הדפסת הזרקת דיו תעשייתית על מוצרים לבישים

הדפסת הזרקת דיו תעשייתית על מוצרים לבישים

המונחים "מוצרים לבישים", "התקנים לבישים" ו"טכנולוגיה לבישה" מתייחסים כולם לטכנולוגיות אלקטרוניות או למחשבים שצרכן יכול ללבוש, ולעיתים קרובות כוללים מעקב אחר מידע הקשור לבריאות ולכושר. מדובר בלבוש לפרק כף היד, כיסויי ראש, משקפיים, לבוש לזרוע, לבוש לרגל, הנעלה, מדבקות עור, שלדים חיצוניים וטקסטיל אלקטרוני, ועסקי ההתקנים עצומים. הזרקת דיו תעשייתית היא הטכנולוגיה הדיגיטלית האחת המאפשרת הדפסה מותאמת אישית, תפקודית ולא תפקודית, ישירות על המוצר.

נקודות עיקריות

• הזרקת דיו היא הטכנולוגיה הדיגיטלית האחת המאפשרת הדפסה מותאמת אישית, תפקודית ולא תפקודית, ישירות על מוצרים לבישים.
• ההתאמה האישית היא שמניעה את המכירות, ולא ההדפסה עצמה: מותגים משתמשים בה כדי להגביר נאמנות ולאסוף משוב על עיצוב.
• הסמכה למגע עם העור נדרשת כיום. לאחר ריקול של מיליון יחידות של מוצר לביש ב-2014, ספקים מסמיכים חומרים לפי תקני מגע עם העור.
• יש להיזהר ממגרים כגון PPD (p-Phenylenediamine) בניסוחי חומרים המיועדים למגע ממושך עם העור.
• הזרקת דיו עדינה יותר מהדפסה אנלוגית ודורשת שילוב של ראשי הדפסה, נוזלים, בקרים, טיפול מקדים וריפוי כמערכת אחת.

הביקוש להתאמה אישית

הביקוש להתאמה אישית מניע מכירות, בין אם מדובר במוצרי ביצועים לבריאות וכושר, בשעונים חכמים או במאות מוצרי הרצועות האינטראקטיביים החלופיים. IDTechEx ציינה במאמר עדכני שעסקי האלקטרוניקה הלבישה צומחים מ-20 מיליארד דולר ב-2015 לכמעט 70 מיליארד דולר ב-2025.1 המגזר הדומיננטי יישאר מגזר שירותי הבריאות, המשלב רפואה, כושר ורווחה. בו נמצא המספר הגדול ביותר של שמות מפורסמים, כגון Apple, Accenture, Adidas, Fujitsu, Nike, Philips, Reebok, Samsung, SAP ו-Roche, העומדים מאחורי ההתפתחויות החדשות המבטיחות ביותר. לפי Bain & Company, התאמה אישית של מוצרים עוזרת למותגים להגדיל מכירות וההזדמנות משמעותית.2 מוערך שלפחות 25-30 אחוז מהקונים מעוניינים באפשרויות התאמה אישית. בשווקים נבחרים הדבר שקול ל-2 מיליארד דולר בשנה לכל מגזר. התגבשו שתי מגמות חשובות: ראשית, צרכני היום מבטאים את עצמם יותר; ושנית, התאמה אישית היא הנאמנות החדשה.

שאלות נפוצות

מה נחשב "מוצר לביש" לצורכי הדפסה?

טכנולוגיות אלקטרוניות או מחשבים שצרכן לובש, ולעיתים קרובות עוקבים אחר נתוני בריאות וכושר. בפועל הכוונה ללבוש לפרק כף היד, כיסויי ראש, משקפיים, לבוש לזרוע, לבוש לרגל, הנעלה, מדבקות עור, שלדים חיצוניים וטקסטיל אלקטרוני, מוצרים שיכולים להיות קשיחים או גמישים.

מדוע משתמשים בהזרקת דיו ולא בהדפסת טמפו או משי?

מפני שההתאמה האישית היא המניע המסחרי. הזרקת דיו היא הטכנולוגיה הדיגיטלית האחת המאפשרת הדפסה מותאמת ישירות על המוצר, כך שכל יחידה יכולה לשאת תוכן שונה. תהליכים אנלוגיים של עצירה והתחלה הם בעלי פריון נמוך יחסית, וריבוי צבעים על פריטים סטנדרטיים הופך כמעט לבלתי משתלם.

