Un multi hybride - Imprimante 3D Cie., Ltd de Guangzhou

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2513 (2023) Citer cet article

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Les performances électriques limitées des dispositifs microélectroniques causées par une faible connectivité inter-particules et une qualité d'impression inférieure restent le plus grand obstacle à surmonter pour la technologie d'impression par jet d'aérosol (AJP). Bien que l'incorporation de nanotubes de carbone (CNT) et de solvants spécifiés dans les encres fonctionnelles puisse améliorer respectivement la connectivité inter-particules et l'imprimabilité de l'encre, il est toujours difficile de prendre en compte simultanément plusieurs propriétés contradictoires dans la conception du mélange. Cette recherche propose une nouvelle méthode hybride d'optimisation multi-objectifs pour déterminer la composition d'encre fonctionnelle optimale pour obtenir une faible résistivité électrique et une qualité de ligne imprimée élevée. Dans l'approche proposée, l'encre d'argent, l'encre CNT et l'éthanol sont mélangés selon la conception du mélange, et deux modèles de surface de réponse (ReSM) sont développés sur la base de l'analyse de la variance. Ensuite, une méthode de fonction de désirabilité est utilisée pour identifier une fenêtre de matériau d'exploitation optimale 2D pour équilibrer les réponses contradictoires. Ensuite, les objectifs conflictuels sont optimisés de manière plus robuste dans l'espace de conception de mélange 3D grâce à l'intégration d'un algorithme génétique de tri non dominé III (NSGA-III) avec les ReSM développés et l'incertitude statistique correspondante. Des expérimentations sont menées pour valider l'efficacité de l'approche proposée, qui étend la méthodologie de conception de matériaux à multi-composants et multi-propriétés en technologie AJP.

L'impression par jet d'aérosol (AJP) est en train de devenir une technologie d'impression tridimensionnelle (3D) transformatrice pour fabriquer des dispositifs microélectroniques flexibles et à haute résolution1,2. Par rapport aux techniques de fabrication conventionnelles, telles que la gravure, la photolithographie et la galvanoplastie3, l'AJP peut réduire considérablement les déchets chimiques et simplifier le processus de fabrication4, tout en réduisant les coûts de fabrication5. Par conséquent, il a été largement adopté dans une industrie de fabrication électronique pour fabriquer des composants microélectroniques avancés6,7,8. Cependant, en raison de la résistivité de ligne imprimée relativement élevée d'AJP, les performances électriques des dispositifs microélectroniques produits par AJP sont limitées, comme la faible sensibilité/facteur de jauge des capteurs résistifs imprimés pour la mesure de température/contrainte, ce qui limitera la large application de la technologie AJP. Cela est dû aux lacunes et aux défauts dans la structure des nanoparticules déposées, tels que les limites granulaires et les défauts structurels9. Par conséquent, la connectivité entre les nanoparticules métalliques est gravement endommagée et les lignes métalliques imprimées présentent une résistivité électrique relativement élevée par rapport aux matériaux métalliques massifs, ce qui nuit considérablement aux performances électriques de l'électronique imprimée. Bien que l'optimisation des conditions de frittage (température et technique) puisse améliorer la morphologie de surface des lignes imprimées, atteignant une résistivité inférieure à 2 fois la résistivité de l'argent en vrac10,11, il est également important de réduire la résistivité des lignes imprimées en améliorant la connectivité dans la structure des nanoparticules avant le processus de post-impression. En outre, comme la faible imprimabilité à l'encre d'une encre fonctionnelle a tendance à induire une interaction aérodynamique hors d'équilibre au sein de la tête d'impression, les lignes conductrices seront imprimées avec des caractéristiques morphologiques inférieures12, ce qui dégradera davantage les performances électriques de l'électronique produite13.

En raison du rapport d'aspect extrême, les nanotubes de carbone (NTC) présentent des avantages en tant que ponts pour relier les défauts/limites granulaires dans les lignes conductrices imprimées, ce qui améliorera la conductivité de l'électronique imprimée en améliorant les contacts électriques entre les particules formées et les coefficients de dilatation thermique entre les motifs imprimés et les substrats14. Par conséquent, diverses études ont été menées sur l'incorporation de NTC dans des encres fonctionnelles à base de nanoparticules pour fournir une connectivité inter-particules supérieure et améliorer les propriétés électriques des composants électroniques imprimés par jet d'aérosol15. Outre l'amélioration des propriétés électriques, la capacité conductrice à la demande des films imprimés peut être obtenue sur la base d'un chargement de NTC personnalisable et contrôlable16. Cependant, comme la conductivité des NTC est relativement inférieure à celle des encres fonctionnelles à nanoparticules métalliques, la performance des NTC en tant que charges améliorant la conductivité dépend de la concentration relative par rapport au niveau de percolation17. Par conséquent, d'autres études visant à optimiser la composition relative entre les NTC et l'encre fonctionnelle à nanoparticules pour l'amélioration de la conductivité sont nécessaires. D'autre part, comme une ligne déposée est l'élément fondamental des composants électroniques imprimés par jet d'aérosol18, diverses méthodes d'apprentissage automatique et approches empiriques ont été adoptées pour optimiser la qualité de la ligne imprimée19,20,21, ce qui sera bénéfique pour les performances électriques obtenues13. Bien que ces études contribuent à promouvoir l'application de la technique AJP sous un certain aspect, il est nécessaire d'améliorer encore les performances électriques globales sous la double optimisation simultanée de la conductivité de la ligne imprimée et de la qualité d'impression.

Bien que l'augmentation de la diversité de la composition des encres aide la technologie AJP à fabriquer des dispositifs microélectroniques polyvalents, il existe peu d'études systématiques sur l'optimisation des matériaux multi-composants et multi-propriétés dans la technologie AJP. Par exemple, une nouvelle encre à nanoparticules d'argent/NTC a été formulée pour améliorer la conductivité des lignes imprimées par jet d'aérosol9, mais la composition de l'encre a été optimisée par une approche empirique et la qualité de la ligne imprimée nécessite une évaluation plus approfondie. D'autre part, une encre fonctionnelle platine/éthylène glycol/polyvinylpyrrolidone a été synthétisée pour obtenir la faible résistivité des lignes imprimées par jet d'aérosol22. Comme la qualité optimale de la ligne imprimée a été obtenue en optimisant les paramètres du processus sous une composition d'encre spécifique, l'influence des composants de l'encre sur la résistivité nécessite une étude plus approfondie. Dans de telles circonstances, une nouvelle méthode hybride d'optimisation multi-objectifs est proposée pour formuler les corrélations entre la composition fonctionnelle de l'encre (encre d'argent, NTC et éthanol) et les propriétés électriques/morphologiques de la ligne imprimée (résistivité/qualité de la ligne imprimée), et optimiser les relation entre une faible résistivité électrique et une qualité de ligne imprimée élevée simultanément. Des expériences sont menées pour valider l'efficacité de la méthode proposée pour l'optimisation de la conductivité et de la morphologie des lignes imprimées par jet d'aérosol. Par rapport aux méthodes traditionnelles, la méthode proposée est développée sur la base de la théorie de la conception d'expériences, de la modélisation statistique et de l'optimisation multi-objectifs, ce qui facilite l'optimisation des compositions d'encre de manière pilotée par les données. Par conséquent, la méthode proposée n'est pas limitée à des matériaux d'encre spécifiques, mais peut être appliquée à l'optimisation de différents composants d'encre adaptés à l'AJP.

