롤투롤 정전기력 잉크젯 프린팅 시스템을 위한 웹 장력제어 알고리즘 개발

Abstract

본 연구는 기존의 연속생산의 롤투롤 시스템과 정전기력 잉크젯 프린팅 시스템을 결합하여 하이브리드 방식의 새로운 잉크젯 프린팅 시스템을 설계 및 개발하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 기존 웹 이송 기반의 롤투롤 시스템 기술과 잉크젯 프린팅 기술에 대한 이론적 연구와 실제 시뮬레이션 및 실험을 통하여 각 공정에 대한 특성 및 장단점에 대해 확인하였고 이를 통하여 하이브리드 잉크젯 프린팅 시스템의 실제 설계, 개발을 통하여 하이브리드 형태의 프린팅 시스템의 고려사항 및 특성을 확인하였다. 그리고 롤투롤 기반의 정전기력 잉크젯 프린팅 기술요소 중의 하나인 다중스팬의 웹 장력제어를 기존 PID제어 알고리즘와 Back-Stepping제어 알고리즘의 시뮬레이션 결과를 통하여 비교하였으며 이는 고정밀 제어도를 필요로 하는 롤투롤 정전기력 프린팅 시스템에 필요한 요소이다. 기존 PID제어 알고리즘에서의 최적이득을 통한 제어와 Back-Stepping제어 알고리즘에서의 최적이득을 통한 시뮬레이션 결과를 비교 시 PID제어 알고리즘에서의 결과는 Case 1 및 Case2에서 실 장력에 대한 응답 값이 크게 변동이 생겼음을 알 수 있었다. 반면 Back-Stepping제어 알고리즘를 사용하여 두 가지 케이스에 대한 시뮬레이션을 진행한 결과 두 케이스의 전 시간영역에서 안정된 장력에 대한 응답 값을 보이고 있으며 PID제어 알고리즘와 비교 시에도 파형의 왜곡이 없었다. 본 연구를 통하여 롤투롤 정전기력 잉크젯 프린팅 시스템에 대한 실제 설계 및 제작과 그에 따른 웹의 장력제어를 위한 개선된 Back-stepping제어 알고리즘을 제시하였다. 그 결과 비교를 위해 같은 같은 조건(가정, 이득수령 알고리즘, 동일한 기준장력, 속도)을 통해 시뮬레이션을 진행한 PID제어 알고리즘과 비교시 응답값 및 응답시간 및 기준장력에 대한 실 제어장력에 대한 결과값이 큰 차이를 보였다. 이러한 개선된 장력제어 알고리즘을 바탕으로 추후 사행제어와 인압제어의 연구를 통하여 롤투롤 시스템의 통합 제어에 효과적으로 활용될 것이다.

Roll to roll (R2R) continuous printing technology is the process of web treatment method passed by idle rolls and printed by press rolls. All procedures about continuous printing are operated in all-in-one system. Development of this technology is accomplished for mass production such as printed electronics, RFID, printing newspaper, advertisement. After 2000, throughout the development of various materials and conducting inks, there are many researches about electronics element of solar cell, RFID, OLED (organic light emitting diode) and TFT (thin film transistor). Roll to roll continuous printing technology is consisted of three methods of printing: offset printing technology, gravure printing technology and flexography printing technology. Contacted printing method is with the other meaning of roll to roll continuous printing technology; it is a useful technology that passes between idle rolls, printing press rolls, and contacted press rolls. It is important to reduce web distortion, product error when controlling roll to roll continuous printing system. There are four control methods of roll to roll continuous printing technology: tension control of web materials, lateral control to reduce web distortion, printing pressure control to reduce product error, and register control to print multi-layer substrate. Roll to roll continuous printing technology has advantages of manufacturing mass production, low-cost product and reducing procedure in printing progress. But there is problem about additional cost of changing product type, difficult to manufacturing high performance product. Therefore, we center on research to apply multiple manufacturing technology in roll to roll continuous printing technology. By using this research, we developed roll to roll based electrostatic inkjet printing system as multiple manufacturing technologies. In the thesis, we proposed an approach for building the roll to roll based electrostatic inkjet printing system. Also, an algorithm for web tension control was given out for roll to roll based electrostatic inkjet printing system by using modified back-stepping control algorithm. The outcome of proposed algorithm proves the reliability throughout simulation results in Matlab/Simulink.