Giyilebilir ürünlere endüstriyel mürekkep püskürtmeli baskı

Giyilebilir ürünlere endüstriyel mürekkep püskürtmeli baskı

"Giyilebilir cihazlar", "giyilebilir teknoloji" gibi terimlerin tümü, tüketici tarafından giyilebilen ve çoğunlukla sağlık ve fitness ile ilgili takip bilgilerini içeren elektronik teknolojilere veya bilgisayarlara atıfta bulunur. Bilek, baş, gözlük, kol, bacak ve ayak giyimi, cilt yamaları, dış iskeletler ve e-tekstiller bu kapsamdadır ve cihaz pazarı çok büyüktür. Endüstriyel mürekkep püskürtme, ürüne doğrudan işlevsel ve işlevsel olmayan özel baskıyı mümkün kılan tek dijital teknolojidir.

Temel çıkarımlar

• Mürekkep püskürtme, giyilebilir ürünlere doğrudan işlevsel ve işlevsel olmayan özel baskıyı mümkün kılan tek dijital teknolojidir.
• Satış gerekçesini baskının kendisi değil kişiselleştirme belirler; markalar bunu sadakati artırmak ve tasarım geri bildirimi toplamak için kullanır.
• Cilt teması sertifikasyonu artık bekleniyor. 2014'te bir milyon adetlik giyilebilir ürün geri çağrılmasının ardından tedarikçiler malzemeleri cilt teması standartlarına göre sertifikalandırıyor.
• Uzun süreli cilt temasına yönelik malzeme formülasyonlarında PPD (p-fenilendiamin) gibi tahriş edici maddelere dikkat edin.
• Mürekkep püskürtme analog baskıdan daha hassastır; baskı kafalarının, sıvıların, kontrolörlerin, ön işlemin ve kürlemenin tek bir sistem olarak entegre edilmesini gerektirir.

Kişiselleştirme talebi

Kişiselleştirme talebi; ister sağlık ve fitness performans ürünleri, ister akıllı saatler, ister yüzlerce alternatif etkileşimli bileklik ürünü olsun, satışları yönlendiriyor. IDTechEx yakın tarihli bir makalesinde giyilebilir elektronik pazarının 2015'te 20 milyar dolardan 2025'te yaklaşık 70 milyar dolara yükseldiğini belirtti.1 Baskın sektör, tıp, fitness ve sağlığı birleştiren sağlık sektörü olmaya devam edecek. En umut vadeden yeni gelişmelerin arkasında Apple, Accenture, Adidas, Fujitsu, Nike, Philips, Reebok, Samsung, SAP ve Roche gibi en çok sayıda büyük isim yer alıyor. Bain & Company'ye göre ürün kişiselleştirme, markaların satışlarını artırmasına yardımcı oluyor ve fırsat büyük.2 Alışveriş yapanların en az yüzde 25-30'unun kişiselleştirme seçenekleriyle ilgilendiği tahmin ediliyor. Belirli pazarlarda bu, sektör başına yılda 2 milyar dolara denk gelir. İki önemli eğilim ortaya çıktı: birincisi, günümüz tüketicileri daha ifadeci; ikincisi, kişiselleştirme yeni sadakattir.

Sık sorulan sorular

Baskı açısından "giyilebilir ürün" sayılan nedir?

Tüketici tarafından giyilen, çoğunlukla sağlık ve fitness verilerini takip eden elektronik teknolojiler veya bilgisayarlar. Uygulamada bilek, baş, gözlük, kol, bacak ve ayak giyimi, cilt yamaları, dış iskeletler ve e-tekstilleri kapsar; bu ürünler sert veya esnek olabilir.

Tampon veya serigrafi baskı yerine neden mürekkep püskürtme kullanılır?

Çünkü ticari itici güç kişiselleştirmedir. Mürekkep püskürtme, ürüne doğrudan özel baskıyı mümkün kılan tek dijital teknolojidir; böylece her birim farklı içerik taşıyabilir. Analog dur-kalk prosesleri karşılaştırmalı olarak düşük verimlidir ve standart ürünlerde birden fazla renk neredeyse maliyet açısından engelleyici hale gelir.

Giyilebilir ürünlerdeki mürekkepler için hangi güvenlik standartları geçerlidir?

