KR20210145239A - 음향영동 인쇄를 위한 서브파장 공진기 - Google Patents

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KR20210145239A
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다니엘 포레스티
알렉산드라 마르코빅
제니퍼 에이. 루이스
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프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지
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Abstract

음향영동 인쇄용 서브파장 공진기는 잉크를 음향장으로 전달하기 위한 노즐 본체와 통합된 음향장의 국부적 향상을 위한 중공 공진기 본체를 포함한다. 노즐 본체는 중공 공진기 본체 외부의 제1 단부와 중공 공진기 본체 내부의 제2 단부를 가지며, 제1 단부의 유체 유입구와 제2 단부의 유체 배출구 사이에서 연장되는 유체 채널을 포함한다. 상기 유체 채널은 중공 공진기 본체의 측벽을 통과하고 적어도 하나의 굴곡부를 포함한다. 음향 영동 인쇄 중에 노즐 본체의 유체 채널을 통해 유체 배출구 밖으로 전달되는 잉크는 고강도 음향장에 노출된다.

Description

음향영동 인쇄를 위한 서브파장 공진기
본 특허 출원은 2019년 3월 29일에 출원된 미국 가출원번호 제62/826,436호에 대하여 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 참고로 본원에 편입된다.
본 개시 내용은 일반적으로 액적 생성 2D 및 3D 프린팅 기술, 보다 구체적으로 음향영동 프린팅(acoustophoretic printing)에 관한 것이다.
최신 2D 및 3D 프린팅 방식의 한계로 인해, 잉크는 기존 프린터의 요구 사항을 충족하는 물리적 특성을 갖도록 설계되는 경우가 많았다. 재료를 인쇄 가능하게 만드는 일반적인 접근 방식은 첨가제를 사용하여 잉크의 유변학적 특성(rheological properties )을 조정하는 것이다. 인쇄성을 향상시키면서도, 이러한 첨가제는 인쇄된 구조물에서 불순물로 작용하거나 그렇지 않으면 인쇄된 구조물에 해로운 것으로 판명될 수 있다.
액적 기반 인쇄 기술의 영역에서 잉크젯 기술은 산업 및 연구의 표준을 나타낸다. 광범위한 사용에도 불구하고, 특성(예: 점도 및 표면 장력)의 적절한 조합을 갖는 재료의 좁은 창만이 잉크젯 프린트헤드에서 성공적으로 배출될 수 있다. 이러한 제한은 레일라이-플레이토(Rayleigh-Plateau) 불안정성을 기반으로 하는 액적 분리 메커니즘에 기인할 수 있다. 잉크젯 기술에서 메니스커스를 깨고 정의된 양의 액체를 배출하려면 잉크의 상당한 기계적 여기가 필요할 수 있다. 이러한 동적 과정은 계면력과 점성력 사이의 강력한 결합을 의미한다.
실제 관심을 끄는 많은 잉크는 상대적으로 점도가 높고 성공적인 인쇄를 위해 첨가제로 희석해야 하는 콜로이드 또는 폴리머를 기반으로 한다. 잉크의 물리적 특성으로부터 인쇄 프로세스의 의존성을 진정으로 분리하면, 2D 및 3D 인쇄할 수 있는 재료의 유형과 복잡성에서 전례 없는 자유도를 얻을 수 있다.
음향영동 프린팅은 2D 및 3D 프린팅을 위한 혁신적인 접근 방식이며 광범위한 분야에 적용될 수 있다. 이 기술은 액적에 작용하는 음향 방사 압력을 이용하여 노즐에서 액적 분리를 제어하기 위해 서브 파장 초음파 공동의 비선형 효과를 활용한다. 페브리-페로(Fabry-Perot) 음향 공진을 활용하면, 분리된 액적을 본질적으로 아웃커플링하는 음향장을 생성하고, 밑에 있는 기판으로부터 힘을 분리하는 고도로 국부적인 음향장을 생성하고, 음향력 크기를 기존 시스템과 비교하여 1차수 또는 2차수배 이상 향상시킬 수 있다.
원형(Prototypical) 음향영동 시스템은 모세관-인력 기술(capillary-pulling techniques)에 의해 수동으로 개별적으로 제작된 노즐을 사용할 수 있다. 이러한 접근 방식은 프린트 헤드를 하나의 노즐로 제한하거나 프린트 헤드당 몇 개의 노즐로 제한하여 출력, 기능 및 확장(scale-up)을 제한할 수 있다. 또한 상용 잉크젯 기술과 비교할 때 프로토타입은 더 낮은 해상도와 더 낮은 처리량을 나타낼 수 있다.
예비 작업에 대한 설명은 그 전체가 참고로 본원에 편입되는 포리스티 등에 의한 "음향영동 인쇄 장치 및 방법"이라는 제목의 국제특허공개 제2015/110600 및 "음향 영동 인쇄를 위한 장치 및 방법"의 제목의 국제 특허 공개 번호 제WO/2018/022513에 기술되어 있다.
음향영동 인쇄용 서브파장 공진기는 잉크를 음향장으로 전달하기 위한 노즐 본체와 통합된 음향장의 국부적 향상을 위한 중공 공진기 본체를 포함한다. 노즐 본체는 중공 공진기 본체 외부의 제1 단부와 중공 공진기 본체 내부의 제2 단부를 가지며, 제1 단부의 유체 유입구와 제2 단부의 유체 배출구 사이에서 연장되는 유체 채널을 포함한다. 상기 유체 채널은 중공 공진기 본체의 측벽을 통과하고 적어도 하나의 굴곡부를 포함한다. 음향 영동 인쇄 중에 노즐 본체의 유체 채널을 통해 유체 배출구 밖으로 전달되는 잉크는 고강도 음향장에 노출된다.
