电子学领域最引人瞩目的进步就是有机发光二极管(OLED)电视，其令人欲罢不能的色彩和超薄的设计正在吸引着消费者。和传统平板显示技术不同的是，OLED使用纤薄的柔性面板，面板材料能够发光，采用与有机印刷类似的技术进行生产。
        OLED进入消费市场仅仅几年，由于掩模附着方法和激光退火以及喷墨印刷技术的局限性，大尺寸OLED面板的生产仍旧相对较为昂贵。为了使大型显示面板的生产更为经济，印刷电子厂家注意到了另外一种生产技术——依靠多轴张力控制解决方案实现的数字网面材料卷绕对位处理技术。

 通过对幅面张力的严格控制，卷绕对位系统可以实现印刷电子器件的大规模生产。

        多轴张力控制技术最初是针对数字印刷领域而开发，后来发现这种解决方案非常适合印刷电子的卷绕对位生产www.cechina.cn，例如大尺寸OLED、电纸书介质和集成电路。喷墨打印机将墨水沉淀在纸张上，与此类似，数码卷绕对位处理技术直接在大型柔软的有机基板上压印出薄膜晶体管和其他器件。但是与缓慢的片材进料数字印刷不同，卷绕对位压印中的基板材料由进料卷筒提供，通过压印区，然后由出料卷筒送出，是一个连续的生产过程。一组压电印刷头阵列将墨水（一种导电有机溶剂）精确地附着在基板上。
        这些都在一瞬间发生，例如，采用精确控制的打印机的作业速度是每分钟240米。在卷绕对位处理时，电发光材料或者其他的微晶层以较低的速度附着与基板上，每分钟3到30米。卷绕对位处理的速度极大地降低了制造成本，但是必须要克服一些技术难题。
        速度越快挑战越大
        周末画报要求对配色有精确的控制以防止图片模糊，与此类似，印刷电子具有更为严格的匹配要求，薄膜晶体管（TFT）或者OLED等应用的匹配容差小于10微米。采用高速、高解析度的摄像头测量匹配精度，然后将结果提供给控制系统。为了确保精度等级，要求进行精确的幅面张力控制。
        Rexroth公司作为数码打印领域的领先企业积累了相当多的经验，由它开发的幅面张力控制技术现在被用于应对数码卷绕对位处理技术对于在高速运行前提下保证高匹配精度的挑战。
        幅面张力控制
        实现精确的匹配精度的关键在于两个相互关联的变量：幅面张力和运动速度。幅面运动控制能够确保基板幅面在经过加工区域时具有统一的张力。由于基板的特性会针对负载力的变化做出相应改变www.cechina.cn，所以张力的变化会影响材料附着的稳定性。基板扩展会导致裂纹、断带、短路和分层。打印区域的幅面速度变化影响匹配精度、厚度和解析度。

图1 所示为失稳对幅面材料的影响，幅面材料以每秒5 米的速度运行，两个张力控制器对两个张力区域分别进行控制。张力阶跃降低指令被发送给绿色区域的控制器。图片来源：Bosch Rexroth

