الطباعة النفاثة للحبر على البلاستيك المرن والقابل للارتداء

الطباعة النفاثة للحبر على البلاستيك المرن والقابل للارتداء

تُعد أحبار UV LED المرنة القابلة للمعالجة لطباعة الألوان على منتجات البلاستيك المرنة/القابلة للتمدد والقابلة للارتداء من أحدث التطورات في تقنية الطباعة النفاثة الصناعية. إذ تُقذف صور نابضة قابلة للتخصيص ورموز ثنائية الأبعاد على منتجات بوليمرية مرنة متنوعة، مثل زجاجات البولي أوليفين وأشرطة التمارين الرياضية المطاطية والمنتجات القابلة للارتداء المرنة/المطاطية، دون تشقق الصورة المطبوعة أو تشوهها حتى مع نسب استطالة تمدد عالية. ويتضمن هذا الابتكار حبرًا جديدًا مملوكًا مرنًا بنطاق ألوان كامل يُعالج بـ UV LED ومعتمدًا من حيث السمّية والتوافق الحيوي لتطبيقات محددة.

أبرز النقاط

• تستطيل المنتجات عالية التمدد بنسبة 50–200%، ولذلك يجب أن يتمدد الحبر معها دون تشقق أو تشوه للصورة.
• يجب أن يكون الحبر ومعالجة LED نظامًا متطابقًا، إذ تُحدد معًا مواصفات الطول الموجي والإشعاع وكثافة الطاقة ومسافة العمل والتبريد.
• شهادة ملامسة الجلد مهمة. إذ يمكن اعتماد أحبار المنتجات القابلة للارتداء وفق ASTM D 4236 (LHAMA، 16 CFR 1500.14) للبالغين والأطفال.
• الحبر الأبيض هو الأصعب: فهو سميك وشديد التصبّغ وعرضة للفشل التماسكي والترسب، ولذلك يحتاج إلى تدوير مستمر.
• بعض الركائز منخفضة الطاقة لا تحتاج إلى معالجة أولية عند استخدام حبر مصاغ بشكل صحيح، ومنها مطاط النيتريل واللاتكس.

الأسئلة الشائعة

هل يتشقق الحبر النفاث عندما يتمدد المنتج؟

ليس مع تركيبة UV LED المرنة. فالأحبار المرنة المصممة لهذا الغرض تطبع صورًا نابضة ورموزًا ثنائية الأبعاد على زجاجات البولي أوليفين وأشرطة التمارين المطاطية والمنتجات القابلة للارتداء المرنة التي تستطيل من 50 إلى 200% دون تشقق أو تشوه للصورة.

ما الركائز التي يمكن طباعتها للمنتجات القابلة للارتداء؟

النيتريل والفينيل وPVC والبولي أوليفينات والمرنات الحرارية والبولي إيثيلينات المصبوبة واللاتكس والبولي يوريثانات والنيوبرين، إضافة إلى أغشية التغليف المرنة والإلكترونيات المطبوعة المرنة والوصلات البينية القابلة للتمدد.

هل حبر UV LED النفاث آمن لملامسة الجلد؟

يمكن اعتماده على هذا النحو. فالأحبار تُصاغ وتُؤهَّل لتكون آمنة للبالغين والأطفال عند ملامسة جلد الإنسان وفق ASTM D 4236 (LHAMA — 16 CFR 1500.14). والاعتماد خاص بالحبر ومواصفة معالجته، ولذلك لا يجوز افتراض أمان الغشاء الناقص المعالجة أو المفرط المعالجة.

لماذا يسبب الانتقال من الطابعات المسطحة إلى الطباعة المستمرة بمرور واحد مشكلات؟

لأن سلوك ترسيب الحبر ومعالجته يتغير جذريًا. ففي الطابعة المسطحة توضع طبقات رقيقة عبر عدة مرات وتُعالج مرارًا. أما في الآلات المستمرة ذات الرؤوس الثابتة فتوضع جميع الألوان وهي رطبة فوق رطبة من قضيب طباعة واحد، فقد تبلغ سماكة المعالجة 250% من سماكة لون واحد، ويتسبب عدم توافق الطبقات في انفصال مجهري وفشل بين الطبقات.