Il est important de sélectionner une encre fonctionnelle à nanoparticules avec un point d'ébullition élevé et un co-solvant à haute viscosité pour l'impression par jet d'aérosol, ce qui permet d'obtenir des lignes imprimées avec une bonne définition des bords en réduisant l'effet anneau de café. De plus, en raison de l'atomiseur à ultrasons équipé, la plage de viscosité de l'encre fonctionnelle adoptée est limitée23. En revanche, il est indispensable d'adopter des NTC à simple paroi avec un faible nombre de défauts de paroi, sinon le défaut peut entraîner une déformation des NTC dans l'axe du tube, ce qui pourrait être problématique lors du transport de l'aérosol. Et, la longueur des NTC doit être beaucoup plus courte que la gouttelette pour éviter de boucher la buse. Dans cette recherche, l'encre d'argent à nanoparticules Clariant® (siège du producteur : Suisse) a été utilisée comme encre fonctionnelle d'origine en raison de ses solvants appropriés (eau et éthylène glycol) et de ses propriétés d'encre (densité : 1,35 kg/m3, tension superficielle : 0,036 N/ m, viscosité : 8,3 cP). En outre, l'encre NTC à simple paroi NINK 1100 de Nanolab® (siège du producteur : États-Unis) a été utilisée pour la conception du mélange en raison de sa distribution de longueur CNT appropriée (longueur moyenne : 1 300 nm, écart type : 615 nm) et de sa stabilité à long terme (solvant : eau)24. De plus, l'éthanol Tedia® acheté (siège du producteur : États-Unis) a été utilisé tel que reçu sans autre purification en raison de sa grande pureté (99,7 %).

Le rapport de mise au point (FR), la température de la plaque, la vitesse de dépôt et le temps de stabilisation de l'encre sont des paramètres de processus cruciaux de la technologie AJP. Plus précisément, un FR raisonnable est utile pour équilibrer l'interaction aérodynamique au sein de la pointe de la buse, ce qui se traduit par des lignes plus étroites avec des bords plus distincts. Pour assurer l'imprimabilité globale de l'AJP sous différentes compositions d'encre, le débit de gaz de protection (SFR), le débit de l'atomiseur (AFR) et donc le FR (SFR/AFR) ont été déterminés expérimentalement dans cette recherche. D'autre part, bien qu'une plaque chauffante soit utile pour éliminer l'excès de solvant lors de l'impression, comme cette étude a étudié l'influence de la fraction volumique de chaque composite sur la morphologie de la ligne déposée, la température de la plaque a été maintenue à température ambiante pour assurer la stabilité de la morphologie de la ligne déposée. De plus, comme une rugosité élevée et des lignes de surpulvérisation élevées peuvent être produites en raison d'une interaction significative entre des débits de gaz élevés et une vitesse de dépôt élevée, une vitesse de dépôt relativement faible (1 mm/s) a été adoptée pour assurer la qualité d'impression. De plus, comme le flux de gaz de protection instable (SF) et le flux d'atomiseur (AF) peuvent provoquer une interaction aérodynamique hors d'équilibre dans la pointe de la buse, entraînant une morphologie de ligne irrégulière, un temps de stabilisation de 3 minutes a été pris entre chaque changement de point de consigne pour obtenir une stabilité. flux de matière. Par conséquent, la configuration expérimentale du processus AJP est définie comme indiqué dans le tableau 1, et les débits de gaz étaient en centimètres cubes standard par minute (sccm).

La figure 1 illustre les principales phases expérimentales de l'approche d'optimisation proposée. Avant l'impression, les surfaces des substrats en polyimide ont été soumises à un nettoyage au bain pendant cinq minutes et à un traitement par ultrasons au plasma corona pendant trois minutes successives, ce qui contribue à améliorer le comportement de mouillage du substrat en polyimide pendant le processus d'impression. Ensuite, selon la conception du mélange, les matériaux de test ont été formés en mélangeant de l'encre à nanoparticules d'argent, de l'encre NTC et de l'éthanol. Pour assurer un bon dépôt et la stabilité du processus d'impression, l'encre mélangée a été agitée mécaniquement pendant 10 min et traitée par ultrasons pendant 20 min à 25 ºC successivement avant l'impression pour assurer une dispersion uniforme des particules dans le support d'encre. La même procédure de mélange a été appliquée pour toutes les encres afin de maintenir la comparabilité des résultats expérimentaux obtenus. Ensuite, un seul passage de ligne a été imprimé sur un substrat de polyimide basé sur l'encre développée, et cinq échantillons de ligne ont été fabriqués successivement en répétant cinq fois chaque point expérimental. Après la fabrication de l'échantillon, les caractéristiques morphologiques déposées et la résistivité de la ligne imprimée correspondante ont été extraites pour développer les modèles de surface de réponse (ReSM). Par la suite, une approche de fonction de désirabilité a été utilisée pour déterminer une fenêtre de matériau d'exploitation optimale 2D pour équilibrer les réponses contradictoires. Enfin, les objectifs conflictuels ont été optimisés de manière plus robuste dans l'espace de conception de mélange 3D grâce à l'intégration de l'algorithme génétique (GA) avec les ReSM développés et l'incertitude statistique correspondante.

Processus expérimental principal de l'approche d'optimisation proposée.

Dans cette recherche, comme les conditions opératoires ont été maintenues, et que chaque point expérimental a été répété 5 fois, la répétabilité de la morphologie de la ligne déposée peut être évaluée. Comme le montre la figure S1, malgré un certain caractère aléatoire dû à l'interaction aérodynamique au sein de la tête d'impression, les principales caractéristiques morphologiques des lignes déposées sont conservées dans les expériences répétées, indiquant la stabilité acceptable du processus AJP. De plus, pour vérifier l'influence négligeable de l'effet café-anneau sur la morphologie de la ligne imprimée, les profils en coupe transversale des lignes imprimées ont été mesurés 4 h après le dépôt à température ambiante. Comme le montre la Fig. S2, le profil de la ligne présentait une forme concave négligeable dans la zone centrale, confirmant que l'effet café-anneau avait un effet négligeable sur la morphologie de la ligne imprimée25.