음향영동 프린팅 방법은 음향 에미터 및 서브파장 공진기를 포함하는 장치를 제공하는 단계를 포함하고, 서브파장 공진기는 중공 공진기 본체 및 중공 공진기 본체와 통합된 노즐 본체를 포함한다. 노즐 본체는 중공 공진기 본체 외부의 제1 단부와 중공 공진기 본체 내부의 제2 단부를 가지며, 제1 단부의 유체 유입구와 제2 단부의 유체 배출구 사이에서 연장되는 유체 채널을 포함한다. 상기 유체 채널은 중공 공진기 본체의 측벽을 통과하고 적어도 하나의 굴곡부를 포함한다. 상기 방법은 음향 에미터를 활성화하여 음향장을 생성하는 단계를 더 포함한다. 음향장은 서브파장 공진기로 전달되고 중공 공진기 본체에서 강화되어 유체 배출구에서 고강도 음향장이 형성된다. 잉크는 유체 채널을 통해 유체 배출구로 전달되고 미리 결정된 양의 잉크는 고강도 음향장에서 노즐 본체에서 분리된다.
도 1a 내지 도 1d는 각각의 공진기가 노즐 본체와 통합된 중공 공진기 본체를 포함하는 음향영동 프린팅을 위한 예시적인 서브파장 공진기의 횡단면 개략도이다. 도 1a 및 도 1b에서, 중공 공진기 본체와 노즐 본체가 함께 조립되어 있고, 도 1c 및 도 1d에서, 중공 공진기 본체와 노즐 본체는 일체로 형성되어 있다.
도 2a 및 도 2b는 음향영동 프린팅을 위한 예시적인 장치를 각각 도시하는 단면 개략도이다.
도 3은 음향영동 프린팅을 위한 예시적인 장치의 단면 개략도이다.
도 4는 음향영동 프린팅을 위한 예시적인 장치의 단면 개략도이다.
도 5는 예시적인 노즐 본체 설계의 단면 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 중공 공진기 본체와 통합된 노즐 본체의 단면도 및 평면도이며, 여기서 노즐 본체는 미세가공이 가능한 설계를 갖는다.
도 7은 제1 및 제2 미세 가공된 절반부로부터 조립 및 접합된 노즐 본체의 3차원 도면을 도시한다.
도 8a 내지 도 8d는 도 6a 내지 도 7의 제2 미세가공된 절반부에 대한 예시적인 미세가공 단계를 도시한다.
도 9a 내지 도 9d는 도 6a, 6b 및 도 9의 제1 미세가공된 절반부에 대한 예시적인 미세가공 단계를 도시한다.
도 10a 및 도 10c는 웨이퍼 스택으로부터 분리되기 전과 후에 각각 제조된 노즐 본체를 도시한다.
도 10b는 노즐 본체의 바닥측으로부터의 유체 배출구의 확대도를 도시한다.
본 발명은 미세가공 기술을 사용하여 구현될 수 있는 음향영동 프린트 헤드를 위한 새로운 노즐 디자인을 제공한다. 노즐 제조에 대한 접근 방식의 이러한 상당한 변화는 처리량뿐만 아니라 증착 분해능의 상당한 개선을 가능하게 하여, 고기능, 다중 재료, 높은 처리량의 주문형 액적 생성 기술의 길을 열 수 있다.
먼저 도 1의 단면 개략도를 참조하면, 음향영동 프린팅을 위한 서브파장 공진기(100)는 음향장의 국부적 향상을 위한 중공 공진기 본체(102), 및 음향장으로 잉크를 전달하기 위한 중공 공진기 본체(102)와 통합된 노즐 본체(104)를 포함한다. 상기 중공 공진기 본체(102) 및 노즐 본체는 함께 조립될 수 있거나 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이 일체로 형성될 수 있다. 상기 노즐 본체(104)는 중공 공진기 본체(102)의 외부의 제1 단부(104a) 및 중공 공진기 본체(102)의 내부의 제2 단부(104b)를 갖는다. 상기 노즐 본체(104)는 노즐 본체(104)의 제1 단부(104a)에 있는 유체 유입구(106a)와 제2 단부(104b)에 있는 유체 배출구(106b) 사이에서 연장되는 유체 채널(106)을 포함한다. 상기 유체 채널(106)은 중공 공진기 본체(102)의 측벽(102w)을 통과하고 적어도 하나의 굴곡부(108)를 포함한다. 상기 노즐 본체(104)의 기하학적 구조 및 중공 공진기 본체(102)에 대한 노즐 본체의 위치로 인해, 유체 채널(106)을 통해 유체 배출구(106b) 밖으로 전달되는 잉크는 고강도 음향장에 노출된다. 따라서, 매우 작은 부피의 잉크 액적이 유체 배출구(106b)에서 분리되어 서브파장 공진기(100)를 빠져나갈 수 있다. 통상의 기술자에 의해 인식되는 바와 같이, 도 1a 내지 도 1d 및 다른 도면에 도시된 서브파장 공진기(100)의 노즐 본체(104)는 개략적으로 도시된 길이를 넘어 연장되는 제1 단부(104a)를 가질 수 있고, 유체 채널(106) 내로 잉크를 전달하기 위해 예를 들어 외부 배관을 통해 궁극적으로 잉크 소스에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 단부(104a)는 아래에서 더 논의되는 바와 같이 임의의 방향으로 연장될 수 있다.
음향영동 인쇄에 사용될 때, 상기 서브파장 공진기(100)는 예를 들어 도 2a에 도시된 바와 같이 음향장을 생성하기 위한 음향 에미터(110) 및 유체 채널(106)을 통해 전달되는 잉크의 증착을 위한 기판(112)을 포함하는 장치(200)이 일부일 수 있다. 상기 기판(112)은 분사된 잉크를 수용하기 위해 노즐 본체(104)의 유체 개구(106b)에 인접하게 위치될 수 있다. 인쇄하는 동안, 기판(112)은 잉크 액적이 기판(112) 상에 미리 결정된 2D 또는 3D 패턴으로 증착되도록 x-방향, y-방향, 및/또는 z-방향으로 노즐 개구(112)에 대해 이동할 수 있다. 적합한 잉크는 뉴턴 및 비뉴턴 유체, 점탄성 유체, 항복 응력 유체, 중합체 용액, 하이드로겔, 콜로이드, 에멀젼 및 일반적으로 Z 값이 넓은 범위(예: 0.001 ≤ Z ≤ 1000)인 복합 유체를 모두 포함할 수 있다. 잉크 액적을 수용하는 기판(112)은 고체, 액체 또는 겔을 포함할 수 있다.