אילו תקני בטיחות חלים על דיו במוצרים לבישים?

חומרים המיועדים למגע ממושך עם העור מוסמכים לפי תקני מגע עם העור, שינוי שהואץ לאחר שיצרן ביצע ריקול של מיליון התקנים לבישים ב-2014. הניסוחים חייבים להימנע ממגרי עור כגון PPD, או p-Phenylenediamine.

מה מקשה על הזרקת דיו בהשוואה להדפסה אנלוגית?

הדיוק. הזרקת דיו דורשת מהפיות לירות טיפות בגודל מדויק בדיוק מלא, ומערכת איכותית חייבת לשלב בו-זמנית ראשי הדפסה, נוזלים, בקרים אלקטרוניים, טיפול מקדים וריפוי. כולם חייבים לפעול יחד כדי להפיק את התוצאה המיועדת.

במה שונה דיו הזרקה לריפוי UV מסוגי דיו אחרים?

הפולימר נוצר במהלך הריפוי, בתגובת שרשרת של מונומרים ואוליגומרים. מונומרים הם נוזלים בצמיגות נמוכה המשמשים גם כנשא הדיו, מה שמייתר את הצורך במים או בממס והופך דיו UV ל-100% מוצקים.

הדפסת הזרקת דיו על מוצרים לבישים

מוקד מאמר זה הוא "התאמה אישית" באמצעות הדפסת הזרקת דיו על מוצרים לבישים יצוקים, מהתקנים אלקטרוניים אינטראקטיביים ושעונים ועד הנעלה ספורטיבית, לבוש ומוצרים מודפסים בתלת-ממד. אחד המוצרים הלבישים הראשונים והמוכרים ביותר הוא צמיד היד של Disney, המכונה גם "MagicBand". כל צמיד מכיל RFID ומשדר רדיו כמו אלה שבטלפון אלחוטי בתדר 2.4GHz. הצמיד מחבר את המבקרים למערכת עצומה ועוצמתית של חיישנים ואפליקציות סלולריות בתוך הפארק, ומשמש כאמצעי תשלום, כרטיס כניסה לפארק, מפתח חדר ועוד. רוב הצמידים הם בצבע אחיד (כפי שיוצקו). בצדו התחתון של כל צמיד מבוצע סימון בלייזר המכיל מידע זיהוי (ראו לעיל. מקור התצלום: Disney FCC Filing ID Q3E-MB-R1G1). צמידים מעוטרים מתוכננים מראש נמכרים בחנויות קמעונאיות. עם זאת, לחוויה ייחודית ויחידה מסוגה, חובבים יוצרים צמידים בעבודת יד באמצעות אפליקציות רב-שלביות עתירות עבודה, מדבקות, קעקועים זמניים, כיסויי צמיד וצבעים הזמינים בחנויות לאמנות גרפית.

הזרקת דיו מניעה תהליכי ייצור מתקדמים בזכות יכולתה הייחודית להניח נוזלים תפקודיים במגוון רחב של יישומים, בדפוסים ייחודיים או מורכבים, או על מצעים חדשניים. לדוגמה, דיו מוליך לכל הטכנולוגיות פורץ דרך בתחומים רבים, ובמיוחד למצעים גמישים. דיו של כסף, פולימרים מוליכים אורגניים, גרפן ונינו-צינוריות פחמן משמשים למעגלים ולמחברים באלקטרוניקה גמישה. בהזרקת דיו הם הופכים שימושיים כמחברים בין לחצנים מודפסים (לחצני מגע בסרט דק) על בגדים (לדוגמה: מעילי סקי) לבין התקנים ניידים, תגי RFID פסיביים או אקטיביים או תאורת LED. טכנולוגיית דיודות פולטות אור אורגניות (OLED) אינה רק גמישה, אלא בהזרקת דיו אפשר גם להתאים אותה לזיהוי, לבטיחות או לעיטור על לבוש חיצוני. בנוסף, בהזרקת דיו מודפסות שכבות מרובות של חומרים שונים ליצירת מבנים בני שש שכבות נפרדות ויותר.