لماذا يُعامل الحبر الأبيض معاملة مختلفة عن ألوان العملية؟

لثلاثة أسباب. فهو غالبًا الطبقة القاعدية التي تخفي ركيزة ملونة أو شفافة؛ ويعتمد على تشتت الضوء لا امتصاصه، ولذلك يجب وضعه بسماكة أكبر؛ والأصبغة البيضاء كثيفة وعرضة للترسب، ولذلك يجب تدوير الحبر باستمرار وتفريغه من الرأس عند الإيقاف.

الطلب على المنتجات القابلة للارتداء المخصصة

تشير مصطلحات «الأجهزة القابلة للارتداء» و«التقنيات القابلة للارتداء» جميعها إلى تقنيات إلكترونية أو حواسيب يمكن أن يرتديها المستهلك وتتضمن غالبًا تتبع معلومات متعلقة بالصحة واللياقة. ويشمل ذلك قبعات السباحة وأشرطة المقاومة الرياضية المطاطية وأغطية الرأس والحجاب وأشرطة العرق ومعدات ركوب الدراجات/الجري وما يُرتدى على المعصم والنظارات والقفازات وما يُرتدى على الذراعين والساقين والأحذية واللصقات الجلدية والهياكل الخارجية والمنسوجات الإلكترونية، وأعمال هذه الأجهزة هائلة. وقد تكون المنتجات صلبة أو مرنة.

يدفع الطلب على التخصيص المبيعات، سواء في منتجات الأداء الصحي والرياضي أو الساعات الذكية أو مئات منتجات الأساور التفاعلية البديلة. وتؤكد شركة أبحاث السوق الرائدة IDTechEx ازدهار المنتجات القابلة للارتداء، إذ تجاوزت قيمة السوق الإجمالية 50 مليار دولار في 2019، بعد أن تضاعف حجمه أكثر من مرتين منذ 2014. وتذكر Bain & Company: «من خلال التخصيص ترفع العلامات التجارية الولاء في وقت هو الأهم من أي وقت مضى.

ويكتشف البائعون قيمة إتاحة الفرصة للعملاء لابتكار منتجاتهم الفريدة.» وتستخدم متاجر مثل Amazon البيانات الضخمة لتقديم مجموعة مخصصة من المنتجات لعملائها. أما الآن فتخطو العلامات التجارية بالتخصيص خطوة كبيرة إلى الأمام نحو التخصيص واسع النطاق. ويمكن للشركات التي تقدم التخصيص أن تستخدم المستهلكين كتجار، فتكتسب باستمرار رؤى من التصاميم المخصصة وتضبط المنتجات بدقة ضمن حلقة تغذية راجعة تساعدها على البقاء في المقدمة أمام المنافسين.

حلول متكاملة للعملية

الطباعة النفاثة بالأشعة فوق البنفسجية بتقنية القطرة عند الطلب الكهرضغطية أشد تعقيدًا وحساسية بكثير من الطباعة التناظرية. فالطباعة النفاثة تتطلب أن تطلق الفوهات قطرات بأحجام محددة بدقة تامة. ويجب أن تدمج أنظمة الطباعة النفاثة عالية الجودة في آنٍ واحد رؤوس الطباعة والسوائل ووحدات التحكم والمعالجة الأولية والمعالجة النهائية. وتُعد شهادة السلامة للسوائل النفاثة والمعالجة أمرًا حاسمًا. ولتحقيق طباعة متينة على مواد بوليمرية مرنة حساسة للحرارة، يجب على المستخدمين اعتماد أحبار UV LED مرنة متطابقة ونظام معالجة LED.