상기 에미터(110)는 압전 변환기, 기계적 발진기, 자기변형 발진기 또는 음파의 다른 소스를 포함할 수 있다. 에미터(110)의 종축은 진동 방향에 의해 정의될 수 있다. 적절한 구동 주파수는 1kHz 내지 2MHz, 보다 일반적으로 20kHz 내지 250kHz 범위일 수 있다. 이러한 주파수에서, 서브파장 공진기(100)는 높은 음압에 해당하는 공진 조건이 달성될 수 있다.
상기 서브파장 공진기(100)를 포함하는 장치(200)는 다수의 구성들 중 임의의 것을 가질 수 있다. 일반적으로, 상기 에미터(110)는 서브파장 공진기(100)의 입구측(100a)에 배치되고, 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(112)은 서브파장 공진기(100)의 출구측(100b)에 배치된다. 상기 장치(202)는 도 2b에 도시되고 아래에서 설명되는 바와 같이 다수의 서브파장 공진기(100)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 장치(300)는 에미터(110)와 서브파장 공진기(100) 사이의 음향장의 전송을 위한 하나 이상의 사운드 반사 벽(114)을 더 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 에미터(110)는 장치(400)의 제1 단부(400a)에 위치할 수 있고, 서브파장 공진기(100)는 장치(400)의 제2 단부(400b)에 위치할 수 있다. 개략도는 축척에 맞는 것은 아니지만, 서브파장 공진기(100)의 임의의 실시예 또는 구성(예를 들어, 도 1a-1d에 도시되고 본 발명 내용 전체에 걸쳐 설명됨)은 각각의 장치(200,300,400) 또는 다른 구성을 가진 다른 장치에 통합될 수 있다.
이제 도 4로 돌아가서. 도 1b에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 굴곡부(108)를 포함하는 유체 채널(106). 도 1a에 도시된 바와 같이, 중공 공진기 본체(102)에 배치된 제1 굴곡부(108a)에 더하여, 제1 굴곡부(108a)보다 유체 입구(106a)에 더 가까운 중공 공진기 본체(102) 외부에 배치된 제2 굴곡부(108b)를 포함할 수 있다. 제1 굴곡부 및/또는 제2 굴곡부(108a, 108b)는 예시된 바와 같이 90˚ 각도를 포함할 수 있다. 더 일반적으로 말하면, 제1 및/또는 제2 굴곡부(108a, 108b)는 노즐 본체(104)의 길이방향 축(116)에 대해 60˚ 내지 120˚ 범위의 각도를 포함할 수 있다. 결과적으로, 제1 단부(104a)는 또한 굴곡부를 포함할 수 있다. 특히, 도 1b에서 위쪽(수평에서 약 90˚)을 향하는 유체 유입구(106a)는 선택적으로 하향(수평에서 약 -90˚) 또는 수평에 대해 다른 각도 (예: -120˚ ≤ ≤ 120˚)로 향할 수 있다.
중공 공진기 본체(102)와 노즐 본체(104)가 함께 조립되는 예에서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 중공 공진기 본체(102)는 노즐 본체(104)의 제2 단부(104b)의 삽입을 허용하는 크기의 측벽(102w)에 개구를 갖도록 제조될 수 있다(또는 이를 갖도록 제조 후에 처리될 수 있다). 또는 선택적으로, 상기 중공 공진기 본체(102)는 노즐 본체(104)와의 조립을 용이하게 하기 위해 2피스 또는 다중 부품 구성을 가질 수 있다. 조립 후, 중공 공진기 본체(102) 및 노즐 본체(104)는 조립된 서브파장 공진기(100)의 기계적 무결성을 향상시키기 위해 (예를 들어, 접착제 또는 접합 층을 통해) 서로 접합될 수 있다.
선택적으로, 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 중공 공진기 본체(102)와 노즐 본체(104)는 일체로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 중공 공진기 본체(102) 및 노즐 본체(104)는 동일한 덩어리 또는 재료 블록(들)으로 함께 제조될 수 있으므로, 중공 공진기 본체(102) 및 노즐 본체(104)의 일부 또는 전부는 모놀리식 유닛으로 설명된다. 일실시예에서, 상기 노즐 본체(104) 및 중공 공진기 본체(102)는 미세 가공된 2개의 절반부(또는 웨이퍼)로 형성될 수 있으며, 여기서 노즐 본체 및 중공 공진기 본체의 제1 부분은 미세 가공된 하나의 웨이퍼로부터 일체로 형성(또는 제1 모놀리식 유닛으로서 형성)될 수 있으며, 중공 공진기 본체의 제2 부분은 다른 미세 가공된 웨이퍼로부터 일체로 형성(또는 제2 모놀리식 유닛으로서 형성)된다. 2개의 미세가공된 절반부 또는 웨이퍼가 동일할 필요는 없다는 것이 이해된다(예를 들어, 두께에서). 미세 가공 후, 노즐 본체(104)와 중공 공진기 본체(102)의 제1 및 제2 부분은 결합 층에 의해 함께 유지되거나 다른 방식으로 함께 부착될 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 노즐 본체(104)만이 제1 및 제2 미세 가공 웨이퍼로부터 형성될 수 있으며, 이 웨이퍼는 별도로 제조될 수 있는 중공 공진기 본체(102)와 통합되기 전에 함께 접합되거나 다른 방식으로 부착될 수 있다.
