 부분과 상기 출력 부분 사이의 테이퍼링 부분을 포함하는, 마이크로-구조 유체 토출기의 뱅크;
상기 제1 단부에 근접하여 배치되는 제1 수직 변위 센서;
상기 제2 단부에 근접하여 배치되는 제2 수직 변위 센서;
기부 지지부;
상기 제1 단부를 상기 기부 지지부에 부착하는 제1 압전 적층체 선형 작동기; 및
상기 제2 단부를 상기 기부 지지부에 부착하는 제2 압전 적층체 선형 작동기를 포함하는, 프린트 헤드 모듈;
상기 프린트 헤드에 커플링된 공압 시스템으로서, 상기 공압 시스템은 상기 세장형 입력 부분을 통해서 상기 마이크로-구조 유체 토출기 내의 유체에 압력을 인가하고, 상기 압력은 상기 프린팅 중에 -50,000 Pa 내지 1,000,000 Pa 범위 내에서 조절되는, 공압 시스템; 및
상기 기재에 대한 상기 프린트 헤드 모듈의 기부 지지부의 수직 변위 및 상기 프린트 헤드 모듈의 기부 지지부의 측방향 변위를 제어하는 프린트 헤드 모듈 배치 시스템을 포함하고;
상기 출력 부분이 아래쪽을 향하도록 그리고 상기 단부 면이 상기 프린트 가능 표면을 향해서 대면되도록, 상기 마이크로-구조 유체 토출기가 배향되고;
상기 프린트 가능 표면 상의 제1 기준 위치에 대한 제1 기준 수직 변위를 측정하도록, 상기 제1 수직 변위 센서가 배향되고;
상기 프린트 가능 표면 상의 제2 기준 위치에 대한 제2 기준 수직 변위를 측정하도록, 상기 제2 수직 변위 센서가 배향되며;
상기 제1 기준 수직 변위에 응답하여 상기 제1 단부와 상기 기부 지지부 사이의 제1 수직 분리를 조정하도록, 상기 제1 압전 적층체 선형 작동기가 배향되고;
상기 제2 기준 수직 변위에 응답하여 상기 제2 단부와 상기 기부 지지부 사이의 제2 수직 분리를 조정하도록, 상기 제2 압전 적층체 선형 작동기가 배향되고; 그리고
상기 프린트 헤드는 상기 출구 오리피스를 통해서 유체를 연속적인 스트림으로 토출하는, 장치. - 제29항에 있어서,
상기 프린트 헤드 모듈 배치 시스템은 상기 프린팅 중에 상기 기부 지지부를 상기 기재에 대해서 측방향 변위 방향을 따라서 변위시키고, 상기 측방향 변위 방향은 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지의 벡터에 수직인, 장치. - 제30항에 있어서,
상기 제1 수직 변위 센서 및 상기 제2 수직 변위 센서는 상기 측방향 변위 방향을 따라서 상기 마이크로-구조 유체 토출기의 앞에 배치되는, 장치. - 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
제2 프린트 헤드 모듈을 더 포함하는, 장치. - 삭제
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