La caractérisation morphologique des échantillons de lignes imprimées est décrite dans les Fig. S3, S4. La figure S3a montre que les caractéristiques morphologiques des échantillons de ligne déposés, y compris la surpulvérisation de la ligne imprimée et la rugosité des bords, peuvent être évaluées sur la base des lignes moyennes déterminées. Plus précisément, sur la base du traitement d'image, l'image originale (voir Fig. S3b) est discrétisée en une image grise (voir Fig. S3c). Ensuite, après le débruitage de l'image (voir Fig. S3d), la largeur des lignes moyennes peut être mesurée par le bord de ligne réel détecté

où \(N\) représente le nombre de colonnes d'un bord de ligne discrétisé, \({w}_{i}\) désigne la largeur de ligne correspondante de la ième colonne discrétisée. Par la suite, la rugosité globale du bord de la ligne imprimée \({E}_{R}\) peut être évaluée par

où \({ER}_{i}\) désigne la variation de largeur de ligne imprimée de la ième colonne en conséquence. Et, la surpulvérisation de la ligne imprimée \({O}_{SP}\) dans l'image d'origine (voir Fig. S3c) peut être mesurée comme suit

où \({OS}_{i}\) désigne la longueur correspondante entre le bord de ligne réel et les micro-gouttelettes de surpulvérisation de la ième colonne discrétisée. Dans cette étude, la qualité globale de la ligne imprimée est évaluée en normalisant la somme des poids de la surpulvérisation \({O}_{SP}\) et de la rugosité des bords \({E}_{R}\) des échantillons de ligne déposés dans un mélange espace de conception.

où \({O}_{M}\) désigne la somme des poids de la ligne imprimée les caractéristiques morphologiques, \({w}_{ER}\) et \({w}_{SP}\) désignent les poids de rugosité de bord de ligne déposée et surpulvérisation, respectivement. Le tableau supplémentaire S1 illustre les images microscopiques représentatives des lignes imprimées et la qualité de ligne imprimée quantifiée correspondante.

En raison de la relation linéaire entre la longueur et la résistance des lignes imprimées par jet d'aérosol, la loi d'Ohm est utilisée comme suit pour décrire la dépendance de la longueur de la résistance pour les échantillons de lignes imprimées13

où la résistance de ligne imprimée \({R}_{T}\) est mesurée par la méthode de la sonde à quatre points, \(S\), \(L\) et \(\rho\) sont l'aire de la section transversale , la longueur et la résistivité d'un échantillon de ligne déposé, respectivement. Dans cette recherche, un réseau linéaire de cinq échantillons de ligne (\(L=1,5\) cm) a été imprimé sur le substrat, la section transversale \(S\) de chaque échantillon de ligne, comme illustré à la Fig. S4, a été mesurée 5 fois et moyenné pour un calcul ultérieur de la résistivité.

Compte tenu de la variabilité des propriétés fonctionnelles de l'encre, il est important de concevoir les expériences appropriées pour obtenir des composés réalisables de différents composants et évaluer leur influence sur les propriétés électriques/morphologiques de la ligne imprimée. Dans ce cas, une conception de mélange est adoptée dans cette recherche pour étudier l'influence individuelle et les interactions de différents composants d'encre, et un RSM est utilisé pour étudier la relation de cause à effet entre les variables d'entrée et les sorties basées sur la conception expérimentale de mélange construite. points26. En raison de l'hypothèse de dépendance de la fraction volumique du composant de la réponse, la construction de points expérimentaux doit être limitée à la limite supérieure (\({u}_{i}\)) et à la limite inférieure (\({l}_{i} \)) de chaque fraction de volume de composant (\({x}_{i}\)).

où \(n\) est le nombre de composants dans la recherche sur la conception du mélange. Les points expérimentaux sont déterminés par les règles suivantes27 :

Déterminez la plage maximale \(R\) des fractions volumiques des composants en

Déterminer la limite supérieure de la fraction volumique du quasi-composant en

Si \({u}_{i}^{{^{\prime}}{^{\prime}}}=1\), définissez \(\left(0, \dots , 1,\dots ,0\ droite)\) comme sommets

Si \({u}_{i}^{{^{\prime}}{^{\prime}}}<1\) et \({u}_{i}^{{^{\prime}} {^{\prime}}}+{u}_{j}^{{^{\prime}}{^{\prime}}}>1 \left(i\ne j\right)\), définir \ (\left(0,\dots ,{u}_{i}^{{^{\prime}}{^{\prime}}},0,\dots {u}_{i}^{{^{ \prime}}{^{\prime}}},0\dots ,0\right)\) comme sommets

Si \({u}_{i}^{{^{\prime}}{^{\prime}}}+{u}_{j}^{{^{\prime}}{^{\prime} }}\le 1\) et \({u}_{i}^{{^{\prime}}{^{\prime}}}+{u}_{j}^{{^{\prime} }{^{\prime}}}+{u}_{k}^{{^{\prime}}{^{\prime}}}>1 \left(i\ne j\ne k\right)\ ),

set \(\left(0,\dots ,{u}_{i}^{{^{\prime}}{^{\prime}}},0,\dots {u}_{i}^{{ ^{\prime}}{^{\prime}}},0\dots ,0, 1-{u}_{i}^{{^{\prime}}{^{\prime}}}-{u }_{i}^{{^{\prime}}{^{\prime}}},0\dots 0\right)\) comme sommets également

Les points centraux et les mélanges de contrôle du polyèdre peuvent être davantage calculés sur la base des sommets déterminés28.

Dans cette étude, les plages de fraction volumique de l'encre d'argent, de l'encre NTC et de l'éthanol sont respectivement de 40 à 60 %, 20 à 40 % et 20 à 40 %. La figure 2 montre les points expérimentaux conçus par un algorithme de conception de mélange dans cette recherche ; le centroïde global sera répliqué trois fois pour évaluer la reproductibilité du système29. Les points expérimentaux réels obtenus sont présentés dans le tableau supplémentaire S2.

Conception de points expérimentaux dans un espace de conception de mélange d'AJP.

Après avoir obtenu les résultats expérimentaux, les ReSM quadratiques seront utilisés pour formuler les corrélations entre la composition fonctionnelle de l'encre et les propriétés électriques/morphologiques de la ligne imprimée dans l'espace de conception du mélange.

où \({\beta }_{i}\) et \({\beta }_{ij}\) sont des constantes déterminées par ANOVA et la méthode des moindres carrés.