تشمل الركائز التطبيقية النيتريل والفينيل وPVC والبولي أوليفينات والمرنات الحرارية (TPE) والبولي إيثيلينات المصبوبة (CPE) واللاتكس والبولي يوريثانات والنيوبرين. ومن التطبيقات الإضافية أغشية التغليف المرنة والإلكترونيات المطبوعة المرنة والوصلات البينية القابلة للتمدد.

حبر معالج بـ UV LED مع شهادة سلامة المستهلك

صيغت سلسلة أحبار Apollo FTX، وهي حبر نفاث جديد معالج بـ UV LED، وأُهِّلت لتكون آمنة للبالغين والأطفال (ملامسة جلد الإنسان) وفق ASTM D 4236 (LHAMA – 16 CFR 1500.14). وهذه الكيمياء أكثر من مجرد حبر آخر، إذ تتطابق بدقة مع مواصفات معالجة UV LED محددة. وهذا يضمن خصائص معالجة نهائية متينة ومظهرًا جماليًا، دون نقص في المعالجة (لزوجة) أو إفراط فيها (هشاشة). ويأتي التحدي في تصميم الأحبار النفاثة من أهمية تطوير الحبر بالتآزر مع رأس طباعة محدد. فيجب أن تتصرف كيمياء السائل وفيزياء قذف كل قطرة حبر بدقة واتساق لتعمل في ظروف قصوى، وهذا ضروري لعمليات الطباعة بتقنية القطرة عند الطلب.

يُظهر هذا الحبر الجديد اتساقًا عاليًا في الانسياب (سلوك ريولوجي مستقر) وفي زاوية التماس عند خروج الحبر من الفوهة (تفكك ثابت للنفث). ويتمتع هذا الحبر الجديد بتبلل والتصاق استثنائيين بالركيزة، والتصاق جزيئي بين الحبر الأبيض (الطبقة القاعدية) وألوان النطاق الكامل. ولا تلزم المعالجة الأولية للسطح على بعض مواد الركائز منخفضة الطاقة التي كان يصعب طباعتها تقليديًا، مثل مطاط النيتريل واللاتكس. وتتيح هذه الميزات طباعة نفاثة عالية السرعة ضمن خط الإنتاج بمرور واحد. ويُعد تشتيت الأصبغة إلى حجم جسيمات دقيق والحفاظ على انفصالها أمرًا حاسمًا لأداء النفث وجودة الطباعة. وتتكون أحبار UV القابلة للمعالجة من أربعة مكونات: المونومرات والأوليغومرات والأصبغة والمبادرات الضوئية.

الجسيمات الكبيرة جدًا أو المتكتلة تضر بدقة النفث وتؤدي إلى جودة طباعة غير مقبولة. والجزء الأكبر من أي حبر جاف هو المادة الرابطة، فهي تثبّت اللون في مكانه وتحميه من التآكل وتلتصق بالسطح. وتكون المادة الرابطة عادةً بوليمرًا. وتختلف طباعة أحبار UV عن الأنواع الأخرى لأن البوليمر يتكون أثناء المعالجة بتفاعل متسلسل للمونومرات والأوليغومرات. والمونومرات سوائل منخفضة اللزوجة، ولذلك تعمل أيضًا حاملًا سائلًا للحبر وتغني عن الماء أو المذيب، ولهذا فإن أحبار المعالجة بـ UV صلبة بنسبة 100% وبديل مثالي لأحبار المذيبات. أما الأوليغومرات، وهي جزيئات تفاعلية أكبر، فلها وظائف كيميائية متعددة وهي ضرورية لبناء المادة الرابطة بشكل سليم.

