Vastagréteg technológiás szitanyomó berendezések fejlesztése és dokumentálása

Szerző: Kapu Tibor egyetemi hallgató, BME Gép- és Terméktervezés Tanszék

1.  Feladatpontosítás

A Ferro Electronics Kft. fűtőelemek sorozatgyártására alkalmas, nagypontosságú szitanyomó berendezéseket használ és fejleszt. A szitanyomás optimális sebességét, nagy pontosságát és reprodukálhatóságát egy, néhány berendezés esetében több, precíziós asztal és a szabályozott nyomtatófej biztosítja.  A feladat az adott gépeken, költséghatékonyan elvégezhető, a termelékenységet fokozó, a precizitást javító változtatásokra történő javaslattétel, illetve a már kivitelezett változtatások dokumentálása. További feladat a berendezések működési leírásának, alkatrészlistáinak, munkavédelmi és karbantartási utasításainak összefoglalása. 

 

2. Bevezetés – Vastagréteg technológia általános leírása

A vastagréteg technológia alkalmazása során adott szigetelőhordozóra, általában kerámiára, additív módszerrel passzív, azaz ellenállás-, vezető, illetve szigetelőhordozókat visznek fel paszta formájában, szitanyomás segítségével. A réteg és a mintázat felvitele egy lépésben is történhet. Rétegek felvitele után pihentetés, szárítás majd beégetés következik.

A szitanyomó paszták fém és fémoxid porokat, üveg és kerámia alkotóelemeket, oldószereket és tixotropizáló anyagokat tartalmazó kolloid, kenhető anyagok, melyek összetétele és tulajdonságai a készíteni kívánt fűtőelem tulajdonságaihoz vannak illesztve. A megfelelő szitanyomó paszta kiválasztása a termék tervezése során történik. A szitanyomó paszták 3 fő csoportba sorolhatók, úgymint ellenállás (vezető) paszta, kontaktuspaszták, és védőréteg paszták. A nyomtatási folyamat során kulcsfontosságú a nyomtatott réteg vastagságának ellenőrzése. A nyomtatás során adott beállításokkal adott térfogatú paszta kerül a hordozóra. Mivel a paszták sűrűsége állandó, kézenfekvő a térfogatot, ezáltal a rétegvastagságot súlyméréssel ellenőrizni. A pasztákat három fő alkotóelem építi fel: Funkcionális fázis: por, vezetőknél, ellenállásoknál fém vagy fémoxid. Kötőanyag: finomszemcsés por, leggyakrabban üveg vagy fém oxid, a kötőanyag a funkcionális fázis hordozóhoz való kötését biztosítják. Egyéb szerves vegyületek: különböző illó és nem illékony oldószerek és szerves kötőanyagok, melyek a szárításkor illetve a beégetéskor eltávoznak. Szerepük a paszta szitanyomásra alkalmassá tétele.

A szitamaszk a szitanyomtatás alakadó eszköze, ennek segítségével viszik fel a pasztát a hordozó felületére. A maszkok általában rozsdamentes acélból vagy műanyagból készült szitaszövetek. A szitaszövetet úgy alkalmazzák, hogy ahol nem akarnak pasztát felvinni, ott eltömítik a szitát. Az eltömítés történhet direkt emulziós maszkkal, melyet fotolitográfiás megmunkálással alakítanak ki a szitán. Az indirekt emulziós megmunkálás során a maszkot fotolitográfiával alakítják ki, majd ráhengerlik a maszkra. A harmadik használt emulziós módszer két előző kombinációjából jön létre. Ez vastagabb rétegek felvitelére is alkalmas. A fémből készült maszkoknál is van direkt és indirekt módszer. Az indirekt módszer során a maratott fémfólia maszkot hegesztéssel vagy ragasztással rögzítik a szitára. Az indirekt módszer jellemzője, hogy a fémmaszkot közvetlenül vagy függesztve rögzítik a szitakeretre.

A szitanyomtatás folyamata után következik a pihentetés, szárítás és beégetés. Pihentetés: A nyomtatás után egyenlőtlen réteg pihentetés hatására kiegyenlítődik. Szárítás: 120 – 150 °C között történik, ekkor az oldószerek eltávoznak a pasztából. Beégetés: Üvegkötésű pasztáknál általában 850 °C, polimer pasztáknál 150 – 250 °C, eltávoznak a szerves összetevők, az üveg megolvad, illetve a polimer polimerizálódik, a szemcsék szinterelődnek.

 

3.  A szitanyomó berendezések működése 

A szitanyomó berendezéseket PLC vezérlés működteti. A munkadarabok rögzítésére szolgáló nyomtatóasztal és a nyomtatófej mozgatásához pneumatikus munkahengerek, elektropneumatikus szelepek és elektromos motorok végzik a hozzájuk kapcsolódó mechanizmusok segítségével. A munkadarabok megfogása történhet elektromágnesek és vákuum megfogással is. A munkadarabok felhelyezését és eltávolítását, valamint a nyomtatásban használt paszták adagolását egy erre a feladatra kiképzett operátor látja el. A munkadarab felhelyezése után a berendezés azt a nyomtatási helyzetbe juttatja, ahol az előre beállított nyomtatási paramétereknek (nyomószita – nyomtatóasztal távolság, alkalmazott késnyomás és nyomtatókés sebesség) megfelelően megtörténi a nyomtatás. Ezt követően a legyártott darab a befogóasztalról eltávolítható. A berendezések használhatóak automata és kézi üzemmódban is. Automata üzemmódban a munkadarab felhelyezése után a nyomtatási ciklusok egymást követően, az operátor beavatkozása nélkül hajtódnak végre, míg kézi üzemmódban a nyomtatási ciklus egyes lépései után a vezérlésnek adott utasítás segítségével történik. A működtetéshez 220V-os 50 Hz-es villamos hálózatra, 6 bar nyomású tisztított, cseppmentes sűrített levegőre, valamint vákuumra van szükség.

 

4. Összefoglalás

A Ferro Electronics Kft. alkalmazásában a különböző méretű és funkciójú fűtőelemek gyártásához több, különböző típusú és az adott nyomtatási folyamathoz illeszkedő berendezés van használatban, illetve zajlik a fejlesztésük a jelenleg fennálló, valamint az újonnan felmerülő igények kielégítésére. A módosítások fő irányát a termelékenység javítása, ezen belül az adott nyomtatási ciklusok részidejének csökkentése jelenti. A javasolt módosítások az alkalmazott hajtások sebességének növelése céljából kivitelezett módosítások, cserék, illetve a szerkezetek geometriai és mechanikai változtatása. Az átalakítások elvégzése után, a változtatásoknak megfelelő aktuális gépkönyvek készítése. 

 

2013. augusztus 30.