Uzun süreli cilt temasına yönelik malzemeler cilt teması standartlarına göre sertifikalandırılır; bu eğilim, bir üreticinin 2014'te bir milyon giyilebilir cihazı geri çağırmasının ardından hız kazandı. Formülasyonlar PPD veya p-fenilendiamin gibi cilt tahriş edicilerinden kaçınmalıdır.

Mürekkep püskürtmeyi analog baskıdan daha zor yapan nedir?

Hassasiyet. Mürekkep püskürtme, nozulların tam boyutlu damlaları kusursuz doğrulukla püskürtmesini gerektirir ve yüksek kaliteli bir sistem baskı kafalarını, sıvıları, elektronik kontrolörleri, ön işlemi ve kürlemeyi eşzamanlı olarak entegre etmelidir. Hepsi hedeflenen sonucu üretmek için birlikte çalışmalıdır.

UV ile kürlenen mürekkep püskürtme mürekkepleri diğer mürekkep türlerinden nasıl ayrılır?

Polimer, kürleme sırasında monomerlerin ve oligomerlerin zincir reaksiyonuyla oluşur. Monomerler aynı zamanda mürekkep taşıyıcısı görevi gören düşük viskoziteli sıvılardır; bu da su veya çözücü ihtiyacını ortadan kaldırır ve UV mürekkepleri yüzde 100 katı madde yapar.

Giyilebilir ürünlere mürekkep püskürtmeli baskı

Bu makalenin odağı, etkileşimli elektronik cihazlardan ve saatlerden spor ayakkabılara ve giysilere, 3B baskılı ürünlere kadar kalıplanmış giyilebilir ürünlere mürekkep püskürtmeli baskıyla "kişiselleştirme"dir. İlk ve en tanınan giyilebilir ürünlerden biri, "MagicBand" olarak da adlandırılan Disney'in bileklik ürünüdür. Her bileklik, 2,4 GHz'lik kablosuz telefonlardakine benzer bir RFID ve bir telsiz içerir. Bileklik, ziyaretçileri park içindeki geniş ve güçlü bir sensör ve mobil uygulama sistemine bağlar; ödeme aracı, park giriş bileti, oda anahtarı ve daha fazlası olarak işlev görür. Bilekliklerin çoğu düz renklidir (kalıplandığı gibi). Her bilekliğin alt yüzü lazerle markalanmıştır ve kimlik bilgilerini içerir (yukarıya bakın. Fotoğraf kaynağı: Disney FCC Filing ID Q3E-MB-R1G1). Önceden tasarlanmış dekorlu bileklikler perakende noktalarında satılır. Ancak benzersiz, tek kopyalık bir deneyim için meraklılar, grafik sanatları mağazalarında bulunan emek yoğun çok adımlı aplikeler, çıkartmalar, geçici dövmeler, kapak bileklikler ve boyalarla bileklikleri elle hazırlar.

Mürekkep püskürtmeli baskı, işlevsel sıvıları geniş bir uygulama yelpazesinde, benzersiz veya karmaşık desenlerde ya da yeni altlık malzemelere biriktirme konusundaki eşsiz yeteneği nedeniyle ileri üretim proseslerini yönlendirmektedir. Örneğin tüm teknolojiler için iletken mürekkepler birçok alanda, özellikle esnek altlık malzemelerde çığır açmaktadır. Gümüş, organik iletken polimerler, grafen ve karbon nanotüp mürekkepleri esnek elektroniğin tamamında devre ve konnektörler için kullanılmaktadır. Mürekkep püskürtmeyle bunlar, giysiler (örnek: kayak montları) üzerindeki basılı düğmeler (ince film dokunmatik düğmeler) ile mobil cihazlar, pasif veya aktif RFID etiketleri ya da LED aydınlatma arasında konnektör olarak kullanışlı hale gelir. Organik ışık yayan diyot (OLED) teknolojisi yalnızca esnek olmakla kalmaz, mürekkep püskürtmeyle dış giyimde tanımlama, güvenlik veya dekorasyon için de uyarlanabilir. Ayrıca mürekkep püskürtmeyle, altı veya daha fazla ayrı katmandan oluşan yapılar elde etmek için farklı malzemelerin birden fazla katmanı basılmaktadır.

