الطباعة النفاثة للحبر على البلاستيك

الطباعة النفاثة للحبر على البولي بروبيلين والنايلون ولدائن أخرى

الطباعة النفاثة الصناعية على البلاستيك

تعلموا كيفية تحقيق التصاق قوي للحبر وتحمّل عوامل الطقس الخارجية القاسية عند الطباعة النفاثة على منتجات البولي بروبيلين واللدائن منخفضة طاقة السطح باستخدام أحبار UV LED النفاثة. عمليات الطباعة المهندَسة باحتراف والطلاءات الكارهة للماء بمقياس النانو على المنتجات البلاستيكية الداخلية والخارجية مضمونة حتى 30 عاماً من التعرض للأشعة فوق البنفسجية والعوامل الجوية. وتدفع تقنيات الأحبار والطلاءات الجديدة تطبيقات الطباعة الرقمية النفاثة بالقطرة عند الطلب UV LED خطوات كبيرة إلى الأمام.

الطلاءات الكارهة للماء بمقياس النانو

طباعة UV LED نفاثة على البولي بروبيلين (صورة حقيقية بهاتف ذكي)

احصلوا على لوحتكم المجانية

احصلوا على لوحة بولي بروبيلين مخصصة مقاس 4×6 بوصات، مطبوعة بتقنية UV LED النفاثة الرائدة.

اتصلوا بنا اليوم

الطباعة النفاثة الكهروإجهادية بالقطرة عند الطلب UV LED على البوليمرات والركائز المرنة أكثر تعقيداً ودقة من الطباعة التناظرية التقليدية. تتطلب تقنية القطرة عند الطلب أن تطلق الفوهات قطرات بأحجام مضبوطة وبدقة تامة. ويجب أن تدمج أنظمة الطباعة عالية الجودة رؤوس الطباعة والسوائل ووحدات التحكم الإلكترونية والمعالجة الأولية والمعالجة بالتصليب في آن واحد، وأن تعمل كل العناصر بتناغم تام لتحقيق النتائج المرجوة.

هناك ثلاثة معاملات إدخال رئيسية: 1) ركيزة البوليمر، 2) طابعة الحبر النفاث، 3) كيمياء الحبر وتوافقه مع سطح الركيزة. يجب أن تكون كل العناصر دقيقة ومستقرة لتحقيق جودة طباعة ممتازة، وتغيير أي منها يخل بالتوازن ويستلزم تعديل الباقي. وتزداد الطباعة على الأشكال ثلاثية الأبعاد والمنحنية تعقيداً لقلة خيارات الطابعات/رؤوس الطباعة من الشركات المصنعة، إذ يقصر كل مصنّع الأحبار المعتمدة على نطاق محدود. والفهم العميق لدقائق الطباعة النفاثة وعلم الأسطح يفتح آفاق قدرات ونتائج غير مسبوقة.

طوّرت SABREEN مؤخراً وسوّقت أحبار UVLED وعمليات طباعة نفاثة لتخصيص منتجات البلاستيك والمطاط المرنة التي تتمدد بأكثر من 100%. تشمل المنتجات أربطة التمارين العلاجية وقبعات السباحة والأجهزة القابلة للارتداء الصحية وغيرها. وتتوافق تحاليل السموم المستقلة مع CAL Prop 65 وتقييم مخاطر السمية الأمريكي وASTM D 4236 (LHAMA – 16 CFR 1500.14).

تستخدم عملية الطباعة النفاثة لدينا أحباراً عالية الجودة وتقنية طباعة متقدمة لضمان صور زاهية تدوم طويلاً على جميع أنواع البلاستيك.

الالتصاق حاسم في الطباعة النفاثة. تشمل المتغيرات المؤثرة فيه مادة البوليمر (بما فيها الملونات والحشوات والإضافات)، وعملية القولبة، وحالة السطح، والنسيج، والتخزين والمناولة. من المهم أن يختار مهندسو التصميم والتصنيع اللدونة الحرارية المثلى التي تحقق معايير الأداء الميداني وتُطبع بسهولة. وتوفر الطلاءات الشفافة الواقية (الطبقة النهائية) حماية ممتدة ضد الكيماويات والتآكل، مثل الغسل في غسالة الصحون بالماء الساخن (أكثر من 500 دورة متتالية). وتُطبق هذه الطلاءات فوق الأحبار المصبوغة إما كسائل نفاث أو بالرش التذريري.

