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萊寶真空卷繞式真空鍍膜工藝試驗平臺

真空技術應用于高標準鍍膜工藝中,已被一再證明是非常行之有效的生產方式。在一次高端客戶活動中,位于英國阿克寧頓的Emerson 和 Renwick展示了高效的工程技術是如何簡化生產工藝流程的。

Emerson 和 Renwick 出品的GENESIS 系列鍍膜工藝試驗機是一個入門級柔性材料真空鍍膜和卷材處理平臺,滿足了對柔性產品、設備進行開發和產業化的要求。要提供定制化鍍膜解決方案,需要對客戶的產品和工藝如何在卷繞生產條件下運行有深入的了解,以加速產品商業化生產的進程。

 

鍍膜源使用圓筒式設計,可適用基于濺射、電子束、反應離子刻蝕工藝基礎上的各種真空鍍膜材料。并且此鍍膜平臺可以作為基于PE-CVD、HiPiM 或 ALD (單原子層沉積)工藝的基本版卷繞式鍍膜系統,可輔以等離子輔助處理或線性離子源技術作為鍍膜前后的材料表面改性工藝。該系統設計使用戶可以根據不斷變化的市場和技術要求自行調整設備工藝,無需投資購買全套新設備。圓筒式鍍膜源的模塊化設計,便于在真空環境下切換所需基底的生產工藝。

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為獲得工藝運行所必需的真空環境,鍍膜機設計需要借鑒已有的經驗,來管理實際所需的氣體壓強,包括啟動與維持,尤其是在不同的生產環節中獲得適當的真空度。因此,從設計之初,Leybold(萊寶)就一直針對GENESIS系列卷繞式試驗鍍膜機的真空系統,與 Emerson and Renwick 展開了設計上的合作。

 

PASCAL是一款特殊的設計工具,是Leybold 獨創的模擬軟件,利用該軟件可根據客戶指定的要求對真空系統進行理論設計和計算——這個任務貌似輕而易舉,但實際計算結果對系統的各個參數非常敏感,涉及到很多應用知識和經驗。

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使用這個模擬軟件的目的在于確定最適合獲取所需工藝條件的真空泵組系統。該軟件使用真空計算的經典方程,結合實測數據和/或授權的計算模型對真空泵和部件進行模擬計算,其計算涵蓋從大氣壓到超高真空的整個真空壓強范圍。

 

工作點計算是一項主要的計算功能,用于計算穩定狀態下,維持一定的氣體流量或者壓強水平時的工況。抽空計算也同樣重要,主要用于分析對抽空時間比較敏感的工藝,例如,計算系統暴露大氣后重新抽空到工藝壓強水平所需要的時間、或者模擬周期性工藝的節拍等。為此,相關參數如管道流導、部件容積、解吸特性等均需要加以考慮。另外,一些物理效應也在計算中予以模擬,例如由于熱力學效應引起的腔體內氣體溫度隨壓強和時間的變化,以及配置變頻器的機械式增壓泵變頻過程中的過渡工況等。抽速計算則主要用于考察管道流導對抽空性能的影響。

 

模擬軟件 PASCAL 將每個泵和部件均設計為獨立的真空元件模型。真空系統設計完全二維圖形化,可以在單個系統內使用多個腔室,也可以同時計算兩個或更多獨立的真空系統以便相互比較。所有泵和閥門均可設定其開關狀態;用戶可以通過壓強、時間或其他真空參數控制其開關。另外,可以在真空系統任何位置添加特定的約束條件(壓強或氣體流量約束條件)。

 

真空系統的設計是相當復雜的,卷繞式鍍膜機也不例外。為達到預期的真空效果,準確了解工藝條件十分重要。管道、材料脫氣、閥門的開關時機等都對真空性能有重大影響。PASCAL模擬程序設計精密,可變更多項計算設置,以便優化抽空系統,從而延長設備無故障運行時間,節約能源,降低設備總運營成本。

 

然而,與所有軟件一樣,要讓這個軟件物盡其用需要專業知識和經驗。“Leybold(萊寶)一直鼎力支持我們驗證對于 GENESIS 卷繞式鍍膜機的設計構想。憑借其真空專業知識和快速準確的計算工具,我們在設計和選擇真空部件時得以節約了大量的時間。通過這種方式,我們獲得了最佳的性價比并在很大程度上保持了靈活性。”Emerson and Renwick 的鍍膜及層壓部門經理 Nick Bustcher 如是說。

 

GENESIS 卷繞式鍍膜機提供全部、部分或非接觸式操作三種可選的卷材路徑,以及兩種速度范圍。此平臺可用于處理最具柔性的材料,并可以為高敏感度的表面沉積工藝提供交互可選的解決方案。為了實現這些選項和模塊的多樣性,真空技術為其創造了必要的工藝條件。

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為了控制這些基于真空的制造工序,鍍膜機裝備了光譜儀、OD、電阻測量、RGA(殘余氣體分析)、真空計,以及基于壓強或等離子發射原理的沉積率控制儀。該平臺可以為工藝工程師或操作員提供實時反饋,以確保產品符合所需的鍍膜工藝要求。通過先進的軟件監控、運行記錄、運行日志和控制設備,用戶得以將科研標準應用于生產線,并在生產工藝條件有異時實現在線報警。

 

使用“即插即用”式設備,用戶可以從基礎平臺或機架開始,自行定制選項,也可以選擇在未來某個時點進行升級。這為最終用戶提供了一個多功能平臺,用戶可以以最小的裝機量開發并量產其柔性產品。已安裝的真空系統也可以根據相應變化予以升級。


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