Estudio numérico de procesos de impresión por roto-grabado

DIEGO M. CAMPANA; SEBASTIÁN UBAL; MARCIO S. CARVALHO

San Carlos de Bariloche

Congreso; 98 Reunión Anual de la Asociación de Física Argentina (AFA 2013); 2013

Centro Atómico Bariloche - CNEA, Asociación de Física Argentina

En años recientes, las técnicas de impresión han recibido renovada atención debido a su utilidad en la fabricación de ciertos dispositivos electrónicos: céldas solares de polímeros, pantallas planas de cristal líquido (LCD) y otros dispotivos diversos. Entre las técnicas disponibles, la impresión por roto-grabado es especialmente atractiva por su mayor precisión y su alta velocidad de producción. El término grabado proviene del hecho que uno de los rodillos contiene un patrón de celdas grabado en su superficie, el cual está hecho de pequeñas cavidades que son llenadas con el líquido de trabajo. Este patrón es luego transferido por contacto directo entre la superficie del rodillo grabado al sustrato final; varios parámetros, como la forma y profundidad de las cavidades, las propiedades de mojabilidad de las superficies y del líquido de trabajo, tienen una importante influencia sobre la cantidad de líquido que puede ser extraída de la celda. En este trabajo se simula la dinámica de un filamento líquido formado entre la cavidad y un sustrato plano móvil, para modelar la transferencia de líquido de una unidad de impresión por rotograbado. Para aproximar la cinemática del proceso real, el sustrato plano se mueve con una velocidad obtenida a partir de un análisis completo de la cinemática de un sistema rodillo-rodillo. El flujo se modela mediante las ecuaciones de Navier-Stokes en dos dimensiones, las cuales se discretizan usando el método de elementos finitos; la evolución de las superficies libres y la deformación resultante del dominio de cálculo, se calculan considerando que la malla se mueve como un pseuso-sólido. En este trabajo se simula la dinámica de un filamento líquido formado entre la cavidad y un sustrato plano móvil, para modelar la transferencia de líquido de una unidad de impresión por rotograbado. Para aproximar la cinemática del proceso real, el sustrato plano se mueve con una velocidad obtenida a partir de un análisis completo de la cinemática de un sistema rodillo-rodillo. El flujo se modela mediante las ecuaciones de Navier-Stokes en dos dimensiones, las cuales se discretizan usando el método de elementos finitos; la evolución de las superficies libres y la deformación resultante del dominio de cálculo, se calculan considerando que la malla se mueve como un pseuso-sólido. Los resultados predicen que a medida del radio de los rodillos se reduce, la fracción de líquido removida de la cavidad incrementa en forma aproximadamente lineal. La fracción también aumenta si la relación de aspecto ancho/profundidad de la cavidad se eleva. Para radios de rodillos y geometrías de cavidad fijas, las simulaciones predicen un comportamiento fuertemente no-lineal con el número capilar. La comparación de los actuales resultados con predicciones previas y mediciones experimentales, muestran que para lograr una adecuada descripción del proceso en un amplio rango de condiciones de operación, es importante considerar una cinemática realista entre las superficies.