تنقسم اللدائن الحرارية إلى فئتين فرعيتين: غير متبلورة وبلورية. تتماسك الجزيئات الطويلة جداً الشبيهة بالسلاسل بقوى فان دير فالس الضعيفة نسبياً. وعموماً تمتلك البوليمرات غير المتبلورة خصائص التصاق أفضل من البلورية. يعني مصطلح غير المتبلور غياب الشكل المحدد أو سهولة تغيّره، بينما يعني البلوري وجود نمط منتظم محدد للتجمعات الجزيئية. وتُظهر الراتنجات غير المتبلورة مثل ABS والستايرين والبولي كربونات بنية عشوائية تشبه المعكرونة؛ ومع التسخين تلين تدريجياً وليست لها درجة انصهار حادة.

أما الراتنجات البلورية مثل البولي أوليفينات وPET والنايلون فلها نمط منتظم يشبه النابض الملفوف — وكما يخمد النابض المعدني الاهتزاز، كذلك تفعل المواد البلورية — ولها درجة انصهار محددة جيداً. وفي البوليمر تتعايش الحالتان: تنضغط مقاطع متجاورة من السلاسل في حزم بلورية مشدودة تمسكها قوى تجاذب ثانوية، بينما تعجز مقاطع أخرى من الجزيئات نفسها عن الدخول في الشبكة البلورية فتبقى غير متبلورة. انظر الشكل 2.

الشكل 2: اللدائن الحرارية غير المتبلورة والبلورية

اختيار اللدائن الحرارية — التوافق مع العملية

لنجاح الطباعة النفاثة، يجب أن يندفع الحبر المرتفع الحرارة بسهولة من رأس الطباعة، وأن يتفاعل مع الركيزة على النحو الملائم، وأن يحقق التصاقاً قوياً. يسمى هذا التلامس الحميم "ترطيب" السطح، ويشير إلى قدرة الحبر على الانتشار فوقه. غير أن معظم أسطح البوليمرات كارهة للماء بطبيعتها وتقاوم الترطيب. وتتميز هذه اللدائن بأنها خاملة كيميائياً وأسطحها غير مسامية ومنخفضة طاقة السطح، ما يجعل التصاق الطباعة شبه مستحيل. وطاقة السطح هي الطاقة الفائضة الموجودة عند سطح الجسم الصلب (مقارنة بكتلته).

عملية القولبة الأولية حاسمة لتحقيق الخصائص المعلنة لمادة البوليمر. ودمج المعالجة الأولية المناسبة بالبلازما مع نسيج السطح وممارسات التصنيع الجيدة يحل معظم مشكلات الالتصاق والترطيب إن لم يكن كلها. واختيار أفضل لدونة حرارية لتطبيق معين ليس سهلاً؛ فمصممو القطع كثيراً ما يطلبون خصائص كتلة وسطح يصعب طباعتها جداً. لنستعرض أمثلة تطبيقية توضح التوازن الحرج بين اختيار البوليمر وسهولة الطباعة.

الطباعة النفاثة الملونة على البولي أميد (النايلون) من أكثر التطبيقات طلباً. يمنح التركيب الكيميائي النايلون درجة انصهار عالية، ما يجعله بديلاً ممتازاً للمكونات المعدنية في البيئات عالية الحرارة، مثل محركات السيارات وغيرها من الآلات عالية الاحتكاك. وكسائر اللدائن الحرارية، يتحول النايلون إلى سائل عند درجة انصهاره بدلاً من الاحتراق، أي يمكن صهره وإعادة قولبته أو تدويره. كما أن النايلون لا يسخن بسهولة في تطبيقات الاحتكاك العالي. ومع ذلك، لا تلتصق أحبار الطباعة النفاثة بسهولة بالنايلون (أو بمعظم البوليمرات منخفضة طاقة السطح) من دون حبر متخصص ومعالجة أولية، ويعود ذلك جزئياً إلى خصائصه الكارهة للماء. راجع الشكل 3.