상기 노즐 본체(104) 및 선택적으로 중공 공진기 본체(102)는 아래에 더 자세히 설명되는 접근 방식과 같은 미세 가공 방법에 의해 형성될 수 있기 때문에, 노즐 본체(104) 및/또는 중공 공진기 본체(102)는 미세 가공이 가능한 예를 들어 반도체, 금속, 폴리머 또는 세라믹과 같은 임의의 재료를 포함한다. 아래에 설명된 예에서 노즐 본체 및/또는 중공 공진기 본체는 2개의 미세 가공된 절반부로 형성될 수 있다. 따라서, 일실시예에서, 상기 중공 공진기 본체(102)의 높이(H h )는 아래에서 더 논의되는 바와 같이 2개의 반도체 웨이퍼(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)의 총 두께와 대략 동일하거나 작을 수 있다. 유사하게, 상기 노즐 본체(104)의 제2 단부(104b)는 웨이퍼의 총 두께보다 짧은 길이로 연장될 수 있어, 잉크 액적이 중공 공진기 본체(102) 내에서 방출되고, 여기서 음향장이 강화된다. 바람직하게는, 상기 노즐 본체(104)의 제2 단부에 있는 유체 배출구(106b)는 음향력을 최적화하기 위해 중공 공진기 본체(102) 내에서 미리 결정된 높이에 위치된다.
상기 중공 공진기 본체(102)는 음향장을 강하게 강화하고 액적 분리를 위한 음향력을 제공하는 공진 조건을 달성하도록 구성된다. 약 2mm 미만(또는 약 4mm3 미만의 부피)의 직경을 갖는 마이크로스케일 액적이 분리될 수 있다. 더 높은 음향장에서, 더 작은 크기의 액적(예를 들어, 약 200 마이크론 미만의 직경 또는 약 0.004 mm3 미만의 부피를 갖는 액적)이 분리될 수 있다. 일부 경우에, 직경이 약 120미크론만큼 작거나 심지어 약 50미크론만큼 작은 액적이 분리될 수 있다. 액적 직경에 대한 하한은 약 10 미크론일 수 있다. 일반적으로 말해서, 중공 공진기 본체(102)는 약 10 마이크론 내지 약 2 mm 범위의 직경을 갖는 액적의 분리를 허용하도록 구성될 수 있으며, 여기서 50 마이크론 내지 2 mm, 또는 100 마이크론 내지 2 mm의 직경 범위가 더 전형적이다. 중공 공진기 본체(102)는 패브리-페로(Fabry-Perot) 캐비티 원리에 기초하여 탁월한 음향장 향상을 나타낼 수 있다.
중공 공진기 본체(102)는 도 1a에 도시된 바와 같이, 내부 폭 또는 직경(dh) 및 높이(Hh)를 가질 수 있되, 여기서 dh 및 Hh는 음향장의 파장 λ로 정의될 수 있다. 공진 조건을 달성하기 위해 dh 및 Hh는 관련 페브리-페로 공진에 따라 0.01λ ≤ dh ≤ 0.20λ 및 0.30λ ≤ Hh ≤ 0.60λ 또는 0.80λ ≤ Hh ≤ 1.0λ 범위에 속할 수 있다. 페브리-페로 공진기는 모든 단면(예: 원통형, 정사각형, 다각형, 타원형, 불규칙 등)을 가질 수 있기 때문에, 단면적 A를 참조하는 것이 더 편리하다. 따라서, 공진 조건을 달성하기 위해, A 및 Hh는 페브리-페로 공진에 따라, 다음 범위에 속할 수 있다: π/4·(0.01)2/λ2 ≤ A≤ π/4·(0.2)2/λ2 및 0.30λ ≤ Hh ≤ 0.60λ 또는 0.80λ ≤ Hh ≤ 1.0λ. 일반적으로, 공기 중 음향장의 파장 λ는 약 250kHz의 음향 주파수에서 작동하는 시스템에 대해 약 1.4mm이고, 따라서 일부 실시예의 경우 616μm2 < A < 0.2463 mm2에 해당하는 14미크론 ≤ dh ≤ 280미크론, 및 420미크론 ≤ Hh ≤ 840미크론 또는 1120미크론 ≤ Hh ≤ 1400미크론이다. 더 높은 주파수 및 더 긴 파장에서 사용하기 위해, 중공 공진기 본체(102)의 치수가 증가될 수 있다. 예를 들어, 약 14mm의 파장 λ에 대해, dh 및 Hh는 0.0616 mm2 < A < 24.63 mm2 에 대응하는 0.14 mm < d h < 2.8 mm, 4.2 mm < H h < 8.4 mm 또는 11.2 mm < H h < 14.0 mm 범위에 속할 수 있다. 보다 일반적으로, 가능한 파장의 범위를 고려한다면, 616 μm2 < A < 24.63 mm2 에 대응하는 14 microns <dh <2.8 mm, 및 420 microns < Hh < 14.0 mm범위에 속할 수 있다. 반도체 기반 미세 가공 방법을 사용하여 서브파장 공진기(100)의 제조를 용이하게 하기 위해, 아래에 설명된 바와 같이, 두께가 약 675미크론인 일반적인 6인치 웨이퍼의 경우, 상기 중공 공진기 본체(102)의 높이(H h )가 두 반도체 웨이퍼의 두께, 예를 들어 ≤1,350μm(≤1.35mm) 이하인 것이 유리할 수 있다.
도면은 z-방향 또는 중력에 의해 정의된 수직 방향을 따라 배향된 종축을 갖는 것으로서 서브파장 공진기(100)를 도시하지만, 그러한 배향은 요구되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 상기 서브파장 공진기(100) 내부에서 발생하는 음향력은 중력보다 클 수 있으므로, 노즐 본체(104) 및/또는 중공 공진기 본체(102)의 제2 단부(104b)의 비-수직 방향의 경우에도 중공 공진기 본체(102)에서 잉크가 토출될 수 있다.