Gerçekten elastik iletkenler her teknoloji için nadirdir. Purdue Üniversitesi, gerilebilir ve kauçuk benzeri malzemeler için uygun olduğu gösterilen, mürekkep püskürtmeyle basılabilen yeni bir sıvı metal iletken sınıfı duyurdu.3 Bunlar, insanların bilgisayarlarla etkileşim kurmak veya terapötik amaçlarla giyebileceği yeni bir esnek robot ve gerilebilir giysi sınıfını mümkün kılabilir.

Yapıştırıcılar giyilebilir ürünlerin temel taşıdır ve karmaşık geometriler için (örneğin spor ayakkabılar) çoğu zaman gereklidir. Robot kontrollü, büyük damla boyutlu baskı kafaları yapıştırıcıları giderek artan sayıda düzensiz yapıya uygular; aşırılık olmadan tam kaplama sağlarken kısa serilere ve sık değişikliklere de uyum sağlar. Lateks mürekkep püskürtme yapıştırıcıları geleneksel formülasyonlarla eşleşebilir. Ultraviyole (UV) ve elektron ışını (EB) ile kürlenen mürekkep püskürtme yapıştırıcıları giderek daha fazla bulunmakta ve farklı malzemelere yapışırken anında kürleme talebini karşılamaktadır.

UV ile kürlenen mürekkep püskürtme; dış giyim, rozetler, reflektif ekipman, spor ekipmanları ve spor ayakkabılarda popülerdir. Baskıların çoğu, tepsiler veya kalıplar üzerinde şablonlarla hassas biçimde yerleştirilen ve gidip gelen baskı kafalarının altından geçen ürünlerde yapılır. Yüksek verimlilik için tam genişlikli sabit baskı kafalarına sahip tek geçişli yazıcılar, görüntüleri bant üzerinde taşınan ürünlere 60 fpm veya daha yüksek hızlarda uygular. Bantta çoğu zaman tepsiler bulunur ve ürünler her zaman sabit konumdadır; ya da yazıcı ürün konumunu ve yönünü bulmak için kameralara dayanır ve görüntüyü buna göre püskürtür. UV kürleme için baskı kafalarından sonra bir lamba bulunur. LED lambalar uzun ömür, tutarlı çıkış, sınırlı ozon oluşumu ve düşük enerji kullanımı nedeniyle giderek daha popüler hale gelmektedir. Giyilebilir ürünler için en büyük değer, serin olmaları ve altlık malzemenin çok az ısınmasıdır. Isıya duyarlı plastikler, kumaşlar ve filmler büzülme veya deformasyon korkusu olmadan basılabilir. Enerji ile kürlenen mürekkep kullanıcıları için bir uyarı: sıvı mürekkepler tehlikeli olduğundan güvenlik ve dayanıklılık için her zaman düzgün biçimde kürlenmelidir.

UV ile kürlenen mürekkep püskürtme mürekkepleri

Mürekkep püskürtmeli baskı, analog baskıdan çok daha karmaşık ve hassastır. Mürekkep püskürtme, nozulların tam boyutlu damlaları kusursuz doğrulukla püskürtmesini gerektirir. Yüksek kaliteli mürekkep püskürtmeli baskı sistemleri; baskı kafalarını, sıvıları, elektronik kontrolörleri, ön işlemi ve kürlemeyi eşzamanlı olarak entegre etmelidir. Bunların tümü hedeflenen sonuçları üretmek için birlikte çalışmalıdır.

UV ile kürlenen mürekkep püskürtme mürekkepleri anında kurur. UV mürekkeple baskı diğer türlerden farklıdır; çünkü polimer, kürleme sırasında monomerlerin ve oligomerlerin zincir reaksiyonuyla oluşur. Monomerler düşük viskoziteli sıvılardır; bu yüzden aynı zamanda sıvı mürekkep taşıyıcısı olarak işlev görür ve su veya çözücü ihtiyacını ortadan kaldırır. UV ile kürlenen mürekkeplerin yüzde 100 katı madde olması ve çözücü mürekkeplere ideal alternatif olması bundandır. Oligomerler (daha büyük reaktif moleküller) birden fazla kimyasal işlevselliğe sahiptir ve bağlayıcının doğru oluşturulması için kritiktir.