מוליכים אלסטיים באמת נדירים בכל טכנולוגיה. אוניברסיטת Purdue הכריזה על סוג חדש של מוליכי מתכת נוזלית הניתנים להדפסה בהזרקת דיו, שהודגמו כמתאימים לחומרים גמישים וגומיים.3 הם עשויים לאפשר סוג חדש של רובוטים גמישים ובגדים מתיחים שאנשים יוכלו ללבוש כדי לתקשר עם מחשבים או למטרות טיפוליות.

דבקים הם אבן יסוד במוצרים לבישים ולעיתים קרובות נדרשים לגיאומטריות מורכבות (לדוגמה, נעלי ספורט). ראשי הדפסה בגודל טיפה גדול הנשלטים ברובוטיקה מורחים דבקים על מגוון גדל והולך של מבנים לא סדירים, ומספקים כיסוי מלא ללא עודפים, תוך התאמה לסדרות קצרות ולשינויים תכופים. דבקי הזרקת דיו על בסיס לטקס יכולים להשתוות לניסוחים מסורתיים. דבקי הזרקת דיו המתרפאים בקרינה אולטרה-סגולה (UV) ובקרן אלקטרונים (EB) זמינים יותר ויותר, ועונים על הביקוש לריפוי מיידי תוך הדבקה לחומרים שונים.

הזרקת דיו לריפוי UV פופולרית בלבוש חיצוני, סמלים, ציוד מחזיר אור, ציוד ספורט והנעלה ספורטיבית. רוב ההדפסה מבוצעת על פריטים המסודרים בדיוק בעזרת תבניות על מגשים או תבניות העוברים מתחת לראשי הדפסה מתנועעים. לפריון גבוה, מדפסות במעבר יחיד עם ראשי הדפסה קבועים ברוחב מלא מעבירות תמונות לפריטים הנישאים על רצועה במהירויות של עד 60fpm ויותר. ברצועה יש לעיתים קרובות מגשים כך שהפריטים תמיד נמצאים במיקום קבוע, או שהמדפסת עשויה להסתמך על מצלמות לאיתור מיקום הפריט וכיוונו ולהזריק את התמונה בהתאם. לריפוי UV יש מנורה אחרי ראשי ההדפסה. מנורות LED הופכות פופולריות יותר ויותר בזכות חיים ארוכים, פלט עקבי, יצירת אוזון מוגבלת וצריכת אנרגיה נמוכה יותר. במוצרים לבישים, הערך הגדול ביותר הוא שהן קרירות, והמצע מקבל מעט מאוד חום. אפשר להדפיס על פלסטיקים, בדים וסרטים רגישים לחום ללא חשש מכיווץ או עיוות. אזהרה למשתמשים בדיו הנרפא באנרגיה: מפני שהדיו הנוזלי מסוכן, יש תמיד לרפא אותו כראוי לשם בטיחות ועמידות.

דיו הזרקה לריפוי UV

הדפסת הזרקת דיו מורכבת ועדינה בהרבה מהדפסה אנלוגית. הזרקת דיו דורשת מהפיות לירות טיפות בגודל מדויק בדיוק מלא. מערכות הדפסת הזרקת דיו איכותיות חייבות לשלב בו-זמנית ראשי הדפסה, נוזלים, בקרים אלקטרוניים, טיפול מקדים וריפוי. כל הפריטים הללו חייבים לפעול יחד כדי להפיק את התוצאות המיועדות.

דיו הזרקה לריפוי UV מתייבש מיידית. הדפסה בדיו UV שונה מסוגים אחרים מפני שהפולימר נוצר במהלך הריפוי בתגובת שרשרת של מונומרים ואוליגומרים. מונומרים הם נוזלים בצמיגות נמוכה, ולכן הם משמשים גם כנשא הדיו הנוזלי ומייתרים את הצורך במים או בממס, וזו הסיבה שדיו לריפוי UV הוא 100 אחוז מוצקים וחלופה אידיאלית לדיו ממס. אוליגומרים (מולקולות תגובתיות גדולות יותר) בעלי פונקציונליות כימית מרובה, והם קריטיים לבניית הקושר כראוי.