상기 노즐 본체(104)의 제2 단부(104b)에 있는 유체 배출구(106b)는 약 1 미크론 내지 약 1 mm, 보다 일반적으로 약 10 미크론 내지 약 100 미크론 범위의 폭 또는 직경을 가질 수 있다. 인쇄 동안, 상기 유체 배출구(106b) 부근에서 잉크에 의한 노즐 본체(104)의 습윤을 방지하기 위해, 상기 노즐 본체(104)는 소수성 코팅 및/또는 유체 배출구(106b)에서 또는 그 부근에서 표면 기능화의 다른 유형을 포함하여, 소수성, 소유성, 양쪽성, 초소수성, 초소수성, 및/또는 초양쪽성을 나타내게 된다. 일반적으로, 유체 배출구(106b)는 직선 궤적을 갖는 액적의 방출을 촉진하기 위해 중공 공진기 본체(102) 내에서 실질적으로 중심에 위치한다(예를 들어, 중공 공진기 본체(102)의 길이방향 축과 실질적으로 정렬됨). 상기 유체 배출구(106b)가 중심에서 벗어난 경우, 방출된 액적은 서브파장 공진기(100)를 나갈 때 기울어진 궤적을 따라 축에서 벗어날 수 있다. 원하는 경우, 방출된 액적의 궤적은 중공 공진기 본체(102) 내의 유체 배출구(106b)의 위치를 변경함으로써 제어될 수 있다. 노즐 본체(104)의 제1 단부(104a)는 장치(200,300,400)의 외부에 위치한 튜브, 주사기 펌프 또는 기타 잉크 디스펜서에 (예를 들어, 루어-로크 커넥터, 접착제, O-링 및/또는 개스킷과 같은 커넥터에 의해) 고정될 수 있다. .
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 상기 노즐 본체(104)의 제2 단부(104b)의 외경 또는 폭은 유체 배출구(106b)의 방향으로 감소할 수 있다. 다시 말해서, 노즐 본체(104)의 제2 단부(104b)는 테이퍼진 형상을 가질 수 있고, 이는 유체 배출구(106b) 부근에서 노즐 본체(104)의 제2 단부(104b)에서 작은 벽 두께(예를 들어, 100 nm 내지 100 ㎛, 바람직하게는 약 5 ㎛ 이하)를 제공할 수 있으며; 노즐 본체(104)의 이 영역은 "노즐 팁"으로 지칭될 수 있다. 또한 선택적으로, 테이퍼링의 다른 예에서, 노즐 본체(104)의 제2 단부(104b)의 외경 또는 폭은 도 6에 예시된 바와 같이 유체 유입구(106a)로부터 멀어지는 방향으로 노즐 본체(104)의 종축(116)을 따라 감소할 수 있다. 다른 예에서, 유체 채널(106)의 직경 또는 폭은 유체 배출구(106b)의 방향으로 감소할 수 있고; 다시 말해서, 유체 채널(106)의 일부 또는 전부는 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 일반적으로, 노즐 본체(104)의 제2 단부(104b)에 위치된 유체 채널(106)의 일부는 테이퍼링으로부터 이익을 얻을 수 있다. 일반적으로 말하면, 노즐 본체(104) 및/또는 유체 채널(106)의 테이퍼링은 유체 배출구(106b)가 작은 크기(예를 들어, 폭 또는 직경이 약 50 미크론 이하)를 갖도록 하는 데 유리할 수 있다. 상기 유체 채널(106)의 테이퍼 형상 및/또는 노즐 본체(104)의 제2 단부(104b)는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 선형으로 테이퍼진 형상일 수 있다. 선택적으로, 제조의 용이함을 위해, 상기 테이퍼는 노즐 본체(104)의 제2 단부(104b)의 외부 폭 또는 직경 및/또는 유체 배출구(106b) 방향으로 유체 채널(106)의 일부 또는 전부의 폭 또는 직경에서 계단식 감소에 의해 달성될 수 있다.
도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 장치(300, 400)는 음향 반사 벽(114)에 의해 부분적으로 또는 완전히 둘러싸일 수 있다. 유리하게는, 상기 장치(300, 400)는 적어도 2개 또는 적어도 3개의 음향 반사 벽(114) 및 6개 이상의 음향 반사 벽(114)을 포함한다. 상기 음향 반사 벽(114)은 금속, 세라믹, 폴리머, 천연 섬유 재료(예를 들어, 목재, 종이), 석고 등을 포함하는 다수의 고체 재료 중 임의의 것으로 형성될 수 있다. 상기 장치(400)는 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 직육면체 형상을 가지거나 또는 장치는 원통형과 같은 다른 긴 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우, 소리를 반사하는 상부벽과 하부벽은 단일 곡면의 일부일 수 있다.
상기 장치(200,202,300,400)는 유체 매체, 즉 음파를 전송할 수 있는 주변 공기, 물 또는 오일과 같은 기체 또는 액체를 포함할 수 있다. 상기 장치(200, 202, 300, 400)는 유체 매체에 침지될 수 있다. 일부 경우에, 유체 매체는 일정하거나 가변적인 유량으로 음향 챔버(200,300,400)를 통해 강제될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 상술한 장치(200,300,400)는 처리량을 증가시키기 위해 복수개의 서브파장 공진기(100)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 서브파장 공진기(100)는 장치(202)의 폭 또는 길이를 따라(예를 들어, 페이지를 가로질러) 이격될 수 있다. 상기 서브파장 공진기는 선택적으로 장치의 깊이를 따라(예를 들어, 페이지 내로) 이격될 수 있다. 따라서, 상기 서브파장 공진기(100)는 기판(112)에 대해 1D 또는 2D 배열을 가질 수 있다. 선택적으로, 서브파장 공진기(100) 중 적어도 하나는 복수의 노즐 바디(104)를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 다수의 노즐 본체(104)는 단일 중공 공진기 본체(102)와 통합(조립되거나 일체로 형성됨)될 수 있으며, 여기서 각각의 노즐 본체(104)는 중공 공진기 본체(102) 외부의 제1 단부(104a) 및 중공 공진기 본체(102) 내부의 제2 단부(104a)를 갖는다.