Polimerizasyon, görünür ışıktan daha kısa dalga boyuna ve daha yüksek enerjiye sahip elektromanyetik radyasyon olan UV ışığına kısa süreli maruz bırakılmayla başlatılır. UV kürlemenin çoğunda yakın UV (390-200 nanometre dalga boyu) kullanılır. Bu aralık ayrıca UV-A (390-320 nanometre) veya uzun dalga, UV-B (320-280 nanometre) veya orta dalga ve UV-C (280-200 nanometre) veya kısa dalga olarak ayrılır. Yakın UV'nin yanı sıra diğer UV kategorileri arasında uzak UV (200-10 nanometre) ve derin UV (31-1 nanometre) bulunur. Geleneksel cıva UV kürleme lambaları için en yaygın tepe dalga boyu 365 nanometredir; buna cıva I-çizgisi (ışık spektrumu) da denir.

Basılı giyilebilir ürünler tüketicilerin elinde tutulur ve çok yakından görsel incelemeye tabi tutulur. Alfanümerik metin altı punto veya daha küçük olabilir. Görünür kusurları önlemek ve okunabilirliği sağlamak için yüksek çözünürlüklü baskı gerekir. Yüksek çözünürlüklü mürekkep püskürtmeli baskının iki temel bileşeni vardır: noktaların altlık malzeme üzerindeki aralığı ve noktaları oluşturan damlacıkların boyutu (hacmi). Yüksek çözünürlük, damlacıkların yakın yerleştirilmesiyle (şu an 1.800 x 1.800 dpi'ye kadar) elde edilir; bu da tipik salınımlı kafalı yazıcıda birden fazla geçiş ve küçük adımlar gerektirir.

UV'ye duyarlı bileşenler, enerjiyi soğuran ve türüne bağlı olarak serbest radikal veya katyonik olan son derece reaktif kimyasal türler oluşturmak üzere ayrışan bileşikler olan foto-başlatıcılardır. Her biri bir monomerin veya oligomerin bir kısmına bağlanabilir; bu da aktiviteyi başka bir kısma aktarır, o da başka bir monomerle reaksiyona girebilir ve bu böyle sürerek polimeri oluşturur. UV mürekkepler pigment renklendiriciler kullanır. Formülasyon ve mürekkep üretimindeki gelişmeler, üreticilerin özellikle koyu renkli altlık malzemelerde taban olarak veya şeffaf yüzeylerde arka plan olarak yararlı olan beyaz (W) sunmasını sağlar. Mürekkep püskürtmenin ana renkleri olan camgöbeği, macenta, sarı ve siyah (CMYK) birlikte geniş bir renk gamı sunar.

Güneş ışığında solma, baskı dayanıklılığı açısından önemli bir endişe olabilir. UV mürekkepler boya değil pigment kullandığından masaüstü mürekkeplere göre doğal olarak güneş ışığına daha az duyarlıdır. Mürekkepler otomotiv boya endüstrisinin pigmentleriyle yapıldığında çok iyi solma direnci elde edilir. Daha maliyetli olsalar da premium mürekkeplerde kullanılırlar. Güneş ışığı ayrıca polimeri bozarak tebeşirlenmeye ve kırılganlığa yol açabilir. Beş yıllık sürekli açık hava ışığına maruz kalma, yaygın olarak karşılanan bir beklentidir.

Katkı maddeleri tüm mürekkep formülasyonlarında şarttır. Plastik baskısına yönelik mürekkepler genellikle yapışma güçlendiriciler içerir. Mürekkep püskürtmenin merkezinde yer alan püskürtme ve damlacık oluşumu, viskozite düzenleyicileri ile yüzey aktif maddelerin dikkatli dengelenmesini gerektirir. Doğru değilse mürekkep sis oluşturabilir veya kafa üzerinde yayılabilir; ikisi de kabul edilemez. Bu aynı bileşikler, mürekkebin altlık malzeme üzerindeki ıslanmasını ve akışını, yani yapışmayı ve nokta büyümesini de kontrol eder. Genellikle belirli bir yüzey kimyası için optimize edilirler, ancak sınırlamalar vardır. Örneğin düşük yüzey enerjili bir altlık malzemeyi ıslatacak bir mürekkep, baskı kafasından sızacaktır. Bu nedenle birçok yüzeyin, mürekkebin işlev aralığına girmesi için işlenmesi gerekir.