        随着幅面向后续工艺流转，必须在每一个张力区域维持恒定的张力，设备会将幅面划分成独立的张力控制区域，每一个区域都需要按照加工需求维持合适且恒定的张力。卷绕对位压印工艺有多个张力区域。当一个张力区域内的张力发生变化而另一个张力区域并不需要这种张力变化时问题就会发生。如果所有区域的张力控制是相互联系的，那么一个区域的张力变化就会导致这种变化如同瀑布一样影响其他区域，导致整个幅面的失稳。
        即使幅面速度为每秒5米，且两个张力区域都配有成功的张力控制器，失稳也会对幅面造成影响。张力递减的指令会发送给下游的区域控制器，上游区域无需做出变化。但是由于网面是连续的，张力变化会被反馈回上游区域，导致上游控制器做出补偿www.cechina.cn，这一补偿变化会进一步影响下游区域，再将抖动反馈给上游区域。这种前后抖动需要持续85秒钟才能稳定。幅面张力最终需要90秒钟才能稳定，这一期间内，设备生产的产品都是废品。
        张力调整环节的挑战
        在理想世界中，幅面失稳永远不会发生，因为永远不需要进行张力调整。但是由于多种机械方面的因素，张力调整实际上是不可或缺的：
        ■ 机械失准导致的振荡；
        ■ 在幅面加速过程中机械组件产生的不同的惯性响应（延迟）；
        ■ 张力辊轴的圆度不好；
        ■ 压送辊轴的滑动；
        ■ 幅面校正过度。
        一些技术工艺和控制问题也会对张力造成影响：张力设定点变化、驱动辊轴的相位差、区域之间的张力传导以及当基板材料通过各种工艺设备时无法避免的热效应（收缩/扩张）。
        由于这些因素的存在，张力调整无法完全消除。任何一个区域内的任何一个因素的矛盾都会对导致张力控制和幅面速度的变化。张力控制区相互连接，由于幅面是连续的，控制器会形成一个反馈循环，所以抖动是无法避免的。
        解耦控制器的优势
        有一种解决方案，将每一个张力区域解耦，每一个控制器都能够独立作业。当精确的控制器搭配一个独一无二的张力解耦功能模块后，这种解决方案就可以在数字印刷应用中得以实现。正如同名字一样，这一功能模块允许每个区域的张力控制器独立工作。因此，张力变化就被限制在这个区域之内，张力的变化不会影响其他区域。

图2 的例子中控制工程网版权所有， 压印机采用了2 个控制器。但是由绿色区域控制器产生的阶跃变化并未引发上游的瀑布式影响。Rexroth 公司的控制器采用解耦的方法将张力控制中阶跃响应减小到了常见控制器的1/4。图片来源：BoschRexroth

        在这个例子中，压印机使用两个控制器。但是由绿色区域控制器产生的阶跃变化并未引发上游的瀑布式影响，控制器采用解耦的方法阻止反馈，将张力控制中阶跃响应减小到了常见控制器的1/4。如描述中一样，张力可以在多达8个轴上实现控制，可以选择一个或者多个不受控制点。在所选轴上，线速度是恒定的www.cechina.cn，在静止时，幅面张力能够被保持不变。多轴张力控制将静止幅面张力的精度提高了2到4倍。获得预期静止幅面张力的速度更快。在不解耦的情况下，13到14秒内可以达到设定点；在解耦的情况下，仅需要3到4秒。
        在加速期间，张力控制解耦能够确保在生产速度达到峰值时幅面也能够保持稳定，如果采用耦合控制的话，至少存在5秒的延迟。如果在运行时发生了张力设定点的变化，解耦的瞬态响应时间是1秒钟，而耦合控制要花费4秒钟。
        与数字印刷不同，卷绕对位幅面印刷技术能够提升生产速度，因为它在高速下还能够保持稳定性。从根本上讲，张力控制过程对经济性有诸多正面影响：卷绕对位幅面印刷的启动更快，节省了时间增加了产出，幅面的长时间稳定能够减少废品增加产量，基板上的张力偏差更小，能够提升匹配精度，使用更为敏感的材料成为可能。
        由于印刷电子的原材料价格是传统基板材料价格的10倍甚至更高，所以解耦多轴张力控制技术能够带来回报是巨大的。原始设备制造商有现成可用的技术可以选择，为卷绕对位设备提供更加稳定的张力控制解决方案。产品投入市场的速度更快，而且得益于集成器件，包括驱动、功能模块和软件控制，解决方案的应用更加容易。有了紧密的匹配和更高的产量，解耦张力控制能够应对卷绕对位压印过程中的诸多挑战，为大尺寸印刷电子产品的生产绘制了光明的未来。