Drucken Leiterbahnen mit einem Tintenstrahldrucker

14 Schritt:Schritt 1: Ersatzteile Schritt 2: Was sind Printed Electronics? Schritt 3: Wie Inkjet-Druckern? Schritt 4: Warum ein Bruder Co. Drucker? Schritt 5: Was ist Silber-Nanopartikel Ink? Schritt 6: Drucker einrichten Schritt 7: Bereiten Sie die Cartridges Schritt 8: Fügen Sie die Ink Schritt 9: Testdruck & Tinte ablassen Schritt 10: Druckereinstellungen und Medien Schritt 11: Drucken Sie eine Schaltung Schritt 12: Demo Kreis Schritt 13: Fügen Sie Bauelemente und Teststrecke Schritt 14: Referenzen

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Dieses Tutorial zeigt Ihnen, wie Sie Ihren durchschnittlichen Tintenstrahldrucker zu modifizieren, um elektrisch leitende Schaltungen zu drucken. Diese Technologie ist recht neu, aber eine schnellere und sicherere Option für DIY Prototyping Leiterplatten bereitzustellen. Dieses Projekt dient auch als eine Einführung in den größeren Bereich der gedruckten Elektronik.

Schritt 1: Ersatzteile

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    Erforderlich
    Inkjet-Drucker ( Brother MFC-J450DW ) Silber-Nanopartikel Ink nachfüllbare Tintenpatronen Refill Spritzen Druckerpapier schnell trocknend Folien
    Fakultativ
    Isolierband Kupferband Schaltungskomponenten
    LED 330 Ω Widerstand ATtiny85 Dremel Bohrmaschine Bügelsäge

Schritt 2: Was sind Printed Electronics?

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    Gedruckte Elektronik kann auf eine Vielzahl von Techniken, die verwendet werden, um elektrische Vorrichtungen auf ein Substrat zu drucken beziehen. Ein Substrat ist nur der Fachbegriff für jede Substanz, die das Druckverfahren auf solche erfolgt wie Papier, Glas, Deckgläser usw. Die Techniken zum Drucken von Elektronik ist noch weitgehend in der Entwicklung. Einige der wichtigsten Techniken umfassen Siebdruck [1], Rotationstiefdruck [2], und Inkjet.
    Warum bei Druckern überhaupt für die Elektronik? Derzeit gibt es zwei Möglichkeiten der Prototypen eine Schaltung, Montageplatten und Leiterplatten (PCB). Beide haben ihre eigenen Vor-und Nachteile. Ein Steckbrett ermöglicht eine preiswerte Möglichkeit, ganz einfach verbinden Drähte und verschiedene Komponenten. Die Standard-Layout ein Steckbrett bedeutet jedoch, dass Sie Ihre Teile entsprechen passen, was Sie gegeben sind. [3] A PCB entworfen um die genauen Bedürfnisse des Projekts auf dem Sie arbeiten zu entsprechen. Die Herstellungskosten der Leiterplatte sind die Gang für Bastler jedoch. Es kann Wochen dauern, bis Ihre Bestellung hergestellt und an Sie oder den Einsatz von potenten Chemikalien geliefert, wenn Sie es sich wünschen zu ätzen. [4] Die Fähigkeit, Elektronik auf Anfrage drucken vereint die besten Eigenschaften eines Steckbrett und PCB. Sie sind billig, um zu drucken, einfach, Teile zu ergänzen, und kann sehr schnell überprüft werden. Drucken von Elektronik wird immer für die Elektronikindustrie, was den 3D-Druck ist auf die mechanische Industrie.

Schritt 3: Wie Inkjet-Druckern?

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    Dieses Projekt wird auf dem Tintenstrahldruckverfahren konzentrieren denn es ist die billigste und einfachste Methode für Bastler, mit zu beginnen. Inkjet-Drucker arbeiten vor allem durch eine von zwei Arten. Wobei die erste ein "Thermal Blase", wobei ein Strom durch winzige ersten Widerstände in dem Druckkopf gesendet. Diese Widerstände geben Wärme ab und verdampfen einige der nahe gelegenen Tinte. Diese Verdampfung der Tinte erzeugt eine Gasblase, die, wenn sie sich ausdehnt, drückt Tinte aus der Düse in Form von kleinen Tröpfchen. Wenn die Blase schließlich erscheint, wird ein Vakuum in dessen Abwesenheit, der die Düse mit Tinte nachfüllt, erstellt. [5]
    Das zweite Verfahren wird als "piezoelektrisch" Drucker bekannt. Piezoelektrizität ist eine Materialeigenschaft, wo, wenn eine mechanische Spannung angelegt wird, wird ein elektrisches Potential erzeugt. Das Gegenteil ist auch wahr, wenn ein piezoelektrisches Material auf eine Änderung der elektrischen Potentialenergie ausgesetzt ist, wird sein Volumen ändert. [6] Piezoelektrische Drucker nutzen diese Eigenschaft, indem piezoelektrische Kristalle in den Druckkopf Tintenreservoir. Wenn eine Spannung an diesen Kristallen aufgebracht sie sich verformen und zu vertreiben winzige Tintentröpfchen aus der Düse. [5]

Schritt 4: Warum ein Bruder Co. Drucker?

