[논문]스크린 인쇄에서 인쇄 속도와 잉크 점도에 따른 잉크 전이 시뮬레이션에 관한 연구

최송아; 윤종태; 목지수; 구철회

스크린 인쇄에서 인쇄 속도와 잉크 점도에 따른 잉크 전이 시뮬레이션에 관한 연구
Computer Simulation of Ink Transfer in the Different Printing Speed and Ink Viscosity in the Screen Printing 원문보기

한국인쇄학회지 = Journal of the Korean printing society, v.29 no.1, 2011년, pp.75 - 83

최송아 (부경대학교 대학원 인쇄공학과) , 윤종태 (부경대학교 공과대학 인쇄정보공학과) , 목지수 (삼성전기) , 구철회 (부경대학교 공과대학 인쇄정보공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

As screen printing is changed by automation recently, could print more exactly. However, must suffer great many trial and error to have still gotten perfect result. By the way, at this step, fair time and money should be invested. Therefore, if search for optimum condition in early time visualizing screen printing process using simulator program before progress printing, is judged that may be correct and gets printing result efficiently. In this paper, searched optimum printing speed and ink viscosity using FLOW-3D program. Also, the result could confirm truth that is agreeing almost with experiment contents. Through this, is thought that may expect extension of screen printing wide application that vivify advantage of screen print if use simulation program.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 스크린 인쇄에서 인쇄 속도와 잉크 점도를 달리하였을 때, 잉크 전이와 관련한 컴퓨터 시뮬레이션과 그에 따른 실험 결과를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 앞서 실험한 결과를 기반으로 하여 시뮬레이션을 돌린 결과 실제 실험과 동일한 결과를 보이는지에 대하여 확인하였다.
잉크 물성 인자 중에서 범프 높이 형성에 영향을 미치는 인자를 도출하고자 하였다. 먼저 점도를 제외한 동일한 물성을 가진 잉크에 점도 260Pa․s에서 290Pa․s으로 변경에 따른 점도에 대한 범프 높이의 유의성 검증 결과 P-value=0.

제안 방법

은 잉크를 이용했을 때, 스크린 인쇄에 있어서 가장 최적의 인쇄 품질을 낼 수 있는 조건을 실험을 통해 산출해 내었다. 각각의 인쇄 작업 인자 인쇄 속도, 인쇄 압력(실린더 압력), 인쇄 각도, 판들림, 스퀴지 경도 등에 대하여 60,000～100,000개의 범프 수를 가진 마스크로 범프 인쇄 후 높이는 목표 높이 평균 170㎛을 인쇄 할 수 있는 조건과 높이 산포를 낮출 수 있는 조건들을 분석하여 최적의 인쇄 조건을 선정하였다. 선정된 인쇄조건은 Table 7과 같다.
스크린 인쇄에서의 잉크 유동 시뮬레이션을 그려내기 위해 인쇄 현상에 맞는 물리적인 특성을 각각 설정하여 Table 3과 같이 기본 시뮬레이션 틀을 만들어냈다. 또한 육면체 틀의 경계 조건(boundary condition)과 각 점도 조절(Table 4)을 통해서 수차례 프로그램을 실행하였다.
스크린 인쇄법이 최근 들어 수동 인쇄법에서 자동화로 바뀌게 되면서 보다 정확한 인쇄가 가능해졌다. 이에, 인쇄를 진행하기 전에 시뮬레이션을 통해 빠른 시간 내에 최적 조건을 찾아내 보다 정확하고 효율적으로 인쇄를 할 수 있다고 판단하였고 FLOW-3D 프로그램을 이용하게 되었다.
24MPa은 모두 동일하게 적용하였다. 이와 같은 조건으로 인쇄된 범프는 높이 검사기를 이용하여 높이를 검사하였고, 레이저 3D 현미경을 이용하여 범프 형상을 측정 분석하였다.
실험에 사용된 인쇄 방식은 범프 인쇄로 항온 항습이 가능한 인쇄기이다. 작업 조건은 Table 1과 같이 인쇄 속도, 인쇄 압력, 인쇄 각도, 판들림, 스퀴지 경도 조건에 변화를 주어 인쇄하였으며 인쇄된 범프의 높이 및 산포를 평가하였다. 이 외의 인쇄기 조건으로 공기 압력 0.