الشكل 3: الخصائص النموذجية لبلاستيك النايلون (PA)

أولاً وقبل كل شيء، تأكدوا من تجفيف مواد النايلون ومعالجتها بشكل سليم لتحقيق خصائص "الجفاف كما بعد القولبة". ينتج مصنّعو الراتنجات منتجاتهم بكيمياء مختلفة، ما قد يؤثر على أداء الالتصاق. قيّموا الموردين البدلاء حسب الراتنج/الدرجة، ولاحظوا الفروق بين نايلون 6 ونايلون 66 (ونايلون 11 و12). فبخلاف نايلون 6، يتكون نايلون 66 من مونومرين — الهكساميثيلين ثنائي الأمين وحمض الأديبيك — يوفر كل منهما ست ذرات كربون، ومن هنا الاسم 66. وهذه المادة أكثر تبلوراً من نايلون 6، ما يحسّن الصلابة ومعاملي الشد والانحناء.

يمتص نايلون 6 رطوبة أكثر قليلاً من نايلون 66. بعد القولبة وقبل العمليات الثانوية، يُفضل تعبئة المنتجات في أكياس بوليستر لا أكياس بولي إيثيلين؛ فالمركبات منخفضة الوزن الجزيئي في أكياس البولي إيثيلين تهاجر إلى السطح مسببة تلوثاً متبادلاً. كما تؤثر مدة التخزين وحرارته على أداء الالتصاق. اطبعوا في أقرب وقت ممكن بعد القولبة.

إذا تعذر حل مشكلات الطباعة، ففكروا في بلاستيك بديل بخصائص مشابهة يسهل طبعه أو وسمه بالليزر. تؤكد هذه النقطة أهمية اشتراك المصممين ومهندسي التصنيع في وضع مواصفات المنتج. فالبولي بروبيلين والبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) أقل حساسية لمشكلات القولبة والمواد والطباعة وأرخص ثمناً. وHDPE أسهل الثلاثة طباعة لأنه أكثر استقراراً ثرموديناميكياً. راجع الشكل 4.

أحبار الطباعة النفاثة منخفضة اللزوجة ومنخفضة التوتر السطحي، ما يخلق تحديات التصاق على كثير من الركائز البوليمرية مثل الأسيتالات والبولي أوليفينات والبولي يوريثانات. هذه اللدائن الخاملة كيميائياً كارهة للماء وغير قابلة للترطيب بطبيعتها. تخيلوا قطرة سائل واحدة ساكنة على سطح صلب مستوٍ (في حالة توازن): الزاوية التي يشكلها السطح الصلب مع المماس للسطح العلوي عند نقطة النهاية تسمى زاوية التماس؛ وهي الزاوية (x) بين خط المماس عند نقطة التلامس والخط الأفقي للسطح الصلب. راجع الشكل 2.

يعود شكل الفقاعة/القطرة إلى القوى الجزيئية التي تجعل جميع السوائل، عبر انكماش سطحها، تميل إلى إعطاء الحجم المحتوى شكلاً بأقل مساحة سطح. وتسمى القوى بين الجزيئية التي تقلص السطح "التوتر السطحي".

التوتر السطحي، وهو مقياس لطاقة السطح، يُعبَّر عنه بوحدة داين/سم. وكلما ارتفعت طاقة سطح الركيزة الصلبة نسبةً إلى التوتر السطحي للسائل (الماء وأحبار الطباعة واللواصق/مواد التغليف والطلاءات وغيرها)، تحسّنت "قابلية الترطيب" وصغرت زاوية التماس (الشكل 2).

وكقاعدة عامة، يتحقق التصاق مقبول عندما تزيد طاقة سطح الركيزة بنحو 8 إلى 10 داين/سم على التوتر السطحي للسائل.

الشكل 2: زاوية التماس ودرجة الترطيب

الشكل 3: جريان السائل وزاوية التماس الديناميكية

في الواقع، السوائل وزوايا التماس ديناميكية لا ساكنة. راجع الشكل 3. وزاوية التماس الديناميكية (DCA) هي الأهم. فعندما تلتصق قطرة بسطح صلب ثم يُمال هذا السطح، تندفع القطرة أماماً وتنزلق نزولاً. وتسمى الزاويتان الناتجتان الزاوية المتقدمة (advancing) والزاوية المتراجعة (receding) على التوالي.