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    Bei der Auswahl eines Druckers, wird fast jede Inkjet-Drucker arbeiten. Einige Forscher behaupten, dass es am besten, einen piezogetriebenen Drucker anstatt einer thermischen getriebenen man verwenden, wie es ist weniger wahrscheinlich, dass die Struktur und die Eigenschaften der leitfähigen Tinte zu verändern. [7] Es muss nicht Lust haben Touchscreen-Steuerung oder Wireless-Konnektivität. Nur einen günstigen Drucker, die Sie fühlen würde komfortables Apart und Modifizieren der Einnahme. Studien haben gezeigt, dass Bruder Co. Drucker sind die bevorzugte Option, wenn es um Druckschaltungen kommt aufgrund ihrer Düsen Freigabe steigender Mengen an Tinte. [8] Weitere Tinte auf der Seite bedeutet, dass es eine bessere Chance auf eine feste Verbindung oder Spuren gemacht. Dieses Projekt wird ein Brother MFC-J450DW verwenden. Dieses Modell wurde vor allem aufgrund der Tatsache, dass es das billigste auf Amazon für ca. 80 € zum Zeitpunkt der Kauf entschieden.
    Der einzige Nachteil mit diesem Drucker ist, dass die Patronen nicht enthalten, die Druckköpfe selbst. Stattdessen werden diese Patronen wirken lediglich als Reservoir für die Tinte. Die Tinte wird aus diesen Patronen und in den Druckkopf gepumpt. Die Rohre für die die Tinte (den Druckkopf aus der Patrone) in bereits transportiert werden vorgeladen mit Tinte. Dies kann den Prozess der Entleerung der Originaltinte etwas mühsam (dieser Vorgang wird später erklärt) zu machen.

Schritt 5: Was ist Silber-Nanopartikel Ink?

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    Es gibt viele Eigenschaften, wie Viskosität, Oberflächenspannung, Volatilität und Partikelgröße, die für die Berücksichtigung der Auswahl eines geeigneten Tinten ergriffen werden müssen. Glücklicherweise hat sich eine umfangreiche Menge an Forschung bereits getan worden, und es gibt einen klaren Sieger. Silber-Nanopartikeltinte, Teilenummer NBSIJ-MU01, von Mitsubishi Paper Mill funktioniert am besten für die meisten Anwendungen. [9] Diese Tinte kann von Diamant-Jet für 340,00 € pro 100 ml erworben werden. [10] Zugegeben, dies wie eine Sound entmutigend auf den ersten Preis. Jedoch sind die meisten herkömmlichen Tintenpatronen enthalten nur zwischen 10 bis 15 ml Tinte in ihnen. Insgesamt also der Preis pro ml ist nicht so viel teurer. Mit 100 ml Silber-Nanopartikeltinte sind Sie in der Lage, Hunderte von Schaltungen zu drucken.
    Ein weiterer Vorteil der NBSIJ-MU01 Tinte, die den Preis rechtfertigen hilft ist, dass es chemisch gesintert wird. Sintern ist der Prozess, der ein pulverförmiges Material oder der Lösung zu nehmen und es in einen Feststoff. Mit Inkjet-Drucken der Drucker druckt nicht durchgezogenen Linien. Der Drucker druckt viele kleine Tintentropfen. Der Sinterprozess hilft vereinen die Silber-Nanopartikel in dieser Tropfen zusammen so eine komplette Schaltung. Traditionell würden die Tinten müssen gesintert werden oder "gebacken" in einem Ofen für ein paar Stunden, so dass der Erstarrungsprozess stattfinden würde. [11] Chemisch gesinterten Silber-Nanopartikel werden in einem speziellen Lösungsmittel, das für die Reaktion stattfinden kann gelöst nur wenige Sekunden, nachdem es gedruckt wird. [8] Dies reduziert die Zeit, die, um eine Schaltung Prototyp.

