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基于TRIZ流分析的印刷电子机械试验平台研究

时间:2018-03-29 21:20来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇机械工程硕士论文,机械工程及自动化是以有关的自然科学和技术科学为理论基础,结合生产实践中的技术经验,研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理。
本文是一篇机械工程硕士论文,机械工程及自动化是以有关的自然科学和技术科学为理论基础,结合生产实践中的技术经验,研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇机械工程硕士论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 研究背景
印刷电子是印刷工艺技术在电子制造领域的拓展应用。泛指基于具有导电、介电或半导体电学特征的各种油墨,采用传统和新型印刷技术(包括丝网印刷、数字喷墨印刷、柔版印刷、凹版印刷以及纳米压印等),通过层层印刷的工艺完成电子油墨在不同承印基材表面的图形化转移,进而实现增材方式制造电子电路以及元器件产品的科学与技术。[1]新兴印刷电子发展起源于 1977 年有机导电高分子的报道(Alan J.Heeger,Alan MacDiarmid, Hideki Shirakawa),该项成果于 2000 年获得诺贝尔化学奖。2000 年左右成立的 Plastic Logic(技术起源于剑桥大学卡文迪许实验室,目前BASF 和 Intel 有入资)、Kovio(技术起源于麻省理工学院,松下入资)以及 PolyIc(西门子公司)等印刷企业揭开了 21 世纪印刷电子产业的序幕[1]。印刷电子工业已发展 40 余年,在国际上已经形成多个著名印刷电子研究中心并获得政府的大力扶持,具体如图所示。全球范围内印刷电子区域发展状态及趋势如图 1-2 所示。新兴印刷电子产业在全球范围内处于导入期,其中以韩国、日本以及中国的亚太地区,以美国、加拿大为主的美洲地区,以欧洲地区发展最为迅速,目前亚太地区具有最快的增长潜力。Frost&Sullivan 机构认为亚太地区将是印刷电子产业为最重要的市场,其规模将超过全球一半,具体如图 1-3 所示。
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1.2 研究的目的及意义
 
1.2.1 研究目的
(1).降低印刷电子印刷线宽扩大率。通过对现有印刷电子试验台进行改进设计,降低印刷电子印刷线宽的扩大率,提高印品质量。(2).在现有印刷电子试验台上对凹版/凹版胶印进行对比试验研究,探究其中影响印刷电子印刷线宽的因素。(3).通过试验找出影响印刷电子印刷线宽扩大率的关键因素,探究影响因素与线宽扩大率之间的关系。(4).基于流分析研究现有印刷电子试验台中影响印刷线宽扩大率的问题区域,并通过二次使用流分析的分析问题模型对问题区域进行分析,找出造成印刷电子印刷线宽扩大的影响因素。
 
1.2.2 研究意义
(1).提高印刷电子的印品质量。通过对现有印刷电子印刷单元进行创新设计,提高印品质量,缩短国内外差距。(2).将流分析引入印刷电子领域。提出一套基于 TRIZ 流分析的分析问题的模型,并以实验室印刷电子试验台为例验证模型可行性,对提高印刷电子行业的印品质量具有重要意义。(3).提高油墨利用率。在进行大批量印刷之前,对印刷系统进行分析,找出其中存在的缺陷,并予以解决,使印刷系统各组件相互匹配,提高油墨利用率,降低印刷电子制备成本。
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第二章 印品质量评价指标与 TRIZ 流分析的分析模型构建
 
本章在印刷电子印品质量评价指标:印刷线条再现性以及导电性的基础之上提出新的印品评价指标:线条扩大率和表面方阻值。提出一种基于 TRIZ 流分析的分析问题模型,并对基于 TRIZ 流分析的分析问题模型中的各组成部分进行详细的阐述。
 
2.1 印刷电子印品质量评价指标
由于印刷电子产品对于印刷质量的评价指标不同于传统的图像印刷,其评价指标通常为印刷的墨层厚度、导电性、印刷线条再现性、油墨转移率等。因此,在印刷过程中如何获得高的墨层厚度、高的导电性、窄的印刷线条宽度、高的油墨转移率是保证印刷质量的关键[46、47]。因此,本文就以印刷线条再现性以及导电性作为印品质量的评价指标。印刷电子在印刷太阳能电池、印刷射频标签天线、印刷触摸屏等有广泛的应用。电子器件的集成度越来越高、尺寸越来越小,电路线宽也越来越窄。触摸屏应用市场已经由手机扩展到平板电脑、智能手表、汽车中控屏领域等,由于行业追求高屏占比、窄边框显示屏幕对印刷触控单元外围电路线宽提出了更高的要求,印刷线宽越窄,印刷精度越高,触摸屏的分辨率也就越高;印刷太阳能电池追求大的高宽比,太阳能电池中的正面印刷的正银栅线占有部分无法吸收太阳能,其线宽越窄,占有面积越小,相应增加了电池片的有效接受太阳能面积,有利于提高电池片的转换效率。由此可见,线宽越窄,对印刷电子产品的性能越有利。然而,在印刷过程中线宽扩大是普遍存在现象,那么如何降低线宽扩大值,获得高的印刷精度是印刷电子行业追逐的目标。本文类比图像印刷领域的网点扩大率,定义印刷线宽扩大率为θ:经过印刷后承印物上的线条宽度相对于印版滚筒上线条宽度的增大值与印版上原线条宽度的比值,如图 2-1 所示。印刷线宽扩大率的计算公式见公式 2-1。本文用印刷线宽扩大率来表征印刷线条再现性,印刷线宽扩大率越小印刷线条再现性越好。
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2.2 基于 TRIZ 流分析的分析问题模型构建
流识别就是识别目标物质流经整个技术系统时,所存在的缺陷是什么,并辨识这些缺陷属于那种类型的流缺陷,分析出造成缺陷的影响因素。在流分析中,技术系统由流、通道、环境三个构成要素组成[50]。说明如下:①.流:组件在系统中所产生的流动行为称为流。在流分析中,作为被分析对象的组件可以是物质、能量、信息。流是流分析中最重要的构成要素。使用者借由观察组件在系统内的流动,分析并识别流缺陷②.通道:承载流进行流动的载体就是通道。相当于功能分析里的系统。③.环境:任何与流或者是通道有所关联,但又不属于流或者通道的要素就是环境,相当于功能分析里的超系统。
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第三章 基于 TRIZ 流分析的凹版胶印系统研究............... 27
3.1 凹版胶印印刷原理....27
3.1.1 凹版印刷/凹版胶印印刷单元介绍................27
3.1.2 凹版胶印印刷原理....29
3.2 凹版胶印系统组件分析.........32
3.3 单一因素试验............42
3.3.1 试验仪器以及试验材料........ 42
3.3.2 试验方法步骤............42
3.3.3 试验样张与数据整理............ 43
3.4 凹版胶印系统的流分析.........47
3.5 本章小结.......55
第四章 基于 TRIZ 的凹版胶印印刷单元的改进设计及印刷导电线条...... 56
4.1TRIZ 解题模型............56
4.2 建立凹版胶印印刷单元问题模型..... 57
4.3 选择 TRIZ 解题模型...............58
4.4 橡皮滚筒的创新设计.............61
4.5 正交试验.......63
4.6 本章小结.......69
第五章 结论与展望......... 70
5.1 结论...............70
5.2 展望...............71
 