المعالجة بـ LED مقابل المعالجة التقليدية بـ UV

يجب أن تكون أحبار UV ومعالجة LED أنظمة متطابقة. ولا بد من مواصفة قاطعة لعوامل منها الطول الموجي والإشعاع وكثافة الطاقة ومسافة العمل وآلية التبريد. فليست كل أنظمة UV LED متساوية. ومن المؤسف أن كثرة أنظمة UV LED والموردين تدّعي ميزات متشابهة وقدرة على معالجة جميع أحبار UV. وقد صُمم حبر Apollo FTX ليُعالج باستخدام LED، وهو بديل عن أنظمة قوس UV. ويختلف UV LED عن أنظمة المعالجة ببخار الزئبق في أنه غير مركّز ولا يستخدم عواكس، إذ يكون الضوء الموجَّه إلى الركيزة منتشرًا. وفي أنظمة UV LED تكون الأطوال الموجية المنبعثة أحادية اللون نسبيًا، وتمثلها توزيعات طبيعية ضيقة بذروة إشعاع اسمية عند 395 nm وبنطاق تفاوت عام قدره +/- 5 nm. ويُلاحظ أن 98% من القدرة تنبعث في النطاق بين 377 nm و422 nm.

ومع ظهور مصادر ضوء UV LED بقدرة 4+ واط وطول موجي 395 nm يمكن معالجة الأحبار بفعالية بسرعات معالجة عالية نموذجية للطباعة الحريرية والرقمية. أما الأنظمة التي تقل عن 4 واط فتتطلب طبقة حبر أرق، وحبرًا أقل تصبغًا، ومسافة أقرب بين المصباح والحبر المطبوع، وسرعة مسح/سير أبطأ عند المعالجة. وتتطلب مصابيح UV LED تبريدًا عند المصباح والإلكترونيات لتعمل بكفاءة وفعالية. وينبغي أن يوفر نظام التبريد الجيد عمرًا للمصباح يبلغ 20,000 ساعة أو أكثر من التشغيل المستمر. وتتطلب مصابيح UV LED تبريدًا عند المصباح والإلكترونيات لتعمل بكفاءة وفعالية. وينبغي أن يوفر نظام التبريد الجيد عمرًا للمصباح يبلغ 20,000 ساعة أو أكثر من التشغيل المستمر.

رؤوس الطباعة النفاثة ودقة الطباعة والآلات ذات المرور الواحد/المتعدد

لا تضمن كيمياء الحبر وأنظمة معالجة LED وحدها نجاح الطباعة أو الالتصاق أو الجودة. فهناك عوامل عدة يجب مراعاتها، منها دقة الطباعة DPI وسرعة الطباعة واعتبارات الحبر للمرور المتعدد مقابل المرور الواحد. وأكثر التركيبات لطباعة المنتجات البلاستيكية هي طابعات UV النفاثة المسطحة الصغيرة التي تضم على الأقل الألوان الأساسية الأربعة (RGBK)، وعادةً الأبيض (W) والشفاف (Cl أو ورنيش التغطية)، وأحيانًا مجموعة ألوان موسعة (CMYRGBK). وهذه الطابعات من النوع الجسري رخيصة عمومًا، ولذلك تجعل تكلفة الوحدة للقطع الفردية كثيرًا من الأسواق الجديدة مربحة.

غير أن الطلب على إنتاجية أعلى ينمو بسرعة. فالتحميل والتفريغ الروبوتي يقللان زمن التبديل الناتج عن تحميل المنصات وتفريغها. لكن كما في الفنون الجرافيكية، لا يمكن أن يضاهي معدل الإنتاج الأنظمة التي يمر فيها المنتج المطبوع باستمرار تحت رؤوس ثابتة. وقد يبدو الانتقال من الطابعة المسطحة إلى الخط المستمر ضمن خط الإنتاج للوهلة الأولى بسيطًا. لكن من منظور ترسيب الحبر ومعالجته يوجد فرق كبير. فالطابعات «الجسرية» المسطحة لها رؤوس طباعة ترددية مع مصابيح عند الطرفين الأمامي والخلفي. وللاقتصاد في التكلفة، ولأن رؤوس الطباعة القادرة على أحبار المعالجة بـ UV مكلفة، لا يتوفر في الطابعات الأساسية سوى صف واحد من الفوهات لكل لون حبر.