Schritt 6: Drucker einrichten

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    Das erste, was Sie tun müssen, ist installieren Sie die Druckertreiber von der mitgelieferten Festplatte oder der Hersteller Website . Folgen Sie den Eingabeaufforderungen zur Verfügung gestellt und den Drucker, wenn er berät Sie zu.
    Beim ersten Anschluss des Druckers müssen Sie sie mit den Tintenpatronen, die im Lieferumfang des Druckers einrichten. Das ist wirklich nicht so große Sache unter Berücksichtigung der Rohre bereits mit Tinte gefüllt und müssen später sowieso abgelassen werden. Der Drucker wird ein Reinigungsprozess eingeben und dann aufgefordert, einen Testdruck ausgeführt werden, wenn es fertig ist.
    Die nachfüllbare Tintenpatronen kam mit einer kleinen Kunststoffhebel / Scharnier. Es gibt eine "Sicherheit" Merkmal auf dem Drucker, der nicht zulässt, dass der Drucker zu arbeiten, wenn das Druck Tür offen ist. Der Drucker kann zu denken, dass die Tür jedoch mit Hilfe des Hebels, diesen Schalter drücken geschlossen ausgetrickst werden. Schieben Sie sie einfach in den Riss und wackeln sie herum, bis die Fehlermeldung "Ink-Tür offen" geht weg. Die nachfüllbare Tintenpatronen werden am Ende aus dem Drucker selbst hervorstehenden (wenn Sie später installieren), so ist dies eine gute Sache, jetzt aus dem Weg zu bekommen.
    Alternativ kann die Tür, die im Lieferumfang des Druckers geändert werden, wenn mit dem Scharnier zur Last. Diese Änderung wurde unter Verwendung einer Kombination aus einer Säge, Bohrmaschine, und dremel zum Ausschneiden der Großteil der Türplatte. Die Tür der Lage wäre, geschlossen werden, aber es war immer noch Raum für die Tintenpatronen. Dies kann in den letzten Bildern oben zu sehen.

Schritt 7: Bereiten Sie die Cartridges

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    Das erste, was zu tun ist, die zur Verfügung gestellten Luftfilter auf der Oberseite der Patronen zu installieren. Tintenpatronen haben dieses Loch, so dass ein Vakuum nicht innerhalb des Behälters ausgebildet ist, wenn die Tinte herausgezogen wird. Normalerweise werden die Patronen nicht brauchen einen Filter, weil sie in den Drucker vollständig umschlossen sind. Doch nach Deaktivierung der "Tür offen" Warnung mit dem vorgesehenen Scharnier und mit die Tintenpatronen über das Druckerchassis erstrecken, diese sind empfohlen, um Schmutz verunreinigt Ihre Tinte zu verhindern.
    Weiter Installieren Sie den mitgelieferten Gummistopfen. Dies wird der Ort verwendet werden, um die Patronen mit Tinte zu füllen.
    Es ist ein dünner Film, der die Rückseite der Tintenpatronen. Dies kann in Ruhe gelassen werden, da sie sich selbst zu brechen, wenn fest in den Drucker eingelegt.
    Der Drucker misst den Tintenfüllstand der Patronen auf zwei Arten; optisch und mathematisch. Für die erste Grund empfiehlt es sich, einige schwarze, elektrisch Klebeband auf der Rückseite der Patrone (im Bild oben gezeigt) um das kleine Fenster platziert werden. Das Rückfenster ist das, was der Drucker schaut, um zu sehen, ob es Tinte in den Patronen. Es würde eine Menge Geld kosten, um jede Patrone mit leitfähiger Tinte vollständig zu füllen, damit das hilft überlisten Sie den Drucker in das Denken sie voll sind. Jede Patrone kommt auch mit einem kleinen Chip an der Spitze. Wenn der Drucker immer sagt, dass Sie wenig Tinte sind (sie werden versuchen, zu berechnen, wie viel Tinte wurde unter Verwendung), einfach zu entfernen und setzen Sie die Patrone und der Chip zurückgesetzt. Wenn der Chip setzt es die Computer, die Sie eine "ganz neue Patrone" eingelegt haben, zu informieren.
    HINWEIS: Achten Sie darauf, die Handhabung der Patronen an ihrer Seite. Es gibt einen Abschnitt der Patrone, die nur durch eine dünne Kunststofffolie abgedeckt ist. Punktieren wäre Tinte zu möglichen Nachbar aus der Seite führen.