Selon la conception du mélange et le RSM correspondant, un modèle quadratique peut être dérivé pour formuler la relation entre les variables d'entrée \({\varvec{x}}={({x}_{1}, {x}_{2}, \dots , {x}_{m})}^{T}\) et la sortie \(y({\varvec{x}})\) comme suit

où m fait référence au nombre d'entrées, \({\varvec{g}}\left({\varvec{x}}\right)\) et \({\varvec{\theta}}\) sont définis comme

Sur la base des ReSM développés, un intervalle de confiance (IC) (1−α)% est proposé pour quantifier statistiquement l'incertitude de prédiction30

où \(\left(1-\alpha \right)\% \mathbf{C}\mathbf{I}\) fait référence à une plage que la sortie moyenne \(y({\varvec{x}})\) devrait être dans (1−α) % du temps, \(\mathbf{X}\) représente une matrice de modèle étendue, \({t}_{\alpha /2,np}\) fait référence à la distribution t de ( 1−α/2) quantile avec (n−p) degrés de liberté, p fait référence au nombre de prédicteurs, n fait référence au nombre d'expériences et \(\widehat{s}\) fait référence à l'écart type estimé.

Dans cette recherche, l'incertitude statistique σ des ReSM développés est évaluée par l'IC à 95% comme suit

Une approche de la fonction de désirabilité peut convertir les multiples sorties (résistivité/qualité de la ligne imprimée) en une seule fonction de sortie31, optimisant ainsi simultanément les fonctions objectives conflictuelles. Plus précisément, chaque fonction de variable de réponse \({y}_{i}\) est d'abord transformée en une désirabilité individuelle \({d}_{i}\) variant dans la plage de \(\left[0, 1\right ]\), où \({d}_{i}=0\) démontre que la plage de réponses \({y}_{i}\) est inacceptable, tandis que \({d}_{i}=1\ ) signifie que l'objectif optimal de la sortie individuelle \({y}_{i}\) est atteint. Pour minimiser une réponse individuelle, la désirabilité \({d}_{i}\) est quantifiée sur la base d'un critère Smaller-The-Better (STB) ;

Inversement, un critère plus grand-le-meilleur (LTB) sera utilisé pour la quantification de la désirabilité si la réponse est de type maximisation ;

où \(r\) est spécifié par les utilisateurs pour l'ajustement de l'importance, \(U\) et \(L\) désignent respectivement la limite supérieure et la limite inférieure d'une fonction de sortie individuelle32.

Ensuite, la désirabilité globale \(D\) des \(n\) objectifs conflictuels peut être évaluée en combinant chaque désirabilité individuelle \({d}_{i}\) comme suit

où \(n\) désigne le nombre de sorties individuelles dans le plan de mélange, \({w}_{i}\) fait référence à un poids spécifié par l'utilisateur correspondant à la \(i\)-ième fonction de désirabilité.

Bien qu'une approche de fonction de désirabilité puisse optimiser efficacement les objectifs conflictuels en scalarisant les multiples réponses de sortie en une seule fonction de réponse, la solution unique identifiée sera considérablement affectée par les pondérations de désirabilité spécifiées par l'utilisateur. Par conséquent, l'identification d'un groupe de points Pareto-optimaux comme solutions alternatives aidera à optimiser plus objectivement les cibles conflictuelles.

Un algorithme génétique de tri non dominé III (NSGA-III) est un type important d'AG pour l'optimisation multi-objectifs. Différente de nombreuses méthodes de sélection classiques adoptées dans les GA, telles que la sélection de tournois et la sélection de roulette, NSGA-III peut optimiser les objectifs conflictuels en identifiant un ensemble de points Pareto-optimaux plutôt qu'une solution unique, qui sera plus objective et efficace33. De plus, contrairement aux précédentes NSGA34, comme la NSGA-III propose une méthode basée sur des points de référence pour le tri et la sélection non dominés, la diversité de la population des solutions frontales optimales de Pareto déterminées peut être encore améliorée. Par conséquent, NSGA-III est utilisé dans cette étude pour évaluer simultanément un ensemble de générations dans l'espace de recherche plutôt qu'un seul point.

En raison de la contradiction entre la résistivité de la ligne imprimée et la qualité d'impression, un algorithme d'optimisation multi-objectifs est nécessaire pour optimiser les objectifs en conflit. Pour promouvoir la robustesse et l'efficacité du processus d'optimisation, un modèle statistique/probabiliste sera supérieur aux autres approches car la réponse prédictive et l'incertitude de prédiction peuvent être prises en compte conjointement dans la méthode d'optimisation multi-objectifs adoptée35. Dans ce cas, les ReSM et l'incertitude statistique correspondante sont pilotés conjointement avec un NSGA-III pour optimiser systématiquement les résultats d'impression contradictoires. La figure supplémentaire S5 montre l'organigramme proposé pour optimiser la composition d'encre fonctionnelle dans l'espace de conception de mélange 3D. Nous considérons la fraction volumique de l'encre d'argent, de l'encre NTC et de l'éthanol comme variables d'entrée, et définissons la résistivité de la ligne imprimée (\({y}^{(LR)}\)) et la qualité de la ligne imprimée (\({y}^{ (LQ)}\)) comme sorties. Dans cette recherche, les deux réponses de sortie contradictoires sont optimisées en termes de minimisation

où \(\uplambda =\left[1.6, 2.9\right]\) représente le coefficient d'optimisation pour équilibrer la prédiction du modèle \(y\) et l'incertitude du modèle correspondante \(\sigma\). La figure supplémentaire S6 montre le modèle de codage des chromosomes adopté dans NSGA-III, et le tableau supplémentaire S3 résume les paramètres généraux du système du cadre proposé.

La résistivité/qualité de la ligne imprimée mesurée est répertoriée dans le tableau 2, où le matériau M0 est l'encre fonctionnelle d'origine sans l'incorporation de CNT et d'éthanol. Généralement, le mélange d'encre à nanoparticules d'argent avec des NTC contribue à réduire la résistivité de la ligne imprimée36, ce qui est démontré dans les résultats expérimentaux obtenus (voir les matériaux M9, M10, M11, M12 et M13 sur la Fig. 3). Cependant, la tendance globale à la baisse ne peut pas être maintenue même avec l'augmentation de la fraction volumique des NTC (voir les matériaux M1, M4 et M6 sur la Fig. 3). De même, les matériaux M6, M10, M11 et M13 montrent que le mélange d'encre d'argent à nanoparticules avec une augmentation de l'éthanol contribue à améliorer la qualité de la ligne imprimée, ce qui peut être principalement attribué à l'amélioration de l'imprimabilité par l'incorporation d'éthanol37. De plus, par rapport aux matériaux M1, M4 et M12, les matériaux M5, M7 et M9 confirment qu'une fraction volumique plus élevée d'éthanol contribue à une meilleure qualité de la ligne imprimée. Cependant, une augmentation supplémentaire de la fraction volumique d'éthanol ne peut pas maintenir la tendance globale à l'amélioration de la qualité de la ligne imprimée (voir le matériau M2 sur la figure 3). En effet, la fraction volumique de chaque composite ne peut pas être modifiée indépendamment alors que le volume total du matériau mélangé reste inchangé. Par conséquent, l'interaction entre l'ingrédient individuel peut avoir un impact significatif sur la conception du mélange, et l'amélioration de la conductivité/qualité de la ligne imprimée sera supprimée comme le montrent les observations ci-dessus. Par conséquent, il est important d'analyser l'influence individuelle et l'interaction associée de différentes compositions d'encre sur les propriétés électriques/morphologiques de la ligne déposée.