لنتأمل نظامًا بدقة 300 dpi: إن حجم الحبر اللازم لتغطية وحدة البكسل 300 × 300 dpi كبير ومهدر ومرئي بحد ذاته. وقد أدى المرور المتعدد بخطوات قدرها ربع عرض الرأس إلى زيادة الدقة الأصلية إلى 1200 dpi. وعند المرور في الاتجاهين يتحول بكسل 300 dpi الواحد إلى مصفوفة 4 × 4 من مربعات أصغر. وفي كل مرور تضع الطابعة، لكل لون، الحبر في أربعة من تلك المواضع. وهذا يعطي مظهرًا بصريًا أفضل واستهلاك حبر أقل. كما أن طبقة الحبر المراد معالجتها في كل مرور رقيقة نسبيًا. ففي كل مرور تُطبق الألوان الأخرى لا فوق حبر رطب بل حيث لا يوجد حبر أو حيث الحبر معالج. ولا يلزم سوى قدر ضئيل من الحبر الرطب فوق الرطب. وتكون المعالجة مباشرة وتتعرض كل طبقة للضوء عدة مرات. أما في الرؤوس المستمرة فيُطبق كل حبر أي لون من قضيب طباعة واحد، وهو تجميع لرؤوس طباعة متصلة طرفًا بطرف بعرض الطباعة الكامل. وإذا جُمّع من فوهات 300 dpi فإن صفين يعطيان 600 dpi وأربعة صفوف تعادل 1,200 dpi. ولكثافة الألوان الكاملة تحتاج البكسلات الأكبر إلى كمية حبر أكبر بما يناسبها. ورؤوس الطباعة القادرة على التدرج الرمادي (حجم قطرة متغير) هي السائدة، ولذلك تحتوي الكثافة المنخفضة على نقاط صغيرة في كل بكسل، لا نقطة كبيرة عرضية. ومع تسلسل جميع الرؤوس توضع الأحبار وهي رطبة فوق رطبة، ولذلك تكون السماكة المراد معالجتها بقدر أشد الألوان كثافة، وربما تصل إلى 250%. وقد يؤدي عدم توافق أسطح الطبقات إلى انفصالات مجهرية، كالزيت على الماء، وهي في أحسن الأحوال شوائب بصرية طفيفة لكنها قد تؤدي أيضًا إلى فشل بين الطبقات. ويجب معالجة كيمياء سطح الحبر بحسب التسلسل. ويتحقق عادةً اكتمال المعالجة للحبر المجاور للركيزة بمصابيح أعلى شدة وبحزم مبادرات ضوئية أكثر فعالية.

ولهذا السبب يجب أن يكون الانتقال من الطباعة المسطحة إلى المستمرة، من بعض الجوانب، إعادة بدء للبحث عن تركيبة أو تعديلها. ففي الطباعة المستمرة من رؤوس ثابتة، من المعتاد أن تكون رؤوس طباعة ألوان العملية متقاربة مع معالجة الجميع في النهاية. وفي مطابع الشرائط الجرافيكية قد تتباعد الرؤوس أكثر، وقد توجد بينها وحدة معالجة منخفضة القدرة لتكثيف الحبر أو تثبيته. ومن الشائع ضبط الشريط بحيث يُحافظ على التسجيل بما يعادل 1,200 dpi. وفي القطع غير المثبتة بإحكام على النواقل أو السلاسل، ستغير حتى الاهتزازات الطفيفة موضع النقطة من لون إلى آخر. ويقلل التراص الوثيق من ذلك. ويُعامل الحبر الأبيض معاملة مختلفة عن ألوان العملية لثلاثة أسباب. أولًا، غالبًا ما يكون الطبقة القاعدية المطبقة لإخفاء ركيزة ملونة أو لجعل مادة شفافة معتمة. وفي الطباعة على الوجه الخلفي للركائز الشفافة يكون بالطبع الأخير ويُطبق في مرور منفصل. وثانيًا، تعتمد الأحبار والطلاءات البيضاء على تشتت الضوء لا امتصاصه.