Schritt 8: Fügen Sie die Ink

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    Vor der Verwendung der Tinte, sicherzustellen, dass die Schutzkappe fest angezogen ist und geben der Flasche gut schütteln. Entfernen Sie die Gummistopfen und füllen Sie dann jede Patrone mit ca. 8 - 10 ml Tinte. Es wird empfohlen, um die Tinte durch den vorgesehenen Filter zu verzichten, um das Eindringen von Schmutz zu verhindern (dieses Projekt wurde in einer sauberen Testumgebung durchgeführt, so dass die Tinte wurde, bevor Sie die Patronen in ein Becherglas gefiltert). Setzen Sie die Stecker und Sie sind bereit für den Druck sind.
    HINWEIS: Das Farbfilter ist nicht das gleiche wie das Luftfilter. Der Filter für die Tinte mit der Tinte zur Verfügung gestellt und ist viel größer.

Schritt 9: Testdruck & Tinte ablassen

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    Die erste Testdruck ist es, dass der Drucker nicht zu geben Sie Fehler bei der Verwendung von 3rd-Party-Tintenpatronen. Danach müssen Sie halten Entleerung der Tinte, bis es keine regelmäßigen Tinte im Drucker zurückbleiben. Dies kann durch Drucken volle Seiten schwarz / Farbe oder durch die Auswahl der Reinigungsfunktion durchgeführt werden (dies verbraucht Tinte, um den Druckkopf zu reinigen). Halten Sie Druck- / Reinigung, bis Sie eine beliebige Farbe nach links nicht sehen können. Sie sollten nur die dunkle / metallic suchen Tinte. Sobald Sie das Gefühl, dass Sie die alte Tinten erfolgreich abgelassen haben, können Sie ziehen weiter, um den Druckkreisen.

Schritt 10: Druckereinstellungen und Medien

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    Wie bereits erwähnt, um besser Ihre Chancen Druck eine perfekte Spur Sie so viel Tinte auf die Seite wie möglich erhalten möchten. Die folgenden Einstellungen sind, um Ihnen genau das zu tun:
    Medien: Transparenz
    Druckqualität:
    Farbmodus: Vivid
    Farboptimierung: Aktivieren
    Farbintensität: +2
    Musterdruck verbessern: Aktivieren
    Wenn möglich, empfiehlt es sich zudem, um "Foto-Modus" verwenden und gestalten Sie Ihre Schaltungen mit schwarzer Tinte. Foto-Modus verwendet Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz für sich, statt nur Schwarz zu machen. Dies hilft zu sättigen die Seite mit mehr Tinte und führt zu besseren Verbindungen so.
    Folien haben sich als eine der besten Substrate zum Drucken. Die Fasern in Papier sind in der Regel, um die Tinte zu absorbieren. Um eine gute Verbindung herzustellen benötigen Sie die Tinte auf der Oberfläche und Bindung zusammen bleiben. Transparenzen aus Celluloseacetat und keine Fasern. Damit sind sie das bevorzugte Substrat.
    Diese Bilder zeigen einen Vergleich zwischen den verschiedenen Untergründen. Das erste Bild ist die Grafik, die gedruckt wird, eine Reihe von abwechselnden Farblinien. Das zweite Bild ist, was die Druck aussieht auf Papier. Die dritte ist, wie der Druck sieht aus wie über die Transparenz (die Seite ohne die schnelle Trocknung). Das vierte Bild zeigt die besten Druckoption mit der Tinte auf dem schnell trocknend Seite der Transparenz erscheinen.

Schritt 11: Drucken Sie eine Schaltung

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    Eine Schaltung wurde entwickelt, dass ein ATtiny85 nutzt blinkt eine LED ein und aus. Diese Schaltung kann entweder von einem 5 V-Quelle oder eine 9-V-Quelle mit einem 5 V-Regler betrieben werden. Diese Schaltung wurde in Fritzing sowohl in Steckbrett und PCB Ansicht gezeichnet. Die PCB-Ansicht wurde dann in ein PDF-Datei gedruckt werden exportiert.
    Dieser Drucker hat auch die Funktion von dem Sie die Seiten aus dem wieder einsetzen. Dies verhindert die Notwendigkeit, dass die Seiten den beim Zeichnen von der herkömmlichen Papierbehälter gekippt werden. Dies kann mit einer genaueren Platzierung der Schaltungen zu helfen. Bei dieser Methode werden Sie wollen sicherstellen, dass die "schnelle Trocknung" Seite der Transparenz nach oben zeigt, da dies die Seite, die bedruckt werden wird.
    HINWEIS: Die Schaltung wird Gold in der Farbe drehen, wenn sie eine leitende Spur richtig bildet. Wenn sie bleibt Silber dann wird es nicht leitfähig sein. Wenn es trocknet Silber dann könnte es bedeuten, dass die Umwelt zu trocken ist. Wenn eine feuchte Umgebung nicht vorhanden ist, können die Schaltkreise immer noch mit einem einfachen "Fingerprint-Methode" gedruckt werden. Immer wieder verwischen Sie Ihre Finger über die Transparenz in der Position, die der Stromkreis wird gedruckt. Das Öl von der Haut wird genug die Schaltung leitend zu machen, wenn es auf der Oberseite aufgedruckt.
    TIPP: Wenn Sie die "Fingerprint-Methode", drucken Sie eine Test der Schaltung und legen Sie sie unter Ihrem Transparenz. Dies wird Ihnen helfen, herauszufinden, wo Sie sollten Ihre Druck verschmieren.