대상 데이터

본 실험에서 사용한 도전성 잉크는 Table 2와 같이 금속 입자 종류별에 따라 물성이 다른 잉크를 사용하여 인쇄 작업성, 생산성이 우수한 잉크를 선정하는 실험을 하였다.
실험에 사용된 인쇄 방식은 범프 인쇄로 항온 항습이 가능한 인쇄기이다. 작업 조건은 Table 1과 같이 인쇄 속도, 인쇄 압력, 인쇄 각도, 판들림, 스퀴지 경도 조건에 변화를 주어 인쇄하였으며 인쇄된 범프의 높이 및 산포를 평가하였다.

이론/모형

현재 시뮬레이션은 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 종류에도 여러 가지가 있다. 이 중에서 본 논문은 Flow-3D 프로그램을 사용하였다.

성능/효과

1) 동일한 조건을 주었을 때, 실험적인 방법의 결과와 시뮬레이션의 결과가 환경적 조건 외 약간의 변수를 고려하였을 때 실제 스크린 인쇄에서의 잉크 잔류량과 시뮬레이션 상의 결과 값이 거의 일치하고 있음을 확인 할 수 있었다.
2) 시뮬레이션을 실행시켜 봄으로써 기존에 시각적으로 확인이 어려운 스크린 인쇄 잉크의 유동모습과 흘러내림 현상을 확인할 수 있었다. 또한 시뮬레이션 상에서 인쇄 속도와 잉크점도를 변화시켰을 때, 기포가 생기는 지점과 최적 인쇄 속도가 확인 가능하였다.
3) 시뮬레이션 프로그램 이용 시 시간과 인력적인 측면에서 보았을 때, 보다 과학적이고 효율적인 연구가 이루어 질 수 있음을 알 수 있었다. 또한 여러 가지 조건에 변화를 주어 다양한 시뮬레이션 결과물을 얻을 수 있게 된다면 스크린 인쇄의 장점을 살린 스크린 인쇄법 적용범위의 확대를 기대해 볼 수 있을 것이라 사료된다.
2) 시뮬레이션을 실행시켜 봄으로써 기존에 시각적으로 확인이 어려운 스크린 인쇄 잉크의 유동모습과 흘러내림 현상을 확인할 수 있었다. 또한 시뮬레이션 상에서 인쇄 속도와 잉크점도를 변화시켰을 때, 기포가 생기는 지점과 최적 인쇄 속도가 확인 가능하였다.
48×10^-6mm³로 상당량의 잉크가 전이되지 못했다는 것을 알 수 있었다. 실험에서 얻어낸 최적의 조건으로 시뮬레이션을 실행해 보았더니, Figure 8과 같이 시뮬레이션에서도 잉크량이 가장 많이 전이되어 이상적인 모습이 나오는 것을 확인할 수 있었다.
이론상으로 알고 있듯이 점성을 조절했을 때, 점도가 낮아질수록 잉크 퍼짐 현상이 심해졌고, 점도가 높아질수록 잉크 전이량이 줄어들고 망목으로 붙는 잉크들이 많아짐을 확인할 수 있었다.
시뮬레이션 프로그램으로 실험 시, 다양한 속도조절을 통해 결과를 얻어내고 싶었지만 그에 따르는 시간과 인력의 문제로 인해 할 수 없었던 부분까지 해볼 수 있었다. 이에, 기존에 실험 속도였던 60mm/s 단위부터 70mm/s, 80mm/s, 100mm/s, 200mm/s, 300mm/s, 500mm/s까지 적용해 보았고, 300mm/s에서 잉크가 셀 속에 완전히 채워지지 않고 기포가 생긴다는 것을 발견 할 수 있었다. 하지만 200mm/s에서는 기포가 생기지 않았기 때문에 Figure 5와 같이 250mm/s에 대해서도 프로그램을 실행시켜 보았고 최소 속도 250mm/s에서부터 기포가 생기게 되는 것을 확인하였다.

후속연구

3) 시뮬레이션 프로그램 이용 시 시간과 인력적인 측면에서 보았을 때, 보다 과학적이고 효율적인 연구가 이루어 질 수 있음을 알 수 있었다. 또한 여러 가지 조건에 변화를 주어 다양한 시뮬레이션 결과물을 얻을 수 있게 된다면 스크린 인쇄의 장점을 살린 스크린 인쇄법 적용범위의 확대를 기대해 볼 수 있을 것이라 사료된다.
이 외에도 빠짐량을 개선하기 위한 방법으로 잉크의 tacky성을 낮추거나 피인쇄체 표면의 거칠기(roughness)를 크게 하는 것도 하나의 방법이다. 이러한 방법들을 제품의 사양에 맞춰 적절하게 조절하여 활용한다면 인쇄되는 잉크의 적절한 빠짐량으로 인해 보다 좋은 품질개선과 생산성을 높일 수 있다.
이러한 Figure 1의 스크린 인쇄는 그 원리가 극히 간단하나 결과로 미치는 원인의 수는 적지 않다. 이러한 원인들에 대해서 보다 구체적인 값을 시뮬레이션을 통해 확인해보고 적용한다면 제판 과정에서 최종 단계에 이르기까지 기본 검사를 컴퓨터상에서 할 수 있을 것이고, 이로 인해 인쇄 공업의 영역이 더욱 확대되어 부가가치가 높은 분야를 개발 할 수 있을 것이다. 또한 양질의 인쇄물을 도출해 낼 수 있게 됨에 따라 스크린 인쇄의 장점을 살려 스크린 인쇄법 적용 범위의 확대를 기대해 볼 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스크린 인쇄는 어떤 인쇄방식인가?	스크린 인쇄는 잉크층이 두꺼운 선화 인쇄 및 하프톤(half tone)인쇄가 가능한 산업으로써 판면의 유연성으로 인해 여러 가지 피인쇄체에 인쇄가 가능하기 때문에 전자 제품, 문구류, 건축 산업 등 전반적인 산업에 광범위하게 관여 하고 있는 인쇄 방식이다. 이러한 Figure 1의 스크린 인쇄는 그 원리가 극히 간단하나 결과로 미치는 원인의 수는 적지 않다.
	스크린 인쇄에서의 잉크 토출 메커니즘은 어떠한가?	스크린 인쇄에서의 잉크 토출 메커니즘은 스크린판 위에서 잉크를 스퀴징 할 때 스퀴지의 면에서 수직 방향으로 잉크가 유동하여 스크린의 개구부로 흘러들어 간 후 인쇄 압력에 의해 피인쇄체로 전이되는 것이다. 이때 여분의 잉크는 전방으로 회전하면서 이동한다.
	스크린 인쇄에서의 잉크 토출 메커니즘에서 여분의 잉크는 어떻게 이동하는가?	스크린 인쇄에서의 잉크 토출 메커니즘은 스크린판 위에서 잉크를 스퀴징 할 때 스퀴지의 면에서 수직 방향으로 잉크가 유동하여 스크린의 개구부로 흘러들어 간 후 인쇄 압력에 의해 피인쇄체로 전이되는 것이다. 이때 여분의 잉크는 전방으로 회전하면서 이동한다. 잉크의 rolling성이 부족하면 개구부로의 토출량이 작아지게 되어 양호한 인쇄 해상도를 얻을 수 없게 된다.

참고문헌 (5)

Hung-Wen Lin, Chang-Pin Chang, Wen-Hwa Hwu, Ming-Der Ger, The rheological behaviors of screen-printing pastes, journal of materials processing technology, pp. 284-291(2008).
Jee-Soo Mok, A Study on Via Interconnection with Conductive Paste using Screen Printing for PCB Manufacture, pp. 27-29(2010).
J. T Youn, K. H. Kim, and B.T Kim, Computer Simulation for Ink Transfer from Cell onto Paper in the Gravure(2003).
Yea-Ri Seo, A study on the simulation of ink penetration into the uncoated papers in gravure printing(2010).
Jae-Sul Park, A Study on the thick stencil making in the screen printing, pp. 1- 8(1999).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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