Mürekkep püskürtme mürekkepleri düşük viskoziteli ve düşük yüzey gerilimlidir; bu da asetal, poliolefin ve poliüretan gibi birçok polimer altlık malzemede adhezyon ile birleştirme zorlukları yaratır. Bu tür kimyasal olarak inert plastikler hidrofobiktir ve doğal olarak ıslanabilir değildir. Genel bir kural olarak, kabul edilebilir yapışma mukavemeti, altlık malzemenin yüzey enerjisi sıvının yüzey geriliminden yaklaşık 8 ila 10 dyne/cm daha yüksek olduğunda elde edilir.

Baskı makinesinin hızı da mürekkebin etkin yüzey gerilimini etkileyebilir. Statik olarak 25 dyne yüzey gerilimi ölçülen bir mürekkep, yüksek hızlı bir makinede dinamik olarak 40 dyne yüzey gerilimli bir mürekkep gibi davranabilir. Mürekkep püskürtme baskı kafalarının ve baskı sistemlerinin dağıttıkları sıvılar üzerindeki etkisi, sıvı bileşenlerinin dağıtım sırasında ve baskı yüzeyi ile diğer mürekkep veya kaplama katmanlarıyla etkileşim sırasında yeniden hizalanma biçimini önemli ölçüde etkileyebilir.

İşlemin derecesi veya kalitesi, plastik yüzeyin temizliğinden etkilenir. En uygun ön işlem ve ardından mürekkep yapışması için yüzey temiz olmalıdır. Silikon kalıp ayırıcı, kir, toz, gres, yağlar ve parmak izleri gibi yüzey kirlenmeleri işlemi engeller. Malzeme saflığı da önemli bir faktördür.

Sonuç: bütünsel çözüm metodolojisi

Giyilebilir ürünlere yönelik polimerik malzemelerin geliştirilmesi ve mürekkep püskürtmeli baskı için bütünsel bir çözüm metodolojisi şarttır. Tüketici gereksinimleri ve işlevsellik geliştikçe, uzun süreli cilt temasına ayrılan malzemelere yönelik talepler de artar. FitBit'in 2014'te bir milyon giyilebilir cihazı geri çağırmasının ardından tedarikçiler malzemeleri cilt teması standartlarına göre sertifikalandırıyor. Mürekkep püskürtmeli baskı proses kontrolleri de aynı derecede önemlidir. Önemli faktörler şunlardır:

• Cildi tahriş etmeyecek malzeme formülasyonları (deri, kauçuk, termoplastik poliüretan, kopoliester elastomerler ve katkı maddeleri dahil); örneğin PPD veya p-fenilendiamin.
• Dayanıklılık, kimyasal direnç, UV direnci ve çizilme direnci dahil malzeme gereksinimleri.
• ISO 10993-10:2010 (Tıbbi cihazların biyolojik değerlendirmesi, Bölüm 10) gibi toksisiteye ilişkin uluslararası uyumluluk standartları.
• Mükemmel mürekkep yapışması. Yüzeye göç eden düşük moleküler ağırlıklı bileşikleri en aza indirin.
• Mürekkep sıvı kimyası ve püskürtme performansı.
• Üretim tesislerinin yanı sıra kiosklarda da kurulabilen sağlam yazıcı sistemleri.

Kaynaklar

• www.idtechex.com
• www.bain.com
• www.purdue.edu

Scott R. Sabreen, plastik ikincil işleme süreçlerinde (lazer markalama, yüzey ön işlemleri, yapıştırma, dekorasyon ve yüzey işleme ve ürün güvenliği) uzmanlaşmış bir mühendislik şirketi olan The Sabreen Group, Inc.'in kurucusu ve başkanıdır. Sabreen, 30 yılı aşkın süredir öncü teknolojiler geliştirmekte ve üretim sorunlarını çözmektedir. Kendisine 972.820.6777 numaralı telefondan veya www.sabreen.com ya da www.plasticslasermarking.com adreslerini ziyaret ederek ulaşabilirsiniz.

Dene Taylor, Ph.D., 2000 yılında baskı ve ambalaj sektörlerine hizmet vermek üzere SPF-Inc.'i kurmuştur; odak noktası dijital baskıyı yeni pazarlara ve uygulamalara uyarlamaktır. Eğitimle nano-kimyager olan Taylor'ın 25 ABD patentinin yaklaşık yarısı dijital baskıyla ilgilidir. SGIA, TAPPI ve RadTech üyesidir. Kendisine [email protected] adresinden ulaşılabilir.

---