Schritt 12: Demo Kreis

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    Ein Prototyp der gewünschten Schaltung wurde zuerst mit einem Lochraster und ein Arduino gemacht. Der Code ist nur eine modifizierte Version des "Blink" Beispiel. Der Code an den ATtiny85, die später in der Leiter installiert werden hochgeladen. Um zu erfahren, wie Sie Code in eine ATtiny mit einem Arduino hochladen, überprüfe mein Tiefe Tutorial hier.

Schritt 13: Fügen Sie Bauelemente und Teststrecke

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    Es gibt ein paar Wege, um Komponenten zu Ihrer Leiter verbinden. Die beste Möglichkeit, die in diesem Projekt wurde festgestellt, war die Verwendung von Kupferband. Kupferband ist sowohl elektrisch leitend ist und in der Lage, als ein Haftmittel fungieren. Dieses Band ist großartig für die Herstellung von einfachen Verbindungen. Lötmittel experimentiert aber es endete Schmelzen sowohl der Tinte und dem Substrat.
    Wir fanden auch, dass einige der benötigten zu biegenden Teile zu erleichtern, mit Spezialwerkzeugen heraus platzieren. Sobald alles wurde nach unten mit Klebeband (nicht die genaueste Taping) eine Spannung angelegt und die Schaltung begann zu blinken die LED ein und aus, wie erwartet.
    HINWEIS: Wenn Sie die "Fingerprint-Methode" verwendet, möchten Sie vielleicht ein Q-Tip verwenden zu reinigen Sie etwas von dem Rest um den Kreislauf. Dies wird helfen, das Band kleben besser.

Schritt 14: Referenzen


  1. [1] "Siebdruck", Wikipedia, der freien Enzyklopädie. 27-May-2015.
    [2] "Tiefdruck", Wikipedia, der freien Enzyklopädie. 23-May-2015.
    [3] "Wie man einen Brotschneidebrett verwenden -. Learn.sparkfun.com" [Online]. Verfügbar: https: //learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-use-a ... [Stand: 28-May-2015].
    [4] "How-To: Etch eine einseitige Platine" hackaday. .
    [5] "imaging.org -. Online" [Online]. Verfügbar: https: //learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-use-a ... [Stand: 28-May-2015].
    [6] "Der piezoelektrische Effekt - Piezoelektrische Motoren und Antriebssysteme." [Online]. Verfügbar: https: //learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-use-a ... [Stand: 28-May-2015].
    [7] MM Tentzeris, "Inkjet-Printed Nanotechnologie-fähige Zero-Power Wireless Sensor Nodes für Internet-of-Things (IoT) und M2M-Anwendungen" ATHENA Research Group, School of ECE, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, 30332-250, USA.
    [8] Y. Kawahara, S. Hodges, BS Cook, C. Zhang und GD Abowd,: 2013 p "Instant Inkjet Schaltungen Labor-basierte Inkjet-Druck auf Rapid Prototyping von UbiComp Geräten zu unterstützen." 363.
    [9] PH King, J. Scanlan und A. Sobester "Von Radiosonde Um Papersonde: Die Verwendung von leitfähigen Inkjet Printing in der massiven Stimmungs Volume Instrumentation System (MAVIS) Projekt", 2015.
    [10] "NBSIJ - Silber-Nanopartikel Ink - 100 ml-1," Mitsubishi Imaging (MPM), Inc. [Online]. Verfügbar: http: //diamond-jet.com/silvernanoparticleink-2.as ... [Stand: 28-May-2015].
    [11] T. Falat, B. Platek und J. Felba "Sintern von Silber-Nanopartikeln in Tintenstrahl-gedruckten leitfähigen Mikrostrukturen - Molekulardynamik Ansatz", 2012, S. 1 / 5-5 / 5..