数字卷对卷卷筒纸处理彻底改变了印刷电子生产

电子产品领域最耀眼的发展之一是有机发光二极管(OLED)电视，它以令人瞠目的色彩和超薄的设计吸引着消费者。与传统平板显示技术中的组件不同，oled使用薄而柔软的材料片，这些材料片可以自己发光，并使用类似于喷墨或单张纸印刷的技术生产。

几年前才被引入消费市场，由于荫罩沉积方法的限制，以及较新的激光退火和喷墨打印技术，oled在大尺寸制造上仍然相对昂贵。为了经济地扩大大面积显示器生产规模，印刷电子制造商看到了另一种生产方法的好处，即由多轴张力控制解决方案实现的数字卷对卷卷筒纸处理。

最初是为数字印刷开发的，多轴张力控制已被发现是印刷电子产品卷对卷制造的绝佳解决方案，如大面积oled，电子纸媒体和集成电路。就像喷墨打印机将墨水沉积在纸上一样，数字卷对卷印刷机将薄膜晶体管和其他器件直接印在大型有机柔性基板上。但与较慢的单张纸数字印刷不同，在卷对卷印刷机中，承印物是在一个连续的在线卷筒纸中从进料卷筒通过印刷部分提供给出料卷筒的。一组压电打印头将油墨(一种导电有机溶液)精确地沉积在基板上。

这一切都发生在飞行中。例如，使用精密控制的数字打印机以每分钟800英尺(240米)的速度运行。在卷对卷卷材加工中，电致发光材料或其他微晶层以较慢的速度沉积在基材上，大约每分钟10英尺到100英尺(3-30米)。卷对卷工艺的速度大大降低了制造成本，但要使其取得成功，必须克服几个挑战。

高速带来了巨大的挑战

就像星期天的报纸漫画需要精确的色彩配准以防止图像模糊一样，印刷电子产品需要更严格的配准。薄膜晶体管(tft)或oled等应用的公差要求配准小于10微米。高速、高分辨率摄像机测量对准精度，并为控制系统提供输入。为了保证精度，需要精确的卷筒纸张力控制。

力士乐凭借作为数字印刷市场领导者的经验，开发了卷筒纸张力控制技术，该技术目前正在实施，以解决数字卷对卷加工的主要挑战，在高速运行的同时保持高对准精度。

卷筒纸张力控制

实现精确的配准精度是两个相关变量的因素:卷筒纸张力和输送速度。

卷筒纸传输控制可确保在整个过程中，在承印物卷筒纸上施加适当的均匀张力。因为基材的性质会随着力载荷的变化而变化，张力的变化会影响沉积材料的稳定性。基材膨胀会导致裂纹、断迹、短路和层脱层。打印区的卷筒网速度变化会影响细纹的配准、厚度和分辨率。

当卷材向下游移动时，每个张力区必须保持恒定的张力，该张力区被定义为机器中的一个孤立区域，在该区域中必须保持与所执行的工艺相适应的恒定张力。卷对卷印刷机有几个张力区。当在一个张力区进行更改而在其他区域不需要更改时，就会出现问题。当张力控制在所有区域之间耦合时，一个区域的变化会导致其他区域的变化，从而影响整个网络的稳定性。

图1显示了不稳定性如何影响以每秒5米的速度移动的蛛网，两个连续的张力控制器分别用于两个张力区域。阶跃变化张力减小的命令被发送到绿区控制器。上游蓝色区域不需要更改。但由于腹板是连续的，张力扰动被带回蓝区，导致蓝区控制器进行补偿。反过来，这种变化影响下游的绿色区域，将抖动发送回蓝色区域。这种来回的抖动大约需要85秒才能平息下来。网张力最终在90秒内稳定下来。在此期间，机器产生废料。

张力调整挑战

在理想的情况下，卷筒网不会出现不稳定，因为不需要调整张力。但由于几个机械因素，张力调整是必要的:

• 由机械错位引起的振荡
• 不同的惯性响应(滞后)的机械元件在网页加速
• 圆外放卷和张力卷
• 滑过夹辊
• 过于激进的网页指南修正

几个技术过程和控制问题也会影响张力:张力设定值变化，驱动辊上的相位偏移，从一个区域到另一个区域的张力流失，当然还有基材经过各种工艺时的热效应(收缩/膨胀)。

需要调整张力的因素不可能全部消除。在一个区域中，任何一个因素的变化都需要改变张力控制和卷筒网速度。因此，使用耦合张力区控制，在控制器引起反馈回路的连续网中抖动是不可避免的。

解耦控制器:好处

有一个解决办法。解耦每个张力区，允许每个控制器独立操作。

这已经完成了在数字印刷应用使用精密控制器结合独特的张力解耦功能块。顾名思义，该功能块允许每个区域的张力控制独立运行。因此，张力变化可以隔离在一个区域，而不影响其他区域的张力变化。

有关更多信息和另一个图表，请参阅下一页。

结果如图2所示。在这个例子中，压力机使用两个连续的控制器。但是现在由绿色部分控制器发出的阶跃变化信号不会在上游产生级联效应。随着解耦以防止反馈，与典型控制器相比，控制器在四分之一的时间内启动对张力控制的阶跃减小的响应。

使用所描述的解决方案，张力可以控制多达八个轴。可以选择一个或多个点不受控制。在选定的轴上，线速度保持不变。在静止状态下，可以保持卷筒纸张力。事实上，多轴张力控制可将静止卷筒纸张力精度提高两到四倍。达到理想的静止网张力也快得多。不解耦，设定点可在13-14秒内实现;而解耦只需要3到4秒。

在加速过程中，张力控制解耦确保在达到全速生产速度时，腹膜保持稳定，而耦合控制的延迟时间为5秒或更长。当运行期间张力设定值发生变化时，解耦控制的瞬态响应大约需要1秒，而耦合控制的瞬态响应大约需要4秒。

与数字印刷不同，卷对卷卷筒纸印刷的采用将加速，因为该技术证明了其在高速下提供高精度的能力。然而，从一开始，带张力控制的过程提供了几个底线优势:卷对卷卷筒纸启动速度更快，节省了时间并增加了产量;较长的网段稳定性减少浪费，提高产量;而且基材上的张力偏差较小，可改善配准，使使用更灵敏的材料成为可能。

而且，由于印刷电子材料的成本可能是典型基板的10倍，甚至要贵得多，因此去耦多轴张力控制技术有望带来可观的回报。原始设备制造商(oem)获得现成的解决方案，为卷对卷机器提供最稳定的张力解决方案。由于集成了包括驱动器、功能块和软件控制在内的组件，其结果是更快的上市时间和更容易的实现。通过实现紧密的配准和更高的吞吐量，解耦张力控制可以解决oem在构建卷对卷印刷机时面临的挑战，并为未来的大规模印刷电子制造带来光明的前景。

-博世力士乐提供的信息。编辑:马克T.霍斯克，内容经理，CFE媒体，控制工程和设备工程，mhoske@cfemedia.com．

关键概念

• 多轴张力控制方案允许卷筒纸分离到单独的张力控制区。张力可以根据需要调整在一个区域，而不会破坏整个网。

考虑一下这个

• 多轴张力控制器是否有助于提高基于web的应用程序的性能?

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