來自密歇根理工大學的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種用于薄膜半導體加工的開源參數(shù)化3D打印槽模系統(tǒng)。 通過使用商業(yè)3D打印系統(tǒng)，用戶可以節(jié)省超過17,000％的成本。

槽模涂料是一種用于將各種液體化學品沉積到玻璃，不銹鋼或塑料基材上的技術。其無數(shù)的應用包括太陽能光伏電池，平板顯示器（LCD，OLED和柔性），固態(tài)照明和印刷電子傳感器。涂層方法也可用于生產(chǎn)RFID標簽，燃料電池和鋰離子電池。

這是一個有用的技術，但由于加工成本的原因，槽模自身可能會非常昂貴，通常約為4000美元。這意味著研究人員和制造商往往無法利用沉積過程。

為了解決這個問題，來自密歇根理工大學開放可持續(xù)技術實驗室的研究員L.Y。 Beeker，Adam M. Pringle和Joshua M. Pearce已經(jīng)使用3D打印機制作了一個價格在25美分左右的DIY縫口模具。

據(jù)研究人員介紹，3D打印的狹縫模具比商業(yè)模具便宜17,000％，這使得該研究在狹縫模具涂層領域具有潛在的重要意義。

但是，這種便利并不是以成本為代價的：使用額外的3D打印注射泵，普通的3D打印機可以轉(zhuǎn)換成狹縫模頭系統(tǒng)，利用新打印的狹縫模頭提供超低成本的液體化學沉積方法。這意味著只需要很少的設備來創(chuàng)建預算系統(tǒng)。

3D打印（和打印機利用）系統(tǒng)除了是一種非常經(jīng)濟的槽模涂布方式之外，還具有許多優(yōu)點。交貨時間更短，產(chǎn)量更高（比旋涂等其他技術更高），可以實現(xiàn)定制化，系統(tǒng)甚至可以擴大到卷對卷沉積系統(tǒng)。

為了宣傳他們的研究成果，研究人員發(fā)表了一篇論文“用于薄膜半導體加工的開源參數(shù)化3-D印刷槽模系統(tǒng)”（Additive Manufacturing）。

正如4000美元的價格標簽所表明的那樣，傳統(tǒng)的槽式模具通常需要昂貴的機械加工，因為它們具有復雜的內(nèi)部幾何形狀，這限制了對槽模系統(tǒng)的可及性和實驗的限制。

為了克服這些成本問題，密歇根理工大學的研究采用開放式硬件方法，使用開源3D打印機制作系統(tǒng)元件，然后作為系統(tǒng)的一部分工作。

在開發(fā)過程中，研究人員面臨著一些棘手的問題，包括選擇材料和合適的3D打印機。對于前者，研究人員知道他們不能使用不銹鋼與他們的FDM 3D打印機，而是不得不使用聚合物。測試了幾種材料，包括PLA，ABS和HIPS，最后的選擇是PETG。所選的3D打印機是Prusa Mendel i1 RepRap的Athena版本。

根據(jù)研究人員的研究，研究表明功能實驗室級縫模可以使用低成本的開源硬件方法進行3D打印，他們的分析證實了他們的觀點：研究人員發(fā)現(xiàn)，使用印模槽模制造的半導體具有RMS值為0.486納米，厚度為17至49納米，最大光學透射率為99.1％。

研究人員表示，3D打印工藝除了可用的聚合物縫隙沖模外，還可以生產(chǎn)先進的電子材料，涂層和分層復合材料。

令人興奮的是，由于密歇根科技團隊使用OpenSCAD設計的狹縫模具的開源參數(shù)模型允許基本的幾何形狀被改變和定制用于給定的實驗，并且打印在短短幾個小時。

研究人員認為，這一過程將對研究薄膜的研究人員以及商業(yè)領域的研究人員有所幫助：超低成本的3D打印系統(tǒng)可能導致低成本，大規(guī)模生產(chǎn)。

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