Résistivité/qualité des lignes imprimées de diverses compositions d'encre.

Dans cette recherche, les ReSM quadratiques ont été utilisés pour formuler statistiquement la relation de cause à effet entre les paramètres d'influence (fractions volumiques des composants de l'encre) et les réponses de sortie (résistivité/qualité de la ligne imprimée). R1, R2 font référence à la résistivité de la ligne imprimée et à la qualité globale de la ligne imprimée. Comme A, B, C désignent la fraction volumique d'encre d'argent, de NTC et d'éthanol, respectivement, l'interaction entre différentes compositions d'encre est représentée par AB, AC et BC. Plus précisément, les résultats de l'ANOVA des valeurs F élevées et des valeurs P faibles, comme indiqué dans le tableau 3, démontrent l'importance des ReSM développés. En outre, le haut Adeq. les valeurs de précision et les valeurs élevées de R-carré décrites dans le tableau 3 révèlent également la signification statistique des ReSM développés38.

Comme les résidus quantifiés pour les sorties du modèle sont distribués linéairement le long de la ligne de référence avec moins d'écart, la précision de la modélisation est considérée comme statistiquement acceptable (voir Fig. 4a, b)39. De plus, les effets des ordres d'exécution sur les ReSM développés peuvent être exclus sur la base des corrélations quantifiées entre les résidus du modèle et les ordres d'exécution (voir Fig. 4c, d). De plus, les Fig. 4e, f) démontrent que la relation de cause à effet entre la fraction volumique de chaque composite et la résistivité/qualité de la ligne imprimée est entièrement capturée par les ReSM dérivés. Par conséquent, la relation de cause à effet développée avec les unités codées pour la conception du mélange est décrite comme suit

Les résultats ANOVA des ReSM dérivés. ( a, b ) Tracés normaux des résidus pour la résistivité de la ligne imprimée et la qualité de la ligne imprimée, respectivement. ( c, d ) Effets des ordres d'exécution sur les résidus ReSM de la résistivité de la ligne imprimée et de la qualité de la ligne imprimée, respectivement. (e, f) Réponses prédites par rapport aux réponses réelles de la conception du mélange pour la résistivité de la ligne imprimée et la qualité de la ligne imprimée, respectivement.

Dans cette recherche, les NTC et l'éthanol sont incorporés dans des encres fonctionnelles originales pour améliorer respectivement la conductivité et la qualité de la ligne imprimée. Cependant, comme la fraction volumique de chaque composite ne peut pas être modifiée indépendamment, il est crucial de déterminer une fenêtre de matériau de fonctionnement optimale dans l'espace de conception du mélange pour obtenir simultanément un équilibre entre la faible résistivité de la ligne imprimée et la haute qualité de la ligne imprimée. Plus précisément, les figures 5a, b démontrent que le niveau de remplacement des NTC inférieur à 0,25 aura une influence positive sur la conductivité de la ligne imprimée. En effet, les faisceaux de NTC incorporés peuvent servir de ponts conducteurs pour relier les petites fissures (voir la Fig. S7a supplémentaire) dans la ligne déposée (voir la Fig. S7b, c supplémentaire), ce qui sera bénéfique pour l'amélioration de la conductivité de la ligne imprimée40. Cependant, en augmentant encore la fraction volumique des NTC, le matériau de nanoparticules d'argent insuffisant sera divisé en blocs discontinus (voir la Fig. S7d supplémentaire), réduisant ainsi la connectivité inter-particules et augmentant progressivement la résistivité de la ligne imprimée.

Les réponses obtenues et les contours correspondants pour (a, b) la résistivité de la ligne imprimée et (c, d) la qualité de la ligne imprimée, respectivement.

De même, pour améliorer la qualité d'impression, il est nécessaire de maintenir la fraction volumique d'éthanol autour de 0,35 tout en minimisant le remplacement des NTC (Fig. 5c, d). Plus précisément, les lignes seront imprimées avec une surpulvérisation élevée ou une rugosité de bord élevée (voir Fig. Supplémentaire S8a, b) en raison des concentrations élevées de nanoparticules atomisées12. Bien que l'incorporation d'éthanol dans l'encre fonctionnelle contribue à améliorer l'imprimabilité de l'encre (voir Fig. S8c supplémentaire), une augmentation supplémentaire de la fraction volumique d'éthanol peut entraîner une composante insuffisante de nanoparticules d'argent et une diffusion excessive d'aérosol sur le substrat (voir Fig. S8d supplémentaire). ). Par conséquent, il est nécessaire de faire un compromis lorsque l'on essaie de capturer simultanément la haute qualité de la ligne imprimée et la faible résistivité de la ligne imprimée41.

Sur la base d'une approche de fonction de désirabilité, la composition optimale du matériau est identifiée pour optimiser les réponses conflictuelles dans un espace de conception de mélange. Dans cette recherche, les poids de la résistivité de la ligne imprimée et de la qualité de la ligne imprimée dans la fonction de désirabilité globale peuvent être sélectionnés en fonction de la préférence des utilisateurs, qui ont été fixées à 0,6 et 0,4 dans cette étude, respectivement. De plus, la limite inférieure/supérieure de la résistivité de la ligne imprimée et de la qualité de la ligne imprimée a été fixée à \(\left[2.17, 4.09\right]\) µΩ⋅cm et \(\left[0, 1\right]\), respectivement. Dans ce cas, la désirabilité globale obtenue est de 0,902, ce qui est prometteur selon des recherches antérieures42, et les fractions optimales identifiées des trois composites (encre d'argent, encre NTC et éthanol) sont respectivement de 0,502, 0,219 et 0,279.

Pour déterminer davantage une fenêtre de fonctionnement optimale de la composition du matériau, les fractions optimales identifiées des trois composites sont définies comme point de référence dans un espace de conception de mélange. Ensuite, le contour critique de chaque réponse cible est acquis en fixant un seuil d'optimisation de ce point de référence dans un intervalle de a%, soit référence ± a%. Ensuite, la région de chevauchement des contours critiques est identifiée comme une fenêtre de matériau de fonctionnement optimale pour capturer simultanément la faible résistivité de la ligne imprimée et la haute qualité d'impression. Dans cette recherche, nous avons fixé un % à 4 %, et la fenêtre de matériau de fonctionnement optimal identifiée est illustrée à la Fig. 6.

La fenêtre de matériau d'exploitation optimale identifiée dans un espace de conception de mélange.