음향영동 인쇄 방법이 설명된다. 상기 방법은 음향 에미터 및 서브파장 공진기를 포함하는 장치를 제공하는 단계를 포함하며, 서브파장 공진기는 음향장에 잉크를 전달하기 위해 노즐 본체와 통합된(예를 들어, 함께 조립되거나 일체로 형성되는) 음향장의 국부적 향상을 위한 중공 공진기 본체를 포함한다. 상기 서브파장 공진기는, 도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 중공 공진기 본체 및 중공 공진기 본체 외부의 제1 단부 및 중공 공진기 본체 내부의 제2 단부를 갖는 노즐 본체를 구비한다. 상기 노즐 본체는 제1 단부의 유체 입구와 제2 단부의 유체 배출구 사이에서 연장되는 유체 채널을 포함하고, 유체 채널은 중공 공진기 본체의 측벽을 통과하고 적어도 하나의 굴곡부를 포함한다. 음향 에미터가 활성화되어 음향장을 생성하고, 이는 서브 파장 공진기로 전달되고 중공 공진기 본체에서 강화되어, 유체 배출구에서 고강도 음향장이 형성된다. 잉크는 유체 채널을 통해 유체 배출구로 전달되며, 여기서 잉크는 고강도 음향장에 노출되고 노즐 본체에서 분리된다. 위에서 논의된 바와 같이, 중공 공진기 본체는 음향장을 강력하게 강화하고, 잉크 액적의 분리를 용이하게 하는 음향력을 제공하는 공진 조건을 달성할 수 있다. 따라서, 유체 배출구로부터 소정량의 잉크가 토출될 수 있다. 상기 방법은 본 발명의 임의의 실시예 또는 예에 따라 설명된 바와 같이 서브파장 공진기를 활용할 수 있다. 상기 장치는 분리 후 잉크의 침착을 위해 유체 배출구에 대면하는 기판을 더 포함할 수 있다. 음향영동 인쇄 동안, 상기 기판은 서브파장 공진기에 대해, 예를 들어, 0.1 mm/s 내지 1 m/s의 속도로 이동될 수 있다.
음향장은 잉크 액적에 대한 음향력을 변경하기 위해 추가로 변조될 수 있으며, 이는 분리 이전에 펜던트 액적으로 지칭될 수 있다. 변조는 음향 에미터로부터의 음파의 주파수 및/또는 진폭을 변조하는 것을 포함할 수 있으며, 그 전체가 본원에 참고적으로 편입되는 "음향 영동 인쇄에서 음향 영동 힘의 변조"라는 제목으로 포레스티 및 루이의 국제특허공개 WO2019/212845에 설명된 바와 같이 펜던트 액적에서 음향영동력을 변화시키게 된다.
상기 노즐 본체(104) 및/또는 서브파장 공진기(100)는 3D 프린팅, 2광자 중합 리소그래피(예: "나노스크라이브"), 마이크로머시닝, 폴리머 마이크로몰딩, 금속 증착, 유리 에칭 및 반도체 기반 미세 가공을 비롯한 다수의 기존 마이크로 제조 기술 중 임의의 것을 사용하여 제조될 수 있다.
상기 서브파장 공진기를 제조하기 위한 예시적인 반도체 기반 미세가공 접근법이 아래에 자세히 설명되어 있다. 이러한 예에서는 실리콘 웨이퍼가 사용되지만 다른 유형의 반도체 웨이퍼(Ge, GaAs 등) 도 적합할 수 있다. 상기 실리콘 웨이퍼는 6인치 양면 연마 p형(100) 웨이퍼로 저항률은 1-10Ω cm이고 두께는 675±25μm이다. 양면 연마된 웨이퍼는 웨이퍼가 양면에서 패턴화되기 때문에 선호된다.
제작예
도 5는 미세가공된 노즐 본체의 예시적인 디자인을 도시한다. 음향영동 인쇄 동안, 잉크는 노즐 본체(104)의 제1 단부(104a)의 유체 입구(106a)로부터 제2 단부(104b)의 유체 배출구(106b)로 노즐 본체(104)를 통해 흐른다. 상기 유체 입구(106a)는 외부 튜브, 주사기 펌프, 또는 잉크 전달을 위한 다른 잉크 소스에 연결하기 위해 중공 공진기 본체(102)(이 도면에는 도시되지 않음, 도 6a 참조) 외부에 위치된다. 바람직한 설계에서, 상기 제2 단부(104b)는 유체 배출구(106b)의 방향으로 테이퍼지고 및/또는 중공 공진기 본체(102) 내부의 중심에 위치할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 별도로 제조된 중공 공진기 본체(102)와 통합된 노즐 본체(104)의 단순화된 기하학적 구조를 도시한다. 이 예시적인 디자인에서, 노즐 본체(104)의 바닥 표면은 평평하고 등각이며, 제2 단부(104b)는 도 6b에 도시된 바와 같이 노즐 본체(104)의 종축(116)을 따라 테이퍼지만, 유체 배출구(106b)의 방향으로는 테이퍼지지 않는다. 이러한 기하학적 구조는 도 5에 도시된 최적 설계보다 미세 가공에 더 적합할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 제조 접근법은 유체 채널(106)(적어도, 노즐 본체(104)의 길이방향 축(116)을 따라 연장되는 유체 채널의 길이) 및 유체 유입구(106a)가 제1 웨이퍼 또는 제1 미세가공 절반부(610)로부터 제조되고, 유체 배출구(106b)는 제2 웨이퍼 또는 제2 미세가공 절반부(620)로부터 제조될 수 있다. 최종 노즐 본체(104)는 도 7에 도시된 바와 같이 개별적으로 제조된 이들 2개의 부품(610, 620)으로부터 조립될 수 있다.
상기 유체 채널(106), 유입구(106a) 및 배출구(106b), 뿐만 아니라 노즐 본체(104)의 윤곽은 도 8a 내지 도 8d 및 도 9a 내지 도 9d를 참조하여 후술되는 바와 같이 DRIE(심층 반응성 이온 에칭)에 의해 제조된다. 그 다음, 웨이퍼는 당업계에 공지된 정렬 방법을 사용하여 조심스럽게 정렬된다. 마지막으로 두 개의 웨이퍼가 함께 접합된다. 적합한 결합 방법은 실리콘 직접(또는 융합) 결합, 접착성 폴리머 결합, 금속 확산 결합, 공융 결합, 및/또는 금속-금속 결합 및 웨이퍼 결합을 유기 접착제와 결합하는 하이브리드 결합을 포함할 수 있다. 이 예에서는 금속 확산 결합이 사용된다.