يُعتبر عموماً أن زوايا التماس تتأثر بتغيرات كيمياء السطح وتضاريسه معاً. الزاوية المتقدمة هي الأكثر حساسية للمكونات منخفضة الطاقة (غير المعدلة) في سطح الركيزة، بينما الزاوية المتراجعة أكثر حساسية للمجموعات المؤكسدة عالية الطاقة التي تُدخلها المعالجات الأولية. ومن ثم فإن الزاوية المتراجعة هي فعلياً القياس الأكثر تمثيلاً للمكوّن المعدَّل من السطح بعد المعالجة، كما تقاس بمحاليل داين. لذلك من المهم قياس الزاويتين المتقدمة والمتراجعة على جميع المواد المعدلة سطحياً.

نقاء المادة عامل مهم أيضاً. يعتمد العمر التخزيني للدائن المعالجة على نوع الراتنج والتركيبة وبيئة منطقة التخزين. ويحدّ من عمر المنتجات المعالجة وجودُ مواد مثل مضادات الأكسدة والملدنات وعوامل الانزلاق ومضادات الكهرباء الساكنة والملونات والأصباغ والمثبتات وغيرها. وتعرّض الأسطح المعالجة لحرارة مرتفعة يزيد حركية السلاسل الجزيئية — وكلما زادت الحركية تسارعت شيخوخة المعالجة. تجعل حركية سلاسل البوليمر مواقع الترابط الناتجة عن المعالجة تبتعد عن السطح، وقد تهاجر هذه المكونات في النهاية إلى سطح البوليمر. لذا يوصى بلصق المنتج أو طلائه أو دهنه أو طباعته أو تزيينه في أسرع وقت بعد المعالجة الأولية.

تستخدم أحبار UV ملونات صبغية فقط، لكن نطاقها واسع وليست قيداً خطيراً. وقد مكّنت تطورات التركيب وصناعة الأحبار المصنّعين من تقديم الأبيض (W)، المفيد بخاصة كأساس على الركائز الداكنة أو كخلفية على الشفافة. وتوفر الألوان الأساسية للطباعة النفاثة — السماوي والأرجواني والأصفر والأسود (CMYK) — مجتمعةً نطاق ألوان واسعاً لأن طبقات الحبر يمكن أن تكون سميكة. لكنها لكونها صبغية تكون معتمة جزئياً على الأقل وتحجب الألوان تحتها، ولا تُترجم الكثافة كاملة إلى الألوان الثانوية، ما يستبعد عدداً من ألوان Pantone الشائعة لدى العلامات الكبرى.

تستخدم الطباعة التناظرية ألواناً خاصة (spot) مركّبة تحديداً. ويمكن توفيرها في هذا السوق، خاصة مع آلات بـ 6 و8 و10 رؤوس طباعة، لكنها غير شائعة لأن تغيير لون خاص في طابعة نفاثة أصعب بكثير منه في الفلكسو أو الشاشة الحريرية، كما يتعارض مع قدرة الرقمي على تبديل المهام بين الصور المتتالية. والبديل هو استخدام أطقم أحبار موسعة النطاق بأحبار مركزة بدرجات وسيطة بين CM وY. وتُستخدم الأحمر والأخضر والأزرق (RGB) أو البرتقالي والأخضر والبنفسجي (OGV) في طباعة الملصقات والإعلانات لتوسيع النطاق وتغطية معظم ألوان العلامات الزاهية المحددة. ويمكن أيضاً تركيب هذه الألوان حسب الطلب للمنتجات البلاستيكية ثلاثية الأبعاد.

إعادة إنتاج الألوان الفاتحة، وبخاصة درجات لون البشرة، صعوبة دائمة في الطباعة النفاثة بالتصليب UV. فحتى أصغر قطرات CMK، التي بلغت اليوم 4 بيكولتر، أكبر من أن تحقق واقعية فوتوغرافية. لكن إذا أُضيف طقم ثانوي من الأرجواني الفاتح (lm) والسماوي الفاتح (lc)، اختفت عيوب النقاط المفردة. وخيار CMYKlclmW متاح لهذا السوق من مصنّعي الطابعات.

---