行业动态

浅谈喷墨打印技术及增材制造应用发展趋势

如今,一张纸和一块平板电视,都能放在一起来谈制造:它们都可以采用喷墨打印头(Inkjet Printheads)来“打印”。喷墨打印机最早是由IBM在上个世纪70年代为替代点阵打印机而发明的。不过,那时IBM的研究人员肯定没有想到,他们的发明有朝一日会成为电视、电子元件以及太阳能电池制造中的关键要素。大约十年前,为了满足快速、低成本地制造印刷电路,以及高效的在太阳能电池上沉积超薄导线,喷墨打印机开始逐步用于支持上述三种应用。

       按需喷墨的压电打印头,最适合用于按时、按位置、高频地沉积皮升(picoliter)量级的油墨。相比大量用于消费类和办公打印的热喷墨打印,压电打印头凭借在恶劣环境中更好的适应性和更长久的寿命,而广泛应用于工业打印领域。此外,压电打印头可支持的油墨选择更多,例如水性、溶剂型和紫外固化型等。

喷墨打印作为一种制造技术,经过长期地研究和开发后,在显示屏(智能手机、电视等)OLED薄膜封装领域,获得了首次大规模制造应用。OLED技术正驱动显示屏市场发展,它不仅为喷墨打印带来了市场机遇,还正在推动喷墨打印技术成为一种大众化的电子和微电子制造新工艺。Kateeva是一家致力于为OLED显示制造喷墨打印机的美国公司,是喷墨打印技术应用领先厂商之一。在成为首家实现OLED薄膜封装规模量产的企业之后,Kateeva现在正努力利用喷墨打印为电视显示屏制造实现RGB OLED材料沉积。LG目前正在应用Kateeva的打印机进行试生产。

浅谈喷墨打印技术及增材制造应用发展趋势

喷墨打印制造发展路线图

可穿戴市场的兴起,日益要求微型化、接近人类皮肤的器件,这为柔性印刷电子带来了市场机遇。喷墨打印技术或将替代利用掩膜技术的昂贵光刻工艺,实现按需沉积导电线路。喷墨打印技术在沉积精度、高分辨率打印和墨滴控制方面,展现出了稳定的性能改善。喷墨打印头是喷墨打印机的关键组件之一,它们正变得越来越复杂,要求深厚的技术和经验积累。

为了提升打印速度,喷墨打印机一般并行集成多个的喷墨头。值得注意的是,喷墨头定位和喷墨控制,对于目标应用和打印机制造商来说非常关键。喷墨打印头的品质通过利用MEMS技术以及薄膜PZT(锆钛酸铅)材料获得了改善,帮助它们达到电子产品的应用需求。

利用喷墨打印技术,能制造出一款完整的电子器件吗?答案是肯定的,但是仅限于原型打印应用。现在利用一台喷墨打印机,采用3D喷墨打印能够制造几乎所有类型的PCB板。3D打印设备解决方案开发商Nano-Dimension,在2017年末推出了Dragongfly 2020,这款产品采用了Konica Minolta(柯尼卡美能达)的喷墨打印头。在大规模应用中,喷墨打印仍是制造过程中的关键工艺之一。

2023年喷墨打印头市场规模将超过3100万美元

利用喷墨打印技术实现的功能打印,为喷墨打印头制造商带来了新的市场机遇。随着“工业4.0”数字革命的不断推进,工业打印设备中集成的喷墨打印头预计到2023年将增长至3100万美元以上,2017~2023年期间的复合年增长率高达30.3%。这个领域的主要厂商包括Konica Minolta、Fujifilm Dimatix、Océ-Canon以及Xaar。市场前景看好,其它压电喷墨打印头厂商现在也非常活跃,这也意味着对市场份额地争夺将日趋激烈。

当前,研发应用仍然占据了喷墨打印机采购量的主要份额,大约占总出货量的93%。而喷墨打印的大规模制造应用, OLED薄膜封装作为开端,才刚刚兴起。不过,现在市场反应乐观,产业对RGB沉积、PCB和柔性电子制造的喷墨打印应用,展现出了很高的兴趣。

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2017~2023年压电喷墨打印头市场规模预测

油墨:喷墨打印工艺的另一关键因素

喷墨打印工艺中的关键“黄金三角”包括:喷墨打印头、油墨以及基板。喷墨打印可用的油墨材料多种多样,例如导电油墨、金属油墨、保护层油墨以及OLED材料油墨等,因此,功能油墨的配方是制造应用面临的重要挑战。本报告估测了功能制造和增材制造领域,喷墨打印应用的油墨需求量。喷墨打印头对于油墨的粘度和表明张力宽容度有限,仅能针对某些类型的喷墨打印头进行优化。

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按主要应用提供的功能油墨厂商概览