Comme la comparaison entre les meilleurs échantillons et les pires échantillons obtenus peut ne pas valider entièrement l'efficacité de la fenêtre de fonctionnement optimale déterminée, les compositions d'encre ont été sélectionnées au hasard à partir et en dehors de la fenêtre de fonctionnement optimale pour une vérification supplémentaire. Le tableau 4 décrit les compositions d'encre sélectionnées (choisies au hasard parmi et en dehors de la fenêtre de fonctionnement optimale) et la résistivité/qualité de la ligne imprimée correspondante, Fig. 7a–c illustre les caractéristiques de la ligne déposée obtenues selon les compositions d'encre sélectionnées (Solution 1–Solution 3 ) du tableau 4, respectivement. Les expériences indiquent que la fenêtre de matériau de fonctionnement optimale déterminée est propice à l'obtention d'un équilibre entre une faible résistivité de ligne imprimée et une qualité de ligne imprimée élevée, démontrant la validité de la méthode d'optimisation adoptée dans AJP.

Caractéristiques du trait déposé obtenues selon les compositions d'encre choisies. (a, b) En dehors de la zone optimale, (c) à l'intérieur de la fenêtre de matériau de fonctionnement optimal.

La figure 8a, b montre le front de Pareto obtenu et l'ensemble de solutions optimales de Pareto correspondant, respectivement. L'ensemble de solutions optimales de Pareto obtenu sera considéré comme des solutions candidates dans l'espace de conception de mélange. Cependant, il sera coûteux en termes de calcul ou d'expérience de vérifier l'ensemble des points optimaux de Pareto obtenus au cours du processus d'optimisation. Par conséquent, l'approche de clustering par propagation d'affinité (AP) est adoptée pour identifier les centroïdes de clustering de l'ensemble de solutions optimales de Pareto en tant que solutions représentatives pour une vérification ultérieure43. De plus, étant donné que l'incertitude statistique est prise en compte dans les fonctions objectives, NSGA-III tend à identifier un ensemble de chromosomes qui peuvent simultanément minimiser l'incertitude statistique et cibler les sorties au cours de l'évolution. Par conséquent, les figures 8c, d montrent que la variance globale des populations obtenues est bien inférieure à l'optimisation correspondante sans tenir compte de l'incertitude de prédiction, indiquant la robustesse améliorée de l'ensemble de solutions optimales de Pareto identifié au cours de l'évolution.

(a) Le front de Pareto obtenu en considérant l'incertitude de la prédiction statistique, (b) l'ensemble de solutions optimales de Pareto obtenu correspondant à (a). (c) La variance de la population obtenue en optimisant uniquement les ReSM, (d) la variance de la population obtenue en intégrant les ReSM avec l'incertitude de prédiction.

Les trois composants d'encre fonctionnels représentatifs sélectionnés et les caractéristiques de lignes imprimées correspondantes sont représentés dans le tableau 5 et la figure 9, respectivement. Le tableau 5 indique qu'un groupe de points optimaux de Pareto plutôt qu'une solution unique sont identifiés pour équilibrer la relation conflictuelle entre la faible résistivité de la ligne imprimée et la qualité élevée de la ligne imprimée. Par conséquent, différentes sélections peuvent être effectuées en fonction des préférences des utilisateurs, ce qui permet d'optimiser plus objectivement les cibles conflictuelles. Contrairement aux études précédentes où une résistivité similaire a été obtenue dans des lignes d'argent pur44, la flexibilité mécanique et les caractéristiques morphologiques des lignes imprimées peuvent être améliorées simultanément dans cette recherche grâce à l'incorporation de CNT et d'éthanol.

( a - c ) Morphologie de la ligne déposée obtenue à l'aide des compositions d'encre fonctionnelles représentatives du tableau 5, respectivement.

D'autre part, comme les NTC ont les avantages d'une flexibilité mécanique supérieure, des expériences de test de flexion ont été menées pour confirmer l'effet de conduction de pontage des NTC. Comme le montre la Fig. S9a – c, sur la base de la platine mécanique et du système de contrôle de mouvement d'une imprimante 3D à jet d'aérosol, les thermistances imprimées avec des nanocomposites optimisés et une encre fonctionnelle d'origine ont été soumises à un test de flexion répété sous un rayon de flexion de 6 mm (1,04 % souche), respectivement. Par rapport à l'encre fonctionnelle d'origine (voir Fig. S9d), les résultats des tests de flexion montrent que la conductivité de la ligne imprimée est améliorée en raison de l'effet de conduction de pontage des NTC (voir Fig. S9e). Cependant, il convient de noter que la résistance relative globale peut varier légèrement en raison des petites fissures formées dans les nanocomposites après le test de flexion prolongée (voir Fig. S9f).

Dans cette recherche, la composition fonctionnelle de l'encre (encre à nanoparticules d'argent, encre NTC et éthanol) a été optimisée sur la base de l'approche d'optimisation hybride multi-objectifs proposée. L'encre fonctionnelle optimale déterminée peut atteindre une résistivité imprimée de 2,3 µΩ⋅cm, soit 32 % de moins que les lignes d'argent pur, et 1,45 fois la résistivité de l'argent massif. Bien qu'une résistivité de ligne imprimée comparable puisse être obtenue par post-traitement9,10,11, il est important d'améliorer la connectivité intrinsèque au sein de la structure des nanoparticules via la conception du mélange. De plus, comme l'approche proposée optimise simultanément la résistivité et la qualité de la ligne imprimée, elle est plus efficace que l'impression multicouche traditionnelle. En effet, la méthode traditionnelle peut réduire la contrôlabilité de la morphologie des lignes imprimées en raison de l'interaction complexe entre les couches successives.

Dans cette recherche, la relation de cause à effet entre différents composants d'encre (encre d'argent à nanoparticules, encre CNT et éthanol) et les résultats d'impression ont été systématiquement étudiés sur la base de l'approche d'optimisation multi-objectifs hybride proposée, et la composition d'encre fonctionnelle a été optimisée pour atteindre une faible résistivité électrique et une qualité de ligne imprimée élevée, ce qui peut être utile pour améliorer les performances électriques des dispositifs microélectroniques produits par AJP. La technologie AJP étant compatible avec une gamme plus large d'encres fonctionnelles et de tailles de nanoparticules constitutives, l'utilisation de la technologie AJP pour la fabrication de dispositifs microélectroniques polyvalents suscite un intérêt croissant. Dans ce cas, les caractéristiques pilotées par les données facilitent l'optimisation de multiples propriétés conflictuelles des compositions d'encre d'une manière pilotée par les données, ce qui sera bénéfique pour le développement de composants microélectroniques multifonctionnels et la large application de la technologie AJP dans le domaine de électronique imprimée.