وهي أقل كفاءة من أي لون، ويجب وضعها بسماكة أكبر. وثالثًا، الألوان الممزوجة بالأبيض باهتة. ويُتجنب الانفصال إذا عولج الأبيض جزئيًا على الأقل قبل ترسيب أي حبر رطب آخر. وأخيرًا، الأصبغة البيضاء كثيفة وعرضة للترسب. ولذلك يلزم تدوير الحبر باستمرار عبر رأس الطباعة. وإذا كان سيتم إيقاف الطابعة فينبغي تفريغ الحبر الأبيض من الرأس.

من أهم سمات جودة الطباعة دقة الطباعة. وتُدرس من زاويتين. أولًا، بالنسبة للنصوص الدقيقة والخطوط والحدود الواضحة بين الألوان الصلبة، يجب أن تكون الانحرافات عن الخطوط المستقيمة والمنحنيات أدق من أصغر تفصيل تراه العين البشرية. وأساس ذلك عدد البكسلات أو الدقة الأصلية، وهي تعتمد على تباعد الفوهات في اتجاه وعلى خطوات الرأس أو الركيزة في الاتجاه الآخر. وتتيح القدرة على التدرج الرمادي استخدام نقاط صغيرة بين النقاط الأكبر، فتعطي تحسنًا ظاهريًا في الدقة من رأس منخفض الدقة. قفازات النيتريل، حبر Apollo FTX UV معتمد سمّيًا على أنه آمن وفق ASTM D 4236 (LHAMA – 16 CFR 1500.14) 4 www.plasticsdecorating.com كانون الثاني/فبراير 2020.

والعنصر الثاني للدقة هو تجنب الملامح الحادة في مناطق الانتقال السلس أو الألوان الفاتحة. فعلى سبيل المثال، ستُرى بسهولة مجموعة صغيرة من النقاط السماوية أو السوداء من قضيب طباعة 300 dpi في منطقة باستيل.

وكذلك تتيح رؤوس الطباعة ذات التدرج الرمادي أن تحل عدة نقاط صغيرة متفرقة محل نقطة واحدة أكبر مرئية. ويرتبط بالدقة تسجيل الألوان المختلفة بعضها مع بعض وبالجسم المطبوع. ففي الطابعة المسطحة يمكن تثبيت القطعة بإحكام. وتُصمم هذه الآلات لضمان أن تكون الاهتزازات وغيرها أصغر من التفاوت المسموح به في موضع القطرة. أما في آلات الرؤوس الثابتة، حيث لا تُثبَّت القطع الموضوعة على الناقل بإحكام وتتعرض لاهتزاز الناقل، فقد يُبرَّر إعطاء هامش أكبر للتسجيل في المواصفة الأولية أو إدراج تكلفة إضافية لمناولة مواد متقدمة. وحتى هذه المرحلة كان البرنامج مسألة خلفية.