הפילמור מתחיל בחשיפה קצרה לאור UV, שהוא קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורך גל קצר ואנרגיה גבוהה מאלו של אור נראה. UV קרוב (אורך גל 390-200 ננומטר) משמש לרוב ריפוי ה-UV. הוא מחולק עוד ל-UV-A (390-320 ננומטר) או גלים ארוכים, UV-B (320-280 ננומטר) או גלים בינוניים, ו-UV-C (280-200 ננומטר) או גלים קצרים. מלבד UV קרוב, קטגוריות UV נוספות כוללות UV רחוק (200-10 ננומטר) ו-UV עמוק (31-1 ננומטר). אורך הגל השיא הנפוץ ביותר במנורות ריפוי UV קונבנציונליות של כספית הוא 365 ננומטר, המכונה גם קו I של הכספית (בספקטרום האור).

מוצרים לבישים מודפסים מוחזקים ביד על ידי צרכנים ונתונים לבחינה חזותית צמודה מאוד. טקסט אלפאנומרי עשוי להיות בגודל שש נקודות או פחות. כדי למנוע פגמים גלויים ולהבטיח קריאות, נדרשת הדפסה ברזולוציה גבוהה. להדפסת הזרקת דיו ברזולוציה גבוהה שני מרכיבים עיקריים: המרווח בין הנקודות על המצע וגודל (נפח) הטיפות המרכיבות את הנקודות. רזולוציה גבוהה מושגת באמצעות מיקום צפוף של טיפות (כיום עד 1,800 x 1,800dpi), המחייב מעברים מרובים וצעדים זעירים במדפסת טיפוסית עם ראש מתנודד.

הרכיבים הרגישים ל-UV הם יוזמי פוטו: תרכובות הבולעות את האנרגיה ומתפצלות ליצירת מינים כימיים תגובתיים מאוד, רדיקלים חופשיים או קטיוניים בהתאם לסוג. כל אחד מהם יכול להיקשר לחלק אחד של מונומר או אוליגומר, ובכך להעביר את הפעילות לחלק אחר, שבתורו יכול להגיב עם מונומר נוסף, וכך הלאה עד לבניית הפולימר. דיו UV משתמש בצבענים מסוג פיגמנט. התפתחויות בניסוח ובייצור דיו מאפשרות ליצרנים להציע לבן (W), שימושי במיוחד כבסיס על מצעים כהים או כרקע על שקוף. צבעי היסוד של הזרקת דיו, ציאן, מגנטה, צהוב ושחור (CMYK) יחד, מציעים טווח צבעים גדול.

דהייה באור השמש עלולה להוות דאגה מרכזית לעמידות ההדפסה. מכיוון שדיו UV משתמש בפיגמנטים ולא בצבענים מסיסים, הוא רגיש מטבעו פחות לאור שמש מדיו שולחני. עמידות טובה מאוד בפני דהייה מושגת כאשר הדיו מיוצר מפיגמנטים מתעשיית צבעי הרכב. אף שהם יקרים יותר, הם משמשים בדיו פרימיום. אור שמש יכול גם לפרק את הפולימר ולגרום לקירטון ולשבירות. חשיפה רציפה של חמש שנים לאור בחוץ היא ציפייה שמתקיימת בדרך כלל.

תוספים חיוניים בכל ניסוחי הדיו. דיו להדפסה על פלסטיק מכיל בדרך כלל מקדמי הידבקות. הזרקה ויצירת טיפות, שהן כמובן לב ליבה של הזרקת הדיו, דורשות איזון קפדני בין משני צמיגות לחומרים פעילי שטח. אם האיזון אינו נכון, הדיו עלול להתערפל או להירטב על הראש, ושתי התופעות אינן מספקות. תרכובות אלה שולטות גם בהרטבת הדיו ובזרימתו על המצע, כלומר בהידבקות ובהתרחבות הנקודה. הן מותאמות בדרך כלל לכימיית משטח מסוימת, אך יש מגבלות. לדוגמה, דיו שירטיב מצע בעל אנרגיית פני שטח נמוכה יטפטף מראש ההדפסה. מסיבה זו יש לטפל במשטחים רבים כדי להביא אותם לטווח הפונקציונליות של הדיו.