Cependant, contrairement à l'impression de lignes droites, les lignes courbes imprimées peuvent se déformer en raison de la concentration de contraintes. Par conséquent, il peut être nécessaire d'ajuster les principaux paramètres de processus dans le processus d'impression des lignes de courbe pour atténuer la concentration de contraintes dans une étude plus approfondie. De plus, les facteurs qui affectent la qualité de superposition des lignes adjacentes, tels que la température de la plaque, la vitesse d'impression et le taux de superposition seront également systématiquement étudiés, ce qui contribue à améliorer la qualité des motifs imprimés dans le cas de traits très fins. De plus, en raison de l'interaction hautement non linéaire entre les compositions d'encre et les paramètres du procédé d'impression, l'ajustement des paramètres du procédé selon des propriétés d'encre spécifiques peut encore améliorer les résultats d'impression. Par conséquent, il est important et difficile d'optimiser simultanément les multiples propriétés conflictuelles dans le multi-espace dans les travaux de recherche futurs.

Les ensembles de données générés et analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Hines, DR et al. Considérations sur l'impression par jet d'aérosol pour la fabrication de circuits électroniques hybrides imprimés. Ajouter. Fab. 47, 102325 (2021).

Google Scholar

Ali, Md. A. et al. Détection des anticorps COVID-19 en quelques secondes via des électrodes 3D revêtues d'oxyde de graphène réduit et nano-imprimées par jet d'aérosol. Adv. Mater. 33, 2006647 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Zhang, H. & Moon, SK Examens des approches d'apprentissage automatique pour l'optimisation des processus d'écriture à l'encre directe sans contact. ACS Appl. Mater. Interfaces 13, 53323–53345 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Agarwala, S., Goh, GL & Yeong, WY Capteur de contrainte imprimé par jet d'aérosol : études de simulation analysant l'effet de la dimension et de la conception sur les performances (septembre 2018). Accès IEEE 6, 63080–63086 (2018).

Article Google Scholar

Ngo, TD, Kashani, A., Imbalzano, G., Nguyen, KTQ & Hui, D. Fabrication additive (impression 3D) : examen des matériaux, des méthodes, des applications et des défis. Compos. B Ing. 143, 172-196 (2018).

Article CAS Google Scholar

Taccola, S. et al. Impression par jet d'aérosol à micro-échelle de motifs de nanoparticules de Fe3O4 superparamagnétiques. Sci. Rep. 12, 17931 (2022).

Article CAS ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Davies, M. et al. Impression par jet d'aérosol de polymères à cristaux liquides dispersés sur des surfaces optiques et des bords très incurvés. Sci. Rep. 12, 18496 (2022).

Article CAS ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kravchenko, DE et al. Impression par jet d'aérosol de la structure métallo-organique ultramicroporeuse en squarate de calcium. Chim. Mater. 34, 6809–6814 (2022).

Article CAS Google Scholar

Zhao, D. et al. Amélioration de la conductivité de l'électronique imprimée par jet d'aérosol en utilisant une encre à nanoparticules d'argent avec des nanotubes de carbone. Microélectron. Ing. 96, 71-75 (2012).

Article CAS Google Scholar

Mo, L. et al. Encre à base de nanoparticules d'argent avec frittage modéré dans l'électronique flexible et imprimée. IJMS 20, 2124 (2019).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Smith, PJ, Shin, D.-Y., Stringer, JE, Derby, B. & Reis, N. Impression directe par jet d'encre et conversion à basse température de motifs d'argent conducteurs. J. Mater. Sci. 41, 4153–4158 (2006).

Article CAS ADS Google Scholar

Chen, G., Gu, Y., Tsang, H., Hines, DR & Das, S. L'effet de la taille des gouttelettes sur la surpulvérisation dans l'impression par jet d'aérosol. Adv. Ing. Mater. 20, 1701084 (2018).

Article Google Scholar

Smith, M., Choi, YS, Boughey, C. & Kar-Narayan, S. Contrôle et évaluation de la qualité des caractéristiques imprimées par jet d'aérosol pour l'électronique flexible et de grande surface. Fléchir. Imprimer. Électron. 2, 015004 (2017).

Article Google Scholar

Kamyshny, A. & Magdassi, S. Nanomatériaux conducteurs pour l'électronique imprimée. Petit 10, 3515–3535 (2014).

Article CAS PubMed Google Scholar

Andrews, JB et al. Transistors à nanotubes de carbone entièrement imprimés et flexibles pour la détection de pression dans les pneus automobiles. Capteurs IEEE J. 18, 7875–7880 (2018).

Article CAS ADS Google Scholar

Wang, K., Chang, Y.-H., Zhang, C. et Wang, B. Conducteur à la demande : film mince nanocomposite polyimide/nanotube de carbone personnalisable par impression par jet d'aérosol bi-matière. Carbone 98, 397–403 (2016).

Article Google Scholar

Wu, HP et al. Haute conductivité des adhésifs conducteurs isotropes remplis de nanofils d'argent. Int. J. Adhes. Adhés. 26, 617–621 (2006).

Article Google Scholar

Seifert, T. et al. Comparaison des technologies de fabrication additive : Morphologie des dépôts d'encre d'argent par impression jet d'encre et jet aérosol. Ing. ind. Chim. Rés. 54, 769–779 (2015).

Article CAS Google Scholar

Salaire, R. (, Lombardi, JP, Rao, PK & Poliks, MD Surveillance en ligne des propriétés électriques fonctionnelles dans le processus de fabrication additive d'impression par jet d'aérosol à l'aide de l'analyse d'image de forme à partir de l'ombrage. J. Manufact. Sci. Eng. 139, 101010 (2017).

Article Google Scholar

Wang, K. et al. Lorsque l'analyse de données basée sur la physique surpasse l'apprentissage automatique en boîte noire : une étude de cas sur le contrôle de l'épaisseur pour la fabrication additive. Creuser. Chim. Ing. 6, 100076 (2023).

Article Google Scholar

Mahajan, A., Frisbie, CD & Francis, LF Optimisation de l'impression par jet d'aérosol pour les lignes d'argent à haute résolution et à rapport d'aspect élevé. ACS Appl. Mater. Interfaces 5, 4856–4864 (2013).

Article CAS PubMed Google Scholar

Arsenov, PV, Efimov, AA & Ivanov, VV Optimisation du procédé d'impression par jet d'aérosol d'encre de platine pour des microstructures conductrices à haute résolution sur des substrats céramiques et polymères. Polymères 13, 918 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Salary, R. (, Lombardi, JP, Weerawarne, DL, Rao, P. & Poliks, MD Une enquête sur la dynamique des fluides computationnelle de l'atomisation pneumatique, du transport des aérosols et du dépôt dans le processus d'impression par jet d'aérosol. J. Micro. Nano-Manufact. 9, 010903 (2021).

Article CAS Google Scholar

Goh, GL, Agarwala, S. & Yeong, WY Lignes jumelles de nanotubes de carbone préférentiellement alignées imprimées par jet d'aérosol pour l'électronique imprimée. ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 43719–43730 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Shao, F. & Wan, Q. Progrès récents sur l'impression par jet de transistors à couches minces à base d'oxyde. J.Phys. D : Appl. Phys. 52, 143002 (2019).

