הדפסת הזרקת דיו על פלסטיק ופוליפרופילן

הדפסת הזרקת דיו על פוליפרופילן, Nylon וסוגי פלסטיק נוספים

הדפסת הזרקת דיו תעשייתית על פלסטיק

למדו כיצד להשיג הידבקות דיו חזקה ועמידות בבליה חיצונית קשה בהדפסת הזרקת דיו על מוצרי פוליפרופילן ועל סוגי פלסטיק בעלי אנרגיית פני שטח נמוכה, באמצעות דיו UV LED להזרקת דיו. תהליכי הדפסת הזרקת דיו המתוכננים ברמה מקצועית וציפויים הידרופוביים בקנה מידה ננומטרי על מוצרי פלסטיק לשימוש פנים וחוץ מובטחים לחשיפה לקרינת UV ולבליה של עד 30 שנה. טכנולוגיות דיו וציפויים חדשות מקדמות משמעותית את היישומים של הדפסת הזרקת דיו דיגיטלית מסוג drop-on-demand בטכנולוגיית UV LED.

ציפויים הידרופוביים בקנה מידה ננומטרי

הדפסת הזרקת דיו UV LED על פוליפרופילן (צילום אמיתי בסמארטפון)

קבלו לוחית דוגמה ללא עלות

קבלו לוחית פוליפרופילן בהתאמה אישית בגודל 4×6 אינץ', מודפסת בטכנולוגיית הזרקת דיו UV LED פורצת דרך.

צרו קשר עוד היום

הדפסת הזרקת דיו פיאזואלקטרית מסוג drop-on-demand בטכנולוגיית UV LED על פולימרים ועל מצעים גמישים מורכבת ועדינה יותר מהדפסה אנלוגית מסורתית. טכנולוגיית drop-on-demