周期性調(diào)制結(jié)構(gòu)的共擠出的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括具有長度的至少一個材料條，其中第一條具有沿長度變化的寬度。
【專利說明】周期性調(diào)制結(jié)構(gòu)的共擠出

【背景技術(shù)】
[0001]能夠通過擠出頭擠出糊劑和其它粘性材料以將材料沉積在表面上。該工藝有時可以被稱為微擠出，以與在大型機(jī)器上使用模具的擠出工藝相區(qū)別。離開擠出頭的材料通常被稱為擠出物。擠出頭典型地具有至少一個輸入端口以從某種儲存器接收材料、以及至少一個輸出端口或模具或噴嘴以允許擠出物離開擠出頭。連接至材料儲存器的泵控制流動，從而隨后影響所獲得的擠出物條。
[0002]對于大多數(shù)應(yīng)用而言，期望擠出物條具有均勻的形狀和密度。擠出術(shù)語通常將單個材料條稱為一維結(jié)構(gòu)。具有兩個或更多個材料條的結(jié)構(gòu)被稱為二維。能夠在多個道次中使用擠出頭來形成有限三維結(jié)構(gòu)，但是可制造性問題和成本造成該方法難以實現(xiàn)。空腔、突出物和其它的“隱藏”特征需要額外的擠出道次以及/或者額外的工藝步驟?？傮w而言，二維擠出結(jié)構(gòu)具有多個、線性的擠出物條。
[0003]對于一些應(yīng)用而言，能夠通過擠出頭產(chǎn)生多于二維的特征并且不必是直線特征將在表面積和材料利用率方面具有優(yōu)點(diǎn)。能夠隨著時間過去改變材料流動以產(chǎn)生非線性、均勻的擠出物條的擠出結(jié)構(gòu)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的二維結(jié)構(gòu)。
[0005]圖2示出了移除犧牲材料之后的現(xiàn)有技術(shù)的二維結(jié)構(gòu)。
[0006]圖3示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法中形成的三維結(jié)構(gòu)。
[0007]圖4示出了具有變化寬度的材料的接近三維結(jié)構(gòu)的實施例。
[0008]圖5示出了具有變化寬度的互補(bǔ)圖案的兩種材料的接近三維結(jié)構(gòu)的實施例。
[0009]圖6示出了三種材料的接近三維結(jié)構(gòu)的實施例。
[0010]圖7示出了用于調(diào)制擠出頭中的壓力的系統(tǒng)的實施例。
[0011]圖8示出了擠出頭中的糊劑壓力的曲線圖。

【具體實施方式】
[0012]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的二維結(jié)構(gòu)。之所以是二維的原因在于其具有至少兩個材料條。在擠出過程中，從擠出頭中的一個圓形或矩形槽獲得的最簡單的結(jié)構(gòu)通常被認(rèn)為是一維(ID)。下一個復(fù)雜度水平將包括從具有多個槽的擠出頭獲得的2D結(jié)構(gòu)，例如圖1中所示的10。相同的材料14可以被從相同或不同形式的不同的槽同時擠出，或者例如12和14的多種材料能夠被從多個槽共同擠出。在一些結(jié)構(gòu)中，第二材料12可以被犧牲，以在結(jié)構(gòu)中形成間隙，其中移除之后，結(jié)構(gòu)的第二材料將變?yōu)榭諝?，如圖2中所示。
[0013]進(jìn)一步的復(fù)雜度水平將是實現(xiàn)例如20的3D結(jié)構(gòu)，典型地通過擠出頭的多個道次以形成例如24和26的擠出材料的層。真正的3D結(jié)構(gòu)能夠包括例如孔洞、突出物、凹入特征(re-entrant feature)等的隱藏特征(典型地不能使用擠出頭的單個道次實現(xiàn))。然而，能夠由單個道次擠出頭實現(xiàn)具有比多種材料的單個條或行程更高的復(fù)雜度的“接近3D”結(jié)構(gòu)。
[0014]此處的實施例可以被稱為“接近3D”或2.5D結(jié)構(gòu)。所獲得的材料條的特征比簡單的材料條更加復(fù)雜，沿其長度具有變化的寬度。這可以通過隨著時間過去改變用于擠出材料的壓力來完成。圖4示出了這種“接近3D”結(jié)構(gòu)30的實施例或表現(xiàn)形式。擠出物條34沿其長度具有變化的寬度(此處被稱為周期性調(diào)制條)。條可以從擠出頭由一種材料34擠出。變化的寬度可以具有如圖所示的周期性圖案，但是變化的寬度也可以具有非周期性或隨機(jī)化的圖案。然而，使用第一擠出物的周期性圖案允許一些變型。
[0015]圖5示出了具有周期性變化寬度的擠出物條的接近3D結(jié)構(gòu)。第一擠出物34具有寬度變化的第一圖案。第二擠出物36具有互補(bǔ)的第二圖案，其中第二圖案的寬部分和窄部分與第一圖案的窄部分和寬部分匹配。兩個圖案通過為每個圖案隨著時間過去有所區(qū)別地周期性調(diào)制泵而完成。隨著時間過去調(diào)制材料流動允許形成圖案。
[0016]兩種材料可以由能夠通過擠出頭被擠出的任何材料構(gòu)成。典型地,所述材料是糊齊U。材料保持彼此分開。所述材料可以是其它材料的混合物，但是為了本討論的目的，當(dāng)材料作為擠出物離開打印頭時，所述材料均是一種材料。類似地，盡管兩種擠出物可以被一起擠出，但是兩種擠出物保持彼此分開。一些混合可能發(fā)生在材料邊界處，但是每一種材料的完整性基本得以保持。應(yīng)當(dāng)注意到，此處的例子討論兩種材料，但是可以使用多于兩種的材料。