לדיו הזרקה צמיגות נמוכה ומתח פנים נמוך, היוצרים אתגרי הידבקות במצעים פולימריים רבים, כגון אצטלים, פוליאולפינים ופוליאורתנים. סוגי פלסטיק אינרטיים כימית אלה הידרופוביים ואינם ניתנים להרטבה באופן טבעי. ככלל, הידבקות הדבקה מקובלת מושגת כאשר אנרגיית פני השטח של מצע גבוהה בכ-8 עד 10 דיין/סמ" ממתח הפנים של הנוזל.

מהירות מכבש ההדפסה יכולה גם להשפיע על מתח הפנים האפקטיבי של הדיו. דיו שנמדד סטטית ב-25 דיין של מתח פנים יכול להתנהג באופן דינמי כדיו בעל 40 דיין של מתח פנים במכבש מהיר. פעולת ראשי ההדפסה ומערכות ההדפסה על הנוזלים שהם מפזרים יכולה להשפיע משמעותית על האופן שבו רכיבי הנוזל מסתדרים מחדש במהלך הפיזור והאינטראקציה עם משטח ההדפסה ועם שכבות דיו או ציפוי אחרות.

מידת הטיפול או איכותו מושפעות מניקיון משטח הפלסטיק. המשטח חייב להיות נקי כדי להשיג טיפול מקדים מיטבי והידבקות דיו לאחר מכן. זיהום פני השטח, כגון סיליקון משחרר תבנית, לכלוך, אבק, גריז, שמנים וטביעות אצבע, מעכב את הטיפול. טוהר החומר הוא גם גורם חשוב.

סיכום: מתודולוגיית פתרונות כוללת

מתודולוגיית פתרונות כוללת חיונית לפיתוח חומרים פולימריים ולהדפסת הזרקת דיו על מוצרים לבישים. ככל שדרישות הצרכנים והפונקציונליות מתפתחות, כך גם הדרישות מהחומרים המיועדים למגע ממושך עם העור. לאחר ש-FitBit ביצעה ריקול של מיליון התקנים לבישים ב-2014, ספקים מסמיכים חומרים לפי תקני מגע עם העור. בקרות תהליך הדפסת הזרקת הדיו חשובות לא פחות. גורמים חשובים כוללים:

• ניסוחי חומרים (כולל עור, גומי, פוליאורתן תרמופלסטי, אלסטומרים קופוליאסטרים ותוספים) שאינם מגרים את העור, כגון PPD או p-Phenylenediamine.
• דרישות חומר כולל עמידות, עמידות כימית, עמידות ל-UV ועמידות בפני שריטות.
• תקני תאימות בינלאומיים בנושא רעילות, כגון ISO 10993-10:2010 – הערכה ביולוגית של מכשירים רפואיים – חלק 10.
• הידבקות דיו מצוינת. יש למזער תרכובות במשקל מולקולרי נמוך הנודדות אל פני השטח.
• כימיית נוזל הדיו וביצועי ההזרקה.
• מערכות מדפסת יציבות שמוקמות בקיוסקים וכן באתרי ייצור.

מקורות

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

Scott R. Sabreen הוא מייסד ונשיא The Sabreen Group, Inc., חברת הנדסה המתמחה בתהליכי ייצור משני של פלסטיק: סימון בלייזר, טיפולים מקדימים בפני השטח, הדבקה, עיטור וגימור ואבטחת מוצרים. Sabreen מפתח טכנולוגיות חלוציות ופותר בעיות ייצור למעלה מ-30 שנים. ניתן ליצור עמו קשר בטלפון 972.820.6777 או באתרים www.sabreen.com ו-www.plasticslasermarking.com.

Dene Taylor, Ph.D., ייסד את SPF-Inc. בשנת 2000 כדי לשרת את תעשיות ההדפסה והאריזה, תוך התמקדות בהתאמת הדפסה דיגיטלית לשווקים וליישומים חדשים. הוא ננו-כימאי במקצועו, וכמחצית מ-25 הפטנטים האמריקאיים שלו קשורים להדפסה דיגיטלית. הוא חבר ב-SGIA, ב-TAPPI וב-RadTech. ניתן ליצור עמו קשר בכתובת [email protected].

---