من الواضح أن سرعة العملية ظلت تزداد باستمرار لمواكبة متطلبات القطاع في طباعة كميات كبيرة في أزمنة أقصر. لكن البرنامج أصبح فعالًا الآن بطرق أخرى. فهناك تسامح أقل مع الشوائب المرصودة في الأسطح المنحنية التي تشكل، مثلًا، الحواف الأمامية أو الخلفية. ويمكن تخفيف فروق كثافة الصورة الناتجة باستخدام ميزة التدرج الرمادي. وفي حالات أخرى يمكن ضبط بنية النبضة الكهربائية التي تنتج قذف النقطة في جزء فقط من الصورة لمعالجة الشوائب الموضعية التي قد تنشأ من طبوغرافيا السطح. وهذا تقدم على قدرة أفضل أنظمة إدارة الألوان على ضبط النبضة لا لكل لون أو لكل فوهة فرديًا أثناء المعايرة فحسب، بل على استخدامها في نمط ديناميكي. ومن التطورات التقنية الأخرى دمج التسجيل الديناميكي للطباعة في طابعة شرائط عريضة عالية الحجم بمرور واحد على الوجهين، لمطابقة السمات المتغيرة في الركيزة القابلة للتشوه، اعتمادًا على كاميرات لا تبعد عن الطابعة سوى بوصات. ومن الواضح أن محاذاة الطباعة كاملة على جسم موضوع عشوائيًا على ناقل أبسط بالمقارنة. ومن ناحية أخرى، يؤدي البرنامج وأنظمة الرؤية دورًا محوريًا في الطابعات الروبوتية للقطع ثلاثية الأبعاد، مثل مكونات السيارات. ففيها تتغير المسافة بين الرأس والركيزة، ولذلك يجب اختيار الفوهات المستخدمة في الطباعة وضبط قذف القطرات بحسب مسافة القذف. ومن التحديات التي تُعالج أيضًا تتبع المناطق المطبوعة وتجنب الشوائب الناتجة عن المرورات المتجاورة بزوايا مختلفة. ويسهم في الانتشار مونومرات جديدة للشبكة البوليمرية، ومبادرات ضوئية ذات روابط إيثيلينية يمكن ربطها بالبوليمر النهائي، وأصبغة أدق بألوان أنقى ومشتتات أكثر فعالية.

استفادت صناعات الطباعة والطلاء التي تستخدم المعالجة بـ UV من الجهد الكبير المبذول في التصنيع الإضافي والنمذجة ثلاثية الأبعاد، التي توفرت لها تركيبات يمكنها محاكاة بوليمرات البثق التقليدية. ويدفع الطلب على التخصيص المبيعات، سواء في منتجات الأداء الصحي والرياضي أو الساعات الذكية أو مئات منتجات الأساور التفاعلية البديلة. وتوفر هذه البوليمرات الجديدة توليفات من الخصائص الفيزيائية والكيميائية لم تتحقق في التركيبات الأصلية للفنون الجرافيكية. فعلى سبيل المثال، يمكن توفير المرونة عبر نطاق أوسع بكثير من مقاومة الشد للسماكة نفسها. وفي سوق المنتجات القابلة للارتداء، تُصنع نسبة كبيرة من القطع من مواد عالية التمدد، مثل القفازات ذات الاستخدام الواحد وأشرطة المقاومة الرياضية المطاطية وقبعات السباحة. وتستطيل هذه المنتجات حتى 50 إلى 200%. وتاريخيًا استُخدمت الطباعة بالوسادة والطباعة الحريرية لطباعة هذه المنتجات، لكنها، بكونها تناظرية بنمط توقف/انطلاق، كانت منخفضة الإنتاجية نسبيًا مقارنةً بالطباعة النفاثة المستمرة بمرور واحد. وتكاد الألوان المتعددة للسلع الأساسية تكون مرتفعة التكلفة إلى حد المنع. وقد أتاح النشر الناجح للطباعة النفاثة بالمعالجة بـ UV تركيبات عالية التمدد نشأت في سوق فينيل السيارات. غير أن المنتجات القابلة للارتداء تتطلب أكثر، إذ يجب أن تتوفر لها المرونة والتمدد ضمن نطاقات حرارة واسعة.