제2 웨이퍼(620)에 대한 예시적인 제조 단계가 도 8a 내지 도 8d에 개략적으로 도시되어 있다. 제1 단계(도 8a)에서 유체 배출구는 제2 웨이퍼의 바닥면에서 약 200μm 깊이까지 에칭된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 산화층(예를 들어, 약 2.5㎛ 두께의 SiO2층)은 제2 웨이퍼의 바닥면 상에 저온에서 성장된다. 화학 기상 증착이 사용될 수 있다. 상기 유체 유입구(예를 들어, 약 95㎛)와 노즐 본체의 외곽선은 도 8c에 도시된 바와 같이 산화물 층이 도달될 때까지 동시에 에칭된다. 산화막은 도 8d에 도시된 바와 같이 BOE(buffered oxide etch)(예를 들어, 30분 동안 7:1 BOE)에서 최종적으로 제거된다.
상기 제1 웨이퍼(610)에 대한 예시적인 제조 단계가 도 9a 내지 도 9d에 개략적으로 도시되어 있다. 제1 단계(도 9a)에서 유체 채널 및 노즐 본체 윤곽선이 약 100μm 깊이로 에칭된다. 그 다음, 도 9b에 도시된 바와 같이, CVD 공정에서 제1 웨이퍼(610)의 바닥면 상에 산화층(예를 들어, 약 2.5㎛ 두께의 SiO2층)이 성장된다. 노즐 본체 외곽선과 유체 입구는 도 9ㅊ에 도시된 바와 같이 상부 측으로부터 에칭된다. 최종 단계에서, 산화막은 도 9d에 도시된 바와 같이 BOE(예를 들어, 7:1 BOE)에 의해 제거된다.
통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 상술한 에칭 공정은 노즐 본체와 중공 공진기 본체를 일체로 형성하도록 수정될 수 있다. 이러한 경우에, 노즐 본체(104) 및 중공 공진기 본체(102)는 노즐 본체 단독에 대해 위에서 설명한 바와 같이, 2개의 미세 가공된 절반부(즉, 제1 및 제2 웨이퍼(610, 620))으로 형성될 수 있으며, 여기서 노즐 본체의 제1 부분과 중공 공진기 본체는 하나의 미세 가공된 절반부에서 일체로 형성(또는 제1 모놀리식 단위로 형성)되고 노즐 본체의 제2 부분과 중공 공진기 본체는 다른 미세 가공된 절반부에서 일체로 형성(또는 제2 모놀리식 단위로 형성)된다.
접합은 접합 표면, 즉 제 1 웨이퍼(610)의 바닥 표면 및 바닥 웨이퍼(620)의 상부 표면 상에 금속 층(예를 들어, 티타늄 접착 층 다음에 금 층)을 증착한 후 제1 및 제2 웨이퍼(610, 620)의 정렬을 수반하고, ,적절한 시간 지속 시간(예를 들어, 30분 내지 2시간) 동안 승온(예를 들어, 350-500˚C)에서 진공 조건 하에 접합하여 노즐 본체(104)를 형성한다.
분리 메커니즘은 최종 다이싱 단계를 피하기 위해 노즐 본체 제조 공정에 통합될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 노즐 본체의 윤곽은 노즐 형상(유체 채널, 입구 및 출구)과 동시에 에칭되며, 여기서 유체 배출구는 노즐 본체 윤곽보다 상당히 작을 수 있다(예: 직경 약 60μm 대 약 폭 200μm). 도 10a에 도시된 바와 같이, 노즐 본체 외곽선은 얇은(예를 들어, 폭 100㎛) 사이드 브리지가 노즐 본체와 웨이퍼 사이에 유지되도록 에칭될 수 있다. 접합이 수행된 후, 다이싱 없이 완성된 노즐 본체가 웨이퍼 스택에서 튀어나올 수 있다. 도 10b는 노즐 본체의 바닥 측으로부터의 유체 배출구의 확대도를 도시하고, 도 10c는 함께 접합된 제1 및 제2 웨이퍼로부터 튀어나온 제조된 노즐 본체의 도면을 도시한다.
본 발명은 본 명세서 및 그의 특정 실시예를 참조하여 부록에서 상당히 상세하게 설명되었지만, 본 발명을 벗어남이 없이 다른 실시예도 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 사상 및 범위는 여기에 포함된 바람직한 실시예의 설명으로 제한되어서는 안 된다. 문언 그대로 또는 등가에 의해 청구범위의 의미 내에 있는 모든 실시예는 청구범위 내에 포함되도록 의도된다.
위에서 설명된 장점은 반드시 본 발명의 유일한 장점은 아니며 설명된 모든 장점이 본 발명의 모든 실시예에서 달성될 것으로 반드시 예상되는 것은 아니다.