Annonces d'article Google Scholar

Li, N., Shi, C., Zhang, Z., Wang, H. et Liu, Y. Un examen des méthodes de conception de mélange pour le béton géopolymère. Compos. B Ing. 178, 107490 (2019).

Article CAS Google Scholar

Snee, RD & Marquardt, DW Conceptions de sommets extrêmes pour les modèles de mélange linéaire. Technometrics 16, 399–408 (1974).

Article MATH Google Scholar

Gao, Y. et al. Utilisation de la méthode des sommets extrêmes pour l'analyse de la façon dont la composition proportionnelle affecte les interactions des composants et la distribution des produits pendant le traitement hydrothermique. BioResources 11, 4899–4920 (2016).

Article CAS Google Scholar

Ahari, RS, Erdem, TK & Ramyar, K. Propriétés de thixotropie et de dégradation structurelle du béton autoconsolidant contenant divers matériaux cimentaires supplémentaires. Ciment concr. Compos. 59, 26–37 (2015).

Article CAS Google Scholar

He, Z., Zhu, P.-F. & Park, S.-H. Une méthode de fonction de désirabilité robuste pour l'optimisation de surface multi-réponse tenant compte de l'incertitude du modèle. EUR. J. Oper. Rés. 221, 241–247 (2012).

Article MathSciNet MATH Google Scholar

Liu, Z., Li, M., Weng, Y., Wong, TN & Tan, MJ Approche de conception de mélange pour optimiser les propriétés rhéologiques du matériau utilisé dans l'impression 3D de matériaux cimentaires. Constr. Construire. Mater. 198, 245-255 (2019).

Article CAS Google Scholar

Costa, NR, Lourenço, J. & Pereira, ZL Approche de la fonction de désirabilité : examen et évaluation des performances dans des conditions défavorables. Chemom. Renseignement. Laboratoire. Syst. 107, 234-244 (2011).

Article CAS Google Scholar

Deb, K. & Jain, H. Un algorithme d'optimisation évolutif à plusieurs objectifs utilisant une approche de tri non dominée basée sur des points de référence, partie I : Résolution de problèmes avec des contraintes de boîte. IEEE Trans. Évol. Calcul. 18, 577–601 (2014).

Article Google Scholar

Deb , K. , Pratap , A. , Agarwal , S. & Meyarivan , T. Un algorithme génétique multiobjectif rapide et élitiste : NSGA-II. IEEE Trans. Évol. Ordinateur. 6, 182-197 (2002).

Article Google Scholar

Yuan, J., Wang, K., Yu, T. & Fang, M. Optimisation multi-objectifs fiable du processus WEDM à grande vitesse basée sur la régression du processus gaussien. Int. J.Mach. Outils Manuf 48, 47–60 (2008).

Article Google Scholar

Wang, X. & Liu, J. Progrès récents dans l'électronique imprimée flexible en métal liquide : propriétés, technologies et applications. Micromachines 7, 206 (2016).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Liu, Y. & Derby, B. Étude expérimentale des paramètres pour une performance stable du jet d'encre à la demande. Phys. Fluides 31, 032004 (2019).

Annonces d'article Google Scholar

Selvam, A. et al. Optimisation multi-objectifs et prédiction de la rugosité de surface et du temps d'impression en polymère ABS imprimé FFF. Sci. Rep. 12, 16887 (2022).

Article CAS ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jeirani, Z. et al. Le plan d'expériences en mélange optimal : méthode alternative d'optimisation de la composition de la phase aqueuse d'une microémulsion. Chemom. Renseignement. Laboratoire. Syst. 112, 1–7 (2012).

Article CAS Google Scholar

Zhao, D., Liu, T., Zhang, M., Liang, R. & Wang, B. Fabrication et caractérisation de capteurs de contrainte imprimés par jet d'aérosol pour structures composites multifonctionnelles. Maître intelligent. Structure. 21, 115008 (2012).

Annonces d'article Google Scholar

Zhang, H., Moon, SK & Ngo, TH Méthode d'apprentissage automatique hybride pour déterminer la fenêtre de processus de fonctionnement optimale dans l'impression 3D par jet d'aérosol. ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 17994–18003 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Amini-Sarteshnizi, R., Hosseini, H., Bondarianzadeh, D., Colmenero, FJ et Khaksar, R. Optimisation de la formulation de saucisses prébiotiques : effet de l'utilisation de β-glucane et d'amidon résistant par une approche de conception de mélange optimale D. LWT Food Sci. Technol 62, 704–710 (2015).

Article CAS Google Scholar

Frey, BJ & Dueck, D. Regroupement en faisant passer des messages entre des points de données. Sciences 315, 972–976 (2007).

Article MathSciNet CAS MATH ADS PubMed Google Scholar

Mousumi, JF et al. Impression laser localisée et frittage de nanoparticules d'argent pour la métallisation de cellules solaires en silicium. En 2021 IEEE 48th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC) 2544–2546 (IEEE, 2021). https://doi.org/10.1109/PVSC43889.2021.9518857.

Fujimoto, KT et al. Jauge de contrainte capacitive imprimée par jet d'aérosol pour matériaux structuraux souples. NPJ Flex. Électron. 4, 32 (2020).

Article Google Scholar

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Ce travail a été en partie soutenu par les grands projets de recherche en sciences naturelles dans les universités de la province d'Anhui [numéro de subvention KJ2021ZD0137], le projet clé de sciences naturelles du département provincial de l'éducation d'Anhui [numéro de subvention KJ2021A1111] et en partie par le projet de démarrage de recherche doctorale de l'Université de Suzhou [subvention numéro 2021BSK023]. Le soutien précieux du professeur Moon Seung Ki et du Dr Choi Joon Phil du Centre d'impression 3D de Singapour (SC3DP) de l'Université technologique de Nanyang est reconnu.

École d'ingénierie de l'information, Université de Suzhou, Suzhou, 234000, Chine

Haining Zhang et Haifeng Xu

École de mécanique et d'aérospatiale, Université technologique de Nanyang, Singapour, 639798, Singapour

Haining Zhang et Shuai Yin

China Aerospace Times Feihong Technology Co., Ltd., Pékin, 100854, Chine

Zhixin Liu

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HZ : méthodologie, investigation, rédaction-ébauche originale. SY : méthodologie, enquête. ZL : conceptualisation, méthodologie, rédaction—ébauche originale. HX : conceptualisation, méthodologie, rédaction—révision et édition.

Correspondance à Haifeng Xu.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Zhang, H., Liu, Z., Yin, S. et al. Une optimisation hybride multi-objectifs de la composition d'encre fonctionnelle pour l'impression 3D par jet d'aérosol via la conception de mélange et la méthodologie de surface de réponse. Sci Rep 13, 2513 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29841-0

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Reçu : 23 novembre 2022

Accepté : 10 février 2023

Publié: 13 février 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-29841-0

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