[0017]圖6示出了具有多于兩種材料的接近三維結(jié)構(gòu)的例子。擠出物34和36在結(jié)構(gòu)中具有另一種擠出物38。所述材料像以前一樣相對于時間被調(diào)制，但是擠出物34和38將相對于彼此調(diào)制相位，以形成與擠出物36的圖案互補(bǔ)的圖案。例如，擠出物可以形成擠出物34、擠出物36、擠出物38、擠出物36、擠出物34等的圖案。
[0018]例如，糊劑可以含有將形成導(dǎo)電或電化學(xué)活性結(jié)構(gòu)的材料。電化學(xué)活性材料可以用于構(gòu)成電池的一部分的電極結(jié)構(gòu)。非活性材料可以用作填料并且隨后被犧牲。如果使用非活性、或者犧牲材料，則一旦非活性材料被移除(例如通過干燥、燒結(jié)等)，其就能夠被另一種材料代替；但是在基本不引入其它材料的情況下，則間隙將保持，其中第二材料將是空氣。
[0019]如果例如材料中的一種材料是電化學(xué)活性的，則相比傳統(tǒng)的線性擠出結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)正弦調(diào)制的簡單模型已顯示，所獲得的結(jié)構(gòu)具有大出大約21%的周長而在擠出條的中心線與最近邊界之間具有小大約10%的平均距離。該表面積的增大以及內(nèi)部與邊界之間平均距離的減小例如能夠增強(qiáng)功能性材料反應(yīng)速率或利用率。甚至這種小的改進(jìn)在成本敏感的業(yè)務(wù)(例如電池制造)中具有顯著的經(jīng)濟(jì)性。
[0020]為了沿長度改變沿特征的寬度，分配系統(tǒng)使用泵來產(chǎn)生壓力，該壓力隨后迫使糊劑離開擠出頭。一個實施例使用滑閥來調(diào)制來自泵的流動?；y典型地由容納于殼體中的缸體構(gòu)成。殼體含有連接至儲存器的閥系統(tǒng)以及位于一側(cè)上的泵。閥中的軸響應(yīng)于流體流動水平在系統(tǒng)中滑動或旋轉(zhuǎn)，以打開或封閉通道。來自儲存器的流體流過打開的通道。典型地，滑閥具有控制裝置，該控制裝置致動閥以使軸旋轉(zhuǎn)到所需位置。圖6示出了該類型系統(tǒng)的例子。
[0021]在圖7中，馬達(dá)/泵40將連接至材料的儲存器或多種材料的多個儲存器?？刂破?6可以控制泵/馬達(dá)以及/或者閥42。流體隨后響應(yīng)于壓力流出擠出頭44。在一個實施例中，使用18毫秒(msec)的壓力調(diào)制周期。
[0022]圖8示出了快速部分沖程的下游糊劑壓力響應(yīng)的圖示。在該實施例中，糊劑#1是功能性糊劑，并且#2是犧牲糊劑。曲線50是糊劑#1的壓力，并且曲線52用于糊劑#2。
[0023]另一個實施例可以采用旋轉(zhuǎn)馬達(dá)來驅(qū)動凸輪，該凸輪隨后將驅(qū)動活塞。另一個活塞實施例可以使用線性動圈致動器，該線性動圈致動器將需要機(jī)械連桿來產(chǎn)生足夠的力以推動高壓糊劑。
[0024]存在其它的變型和改型。到目前為止的實施例已假設(shè)材料定位成彼此側(cè)向相鄰。也可能是材料能夠豎直堆疊。此外，材料的豎直厚度可以具有任何厚度。典型地，該厚度可以為大約10微米或更大。
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括: 具有長度的材料的至少一個條，其中第一條具有沿所述長度變化的寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個條包括兩個條，其中第一條的寬度與第二條互補(bǔ)地發(fā)生變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一條和所述第二條屬于相同材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一條和所述第二條屬于不同材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中兩個條彼此側(cè)向相鄰地布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其中兩個條彼此豎直相鄰地布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個條包括三個條。
8.—種結(jié)構(gòu),所述結(jié)構(gòu)包括: 位于襯底上的第一材料，所述第一材料具有較寬部分和較窄部分的第一圖案；以及位于襯底上的第二材料，所述第二材料具有與所述第一圖案互補(bǔ)的較寬部分和較窄部分的第二圖案。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一材料和所述第二材料屬于相同材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一材料和所述第二材料屬于不同材料。
【文檔編號】H01M4/08GK104425797SQ201410406170
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】S·E·索爾伯格 申請人:帕洛阿爾托研究中心公司