100: 서브파장 공진기 102: 중공 공진기 본체
104: 노즐 본체 106: 유체 채널
108: 굴곡부 110: 에미터
112: 기판

Claims (20)

  1. 음향영동 인쇄용 서브파장 공진기에 있어서,
    음향장의 국부적 향상을 위한 중공 공진기 본체; 및
    음향장으로 잉크를 전달하기 위해 중공 공진기 본체와 통합된 노즐 본체로서, 상기 노즐 본체는 중공 공진기 본체의 외부의 제1 단부와 중공 공진기 본체의 내부의 제2 단부를 가지며, 상기 노즐 본체는 제1 단부의 유체 유입구 및 제2 단부의 유체 배출구 사이에서 연장되며, 상기 유체 채널은 중공 공진기 본체의 측벽을 통과하고 적어도 하나의 굴곡부를 포함하는, 노즐 본체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 본체와 상기 중공 공진기 본체는 함께 조립되는 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노즐 본체와 상기 중공 공진기 본체는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 서브 파장 공진기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 채널의 적어도 하나의 굴곡부는 중공 공진기 본체에 배치된 제1 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 굴곡부는 90˚ 각도를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 파장 공진기.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 유체 채널의 적어도 하나의 굴곡부는 중공 공진기 본체의 외부에 배치된 제2 굴곡부를 포함하고, 상기 제2 굴곡부는 제1 굴곡부보다 유체 입구에 더 가까운 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 본체는 2개의 미세 가공된 절반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중공 공진기 본체 및 상기 노즐 본체는 2개의 미세 가공된 전반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 본체의 제2 단부의 외경 또는 폭은 상기 유체 배출구 방향으로 감소하고, 상기 노즐 본체의 제2 단부는 테이퍼 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 본체의 제2 단부의 외경 또는 폭은 상기 유체 유입구로부터 멀어지는 방향으로 상기 노즐 본체의 길이방향 축을 따라 감소하고, 상기 노즐 본체의 제2 단부는 테이퍼 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 채널의 직경 또는 폭은 상기 유체 배출구의 방향으로 감소하는 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,상기 노즐 본체의 제2 단부에 있는 유체 배출구는 음향력을 최적화하기 위해 중공 공진기 본체 내에서 소정의 높이에 위치되는 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 노즐 본체를 추가로 포함하고, 각각의 노즐 본체는 중공 공진기 본체 외부의 제1 단부 및 중공 공진기 본체 내부의 제2 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 서브파장 공진기.
  14. 음향영동 인쇄 장치에 있어서, 상기 장치는:
    제1항의 서브파장 공진기의 입구 단부를 향하며 음향장을 생성하기 위한 에미터; 및
    상기 서브파장 공진기의 배출구 단부를 향하며 잉크 증착을 위한 기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 음향영동 인쇄 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 에미터와 서브파장 공진기 사이에서 음향장을 전송하기 위한 하나 이상의 사운드 반사 벽을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 음향영동 인쇄 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 복수의 서브파장 공진기를 추가로 포함하고, 상기 서브파장 공진기는 기판에 대해 1D 또는 2D 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 음향영동 인쇄 장치.
  17. 음향영동 인쇄 방법에 있어서, 상기 방법은:
    음향 에미터 및 음향장을 향상시키기 위한 서브파장 공진기를 포함하는 장치를 제공하는 단계로서, 상기 서브파장 공진기는:
    중공 공진기 본체; 및
    중공 공진기 본체와 일체화된 노즐 본체로서, 상기 노즐 본체는 중공 공진기 본체 외부의 제1 단부와 중공 공진기 본체 내부의 제2 단부를 가지며, 상기 노즐 본체는 제1 단부의 유체 유입구와 제2 단부의 유체 배출구 사이에서 연장되는 유체 채널을 포함하되, 상기 유체 채널은 중공 공진기 본체의 측벽을 통과하고 적어도 하나의 굴곡부를 포함하는, 노즐 본체;를 구비하는, 서브파장 공진기를 포함하는 장치를 제공하는 단계;
    음향장을 생성하기 위해 음향 에미터를 활성화하는 단계로서, 상기 음향장은 서브파장 공진기로 전송되고 중공 공진기 본체에서 강화되어, 유체 배출구에서 고강도 음향장을 형성하는, 음향 에미터를 활성화하는 단계; 및
    유체 채널을 통해 잉크를 유체 배출구로 전달하는 단계로서, 소정의 부피의 잉크는 고강도 음향장에서 노즐 본체로부터 분리되는, 유체 배출구로 전달하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향영동 인쇄 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    잉크의 침착을 위해 유체 배출구와 대면하는 기판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 음향양동 인쇄 방법
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    유체 채널의 적어도 하나의 굴곡부는 중공 공진기 본체에 배치된 제1 굴곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향영동 인쇄 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 유체 채널의 적어도 하나의 굴곡부는 중공 공진기 본체 외부에 배치된 제2 굴곡부를 포함하고, 상기 제2 굴곡부는 제1 굴곡부보다 유체 입구에 더 가까운 것을 특징으로 하는 음향영동 인쇄 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20220219381A1 (en) * 2021-01-08 2022-07-14 Xerox Corporation Building an object with a three-dimensional printer using vibrational energy

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5260665A (en) * 1991-04-30 1993-11-09 Ivac Corporation In-line fluid monitor system and method
US5880759A (en) 1995-04-12 1999-03-09 Eastman Kodak Company Liquid ink printing apparatus and system
GB9713872D0 (en) 1997-07-02 1997-09-03 Xaar Ltd Droplet deposition apparatus
US6003388A (en) 1997-09-17 1999-12-21 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration System for manipulating drops and bubbles using acoustic radiation pressure
US7354141B2 (en) 2001-12-04 2008-04-08 Labcyte Inc. Acoustic assessment of characteristics of a fluid relevant to acoustic ejection
US7426866B2 (en) 2004-12-22 2008-09-23 Edc Biosystems, Inc. Acoustic liquid dispensing apparatus
JP4543284B2 (ja) 2005-03-18 2010-09-15 富士フイルム株式会社 ミスト噴射装置及び方法並びに画像形成装置
JP4282703B2 (ja) 2006-09-26 2009-06-24 株式会社東芝 インクジェット記録装置
WO2012043753A1 (ja) * 2010-09-30 2012-04-05 株式会社サイダ・Ｆｄｓ マイクロ波装置とその流通管
WO2014029505A1 (en) 2012-08-22 2014-02-27 Eth Zurich Acoustophoretic contactless transport and handling of matter in air
US9878536B2 (en) 2014-01-24 2018-01-30 President And Fellows Of Harvard College Acoustophoretic printing apparatus and method
CN109890619B (zh) * 2016-07-27 2021-01-26 哈佛学院院长及董事 用于声泳打印的设备和方法

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