والعامل الثاني الذي احتاج إلى حل في المنتجات عالية التمدد هو الالتصاق. فالنيتريل وغيره من مطاطات TPE تُستخدم عادةً في المنتجات القابلة للتمدد. وتنشأ نقاط الضعف في الترابط بين الحبر والحبر، وخاصة اللون مع الأبيض، وداخل الحبر نفسه. والأبيض، لكونه سميكًا وشديد التصبّغ، عرضة بصفة خاصة للفشل التماسكي. وتعتمد الروابط بين الأحبار على المواد الكيميائية المتراكمة عند السطح البيني. ومن الضروري القدرة على إنشاء قدر من الترابط المباشر بين الطبقات. كما ينبغي عند تجميع الطبقات أو طباعتها أن يكون هناك تدرج منتظم في الخصائص. فعلى سبيل المثال، في الطباعة التناظرية رطبًا فوق رطب، تتناقص لزوجة الحبر بالتسلسل، ولذلك يكون الانقسام دائمًا مع الحبر الأعلى. أما الطباعة النفاثة، لكونها بلا تلامس، فلا تتطلب ذلك للحبر الرطب، لكنها تحتاج إلى تسلسل مماثل لقوة الترابط الداخلية وبين الطبقات بعد المعالجة. ويعرف خبراء القطاع كيفية إدارة تسلسل التركيبة، بدءًا بالأبيض. وأثناء التطوير والانتقال إلى الإنتاج الموسع يتعرف الخبراء على الشوائب وأسبابها الجذرية. فمثلًا، عند فقدان الالتصاق، ما آلية الفشل؟ وأين حدث الفشل؟ قد تختلف الإجابة عن الموضع الأكثر وضوحًا للعيان.

والاستجابات التي نناقشها هنا لا تنبع كثيرًا من الحبر المقذوف، لأن رؤوس الطباعة وإمدادات الحبر تخضع لتنظيم دقيق للحرارة لنجاح قذف القطرات وتكوينها. أما من حرارة الركيزة أو القطعة، فالحبر رقيق جدًا لدرجة أن الحرارة تتغير بين الترسيب والمصباح. ويمثل هذا التأثير فرقًا مهمًا بين الطباعة للفنون الجرافيكية، وهي مهد هذه التقنية، والطباعة على المنتجات البلاستيكية التي يُتوقع أن تدوم طويلًا.

الخلاصة

يُعد حبر UV LED المرن القابل للمعالجة لطباعة الألوان على منتجات البلاستيك المرنة/القابلة للتمدد والقابلة للارتداء من أحدث التطورات في تقنية الطباعة النفاثة الصناعية. ومع تعقيدات العوامل وترابطاتها، لا ينبغي اعتبار تحسين الإنتاجية والأداء في الاستخدام النهائي سلسلة من الدراسات الخطية، بل ينبغي النظر إليه بوصفه نظام عملية متكاملًا من التركيبة وترسيب الحبر والمعالجة والسرعة والحرارة، إذ سيتداخل أي تغيير في عامل واحد على الأرجح مع نتائج أخرى ويتطلب تغييرات إضافية في عملية المواد. وهكذا طورت الشركات المصنعة الرائدة حلولًا للطباعة النفاثة للفنون الجرافيكية حيث لم تتوفر سوى ركائز قليلة. أما مع المنتجات القابلة للارتداء فهناك عدد كبير من الركائز والأشكال والمتطلبات التي تستلزم حلولًا هندسية معقدة لتحقيق عمليات منتجة ومربحة.

Scott R. Sabreen هو مؤسس ورئيس The Sabreen Group, Inc.، وهي شركة استشارات هندسية متخصصة في عمليات التصنيع الثانوية للبلاستيك: الطباعة النفاثة للحبر والوسم بالليزر والمعالجة الأولية للسطح واللصق والتزيين والتشطيب وأمن المنتج. ويطوّر Sabreen تقنيات رائدة ويحل مشكلات التصنيع منذ أكثر من 30 عامًا. يمكنكم التواصل معه على الرقم 972.820.6777 أو عبر زيارة www.sabreen.com أو www.plasticslasermarking.com. أما Dene Taylor, Ph.D. فقد أسس شركة SPF Inc. عام 2000 لخدمة قطاعي الطباعة والتغليف، مع التركيز على تكييف الطباعة الرقمية لأسواق وتطبيقات جديدة. وهو متخصص في الكيمياء النانوية بحكم تكوينه، ويتعلق نحو نصف براءات اختراعه الأمريكية البالغ عددها 25 بالطباعة الرقمية. وهو عضو في SGIA وTAPPI وRadTech. يمكن التواصل معه على [email protected].

---