第四章 基于 TRIZ 的凹版胶印印刷单元的改进设计及印刷导电线条正交试验
 
本章针对第三章分析得出的凹版胶印印刷单元存在的导致印刷线条扩大的问题进行基于 TRIZ 的改进设计,并对凹版胶印印刷单元进行验证性试验,于此同时,在凹版胶印印刷单元进行印刷导电线条正交试验,探究各影响因素对印刷线条再现性能与导电性能的综合影响。
 
4.1TRIZ 解题模型
应用 TRIZ 理论求解工程问题的时候,首先应该把技术系统中的问题进行转化,使其成为一般的 TRIZ 问题,也就是通过 TRIZ 分析问题的工具(功能分析、流分析、因果链分析、进化法则分析等),将工程技术问题描述为一般 TRIZ 问题,建立 TRIZ 问题模型[54]。然后针对相应的问题模型,选择对应的解题工具,创建解决问题模型,得出 TRIZ 一般问题的通用解,最后,通过映射、比对等方法得到特定工程问题的特定解,并对创新方案加以验证、评估。运用 TRIZ 理论进行工程问题的求解流程如下图 2-3 所示。根据上述描述,可知,针对橡皮滚筒与油墨的不匹配度高这个问题,存在技术矛盾。也就是现存橡皮滚筒的适应性及多用性不强,如果增强适应性及多用性,就会造成系统装置的复杂性。用矛盾矩阵的 39 个工程参数(39 个通用技术参数见附录 2)来加以描述,查阅阿奇舒勒矛盾矩阵,得到的矛盾参数以及推荐使用发明原理(发明原理见附录 3)见表 4-2。
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结论
 
本文以印刷导电薄膜功能为导向,凹版胶印系统中各组件属性为核心,以纳米银导电油墨在印版滚筒、橡皮滚筒、PET 之间的转移过程为研究对象,运用 TRIZ流分析的分析模型,识别凹版胶印系统在印刷过程中影响印刷线宽扩大率的缺陷,并对缺陷存在位置进行创新设计,降低印刷线宽扩大率,提高印品质量。用普通水性油墨进行局部实验,分析凹版胶印系统中造成印刷线宽扩大的因素是什么,对实验数据进行分析,找出造成印刷线宽扩大的因素与线宽扩大率之间的趋势关系,通过流分析的分析问题模型,分析凹版胶印系统中影响印品质量因素,并找到影响因素的属性/参数,分析其中造成印刷线条扩大的因素是那些,并构建影响因素与印品质量评价指标之间的因果关系。将凹版胶印技术系统中造成缺陷存在的根本原因,转化为 TRIZ 理论问题模型,并运用 TRIZ 中相应的解决问题的方法进行解决。最后,提出创新设计方案。本章主要结论如下:1.建立了以功能为导向,以属性为核心的基于 TRIZ 流分析的分析问题模型,并用该模型对印刷电子试验平台进行分析,找到试验台中的缺陷区域。2.二次运用基于 TRIZ 流分析的分析问题模型对印刷电子试验台的缺陷区域进行分析,找出其中造成印刷线宽扩大的影响因素以及影响因素的属性/参数,最终建立影响因素参数与印刷线宽扩大率之间的因果关系。3.对现有的凹版胶印印刷机理进行修正,提出凹版胶印印刷过程中不仅存在纳米级的毛细管效应和多孔扩散效应,还存在负压效应。试验验证模型的正确性。3.把技术系统中存在的缺陷参数化,定量的分析问题存在的原因。4.将凹版胶印印刷系统中存在的问题,转化为 TRIZ 问题模型,并使用相应的解决问题模型,进行解决,并提出改进设计方案。5.进行印刷导电线条正交试验,探究各影响因素对印刷线条再现性与导电性的综合影响。
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参考文献(略)
 
(责任编辑:gufeng)
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