Thiết bị in Dimatix bao gồm các hệ thống chuyển động được thực hiện bởi các mô tơ bước để di chuyển hộp mực, kim phun và giá đỡ đế in. Bên cạnh đó một bơm
hút chân không sẽ tạo lực hút cố định bề mặt đế cần in trên giá đỡ. Hộp mực có thể tháo rời, dùng một lần và thay thế khi hết mực. Mỗi hộp mực được thiết kế với 16 kim phun thẳng hàng cách nhau 254 µm nhằm tăng tốc độ in khi in hình với diện tích lớn. Mỗi hộp mực chứa đến 3 ml dung dịch mực. Thiết bị được trang bị một camera để hỗ trợ cho việc lựa chọn vị trí in ban đầu được chính xác và quan sát hình ảnh sau khi in.
Hiện nay các thiết bị in phun chủ yếu sử dụng hai phương pháp để hình thành và giải phóng giọt mực in, đó là sử dụng điện trở và sử dụng vật liệu áp điện. Với phương pháp đầu tiên, trong hộp mực được lắp đặt một điện trở. Khi có dòng điện chạy qua, điện trở sẽ nóng lên và đốt nóng cục bộ một vị trí trong hộp mực. Dung dịch mực nhanh chóng bị hóa hơi và xuất hiện bọt khí tại khu vực đó, bọt khí lớn dần và đẩy mực ra khỏi kim phun (hình 2.7). Khi cấp dòng qua điện trở theo một chu kỳ nhất định ta có thể điều khiển được quá trình hình thành và đẩy giọt mực ra ngoài [60, 112].
Hình 2. 7. Quá trình hình thành giọt mực bằng việc cấp dòng cho điện trở [112].
Thiết bị in Dimatix áp dụng phương pháp in thứ hai, đó là sử dụng sự biến dạng của vật liệu áp điện khi được cấp một điện thế để điều khiển quá trình hình thành và đẩy giọt mực ra ngoài. Quá trình in được điều khiển bởi các chu kỳ cấp điện áp dưới dạng xung. Mỗi xung được chia thành bốn giai đoạn, mỗi giai đoạn bao gồm các yếu tố thời gian, mức thay đổi điện áp và tốc độ chuyển mức điện áp (hình 2.8). Điện áp cấp vào thay đổi, khiến cho hình dạng của miếng PZT thay đổi, từ đó tạo ra lực đẩy hoặc hút để tạo thành giọt mực.
Hình 2. 8. Một chu kì xung điển hình trong thiết bị in sử dụng sự biến dạng của
vật liệu áp điện để hình thành và giải phóng giọt mựcgồm 4 giai đoạn.
(a) (b)
(c) (d)
Hình 2. 9. Quá trình hình thành giọt mực bằng cách sử dụng sự biến dạng của
miếng vật liệu áp điện.
Tại đầu chu kỳ (giai đoạn 0 trong hình 2.8), điện áp cấp vào được duy trì ở điện áp làm việc (Vo) để tấm PZT ở vị trí làm việc trước khi bắt đầu quá trình làm việc (hình 2.9a). Trong giai đoạn 1, điện áp giảm về 0 để tấm PZT trở về trạng thái nghỉ (hình 2.9b). Ở trạng thái này thể tích của khay mực là lớn nhất, đồng thời mực được hút vào trong khay mực. Trong giai đoạn hình thành giọt mực (giai đoạn 2, hình 2.8), điện áp đặt vào tấm PZT tăng nhanh lên trên mức Vo khiến tấm PZT bị uốn cong mạnh xuống dưới tạo ra áp lực đẩy, mực bị đẩy ra ngoài và hình thành giọt mực (hình
2.9c). Cuối cùng, giai đoạn 3 và 4 là giai đoạn giảm dần điện áp về Vo, tấm PZT trở về vị trí làm việc, giọt mực rời khỏi kim phun và chuẩn bị bắt đầu một chu kỳ mới.
Có nhiều thông số liên quan tới quá trình in để chất lượng hình in tốt như khoảng cách giữa kim phun và đế, nhiệt độ hộp mực, nhiệt độ đế in, tốc độ hình thành và giải phóng giọt mực, dung dịch in… trong đó các yếu tố liên quan tới dung dịch in là quan trọng nhất. Một số yêu cầu thông thường của dung dịch in để đạt kết quả in tốt là:
- Độ nhớt: 10 – 30 mPa.s ở nhiệt độ phun.
- Sức căng bề mặt: 2810-3 ÷ 4210-3 N/m ở nhiệt độ phun. - Nhiệt độ bay hơi: cao hơn 100ºC.
- Kích thước hạt trong mực cỡ 0,3 μm hoặc nhỏ hơn. - Tính axit hoặc kiềm: pH từ 4 đến 9.
- Khối lượng riêng: > 1 g/ml.
- Khử khí: ngoài ra dung dịch in có thể cần khử khí để loại bỏ các loại khí hòa tan làm ức chế quá trình phun mực.
2.3. Các phương pháp khảo sát các tính chất đặc trưng 2.3.1. Nhiễu xạ tia X 2.3.1. Nhiễu xạ tia X
Tia X là một loại bức xạ điện từ với bước sóng ngắn. Trong các nghiên cứu về cấu trúc tinh thể, tia X được sử dụng thường có bước sóng từ 0,5 Å tới 2,5 Å để có thể xảy ra hiện tượng nhiễu xạ khi tia X tán xạ/phản xạ trên các mặt tinh thể. Các nguyên tử trong tinh thể sắp xếp theo các cấu trúc, trật tự nhất định và tuần hoàn sẽ làm lệch hướng (tán xạ) các tia X tới theo mọi hướng. Trong một số hướng, các chùm tia tán xạ cùng pha với nhau và gây ra hiện tượng giao thoa. Góc nhiễu xạ đối với những bước sóng nhất định có thể tính được bằng định luật Bragg.
Hình 2.10 minh họa hiện tượng nhiễu xạ khi tia X đi qua các mặt mạng tinh thể, trong đó n là bậc phản xạ, là bước sóng của chùm tia X, d là khoảng cách giữa các mặt mạng và là góc tới của chùm tia X. Góc tới mà tại đó một chùm tia với bước
sóng xác định xảy ra hiện tượng nhiễu xạ bởi một họ các mặt mạng được quyết định bởi mạng tinh thể và các tham số của mạng. Như vậy, từ vị trí góc của các đỉnh nhiễu xạ của chùm tia tới, người ta có thể xác định được cấu trúc tinh thể và các hằng số mạng tinh thể của vật liệu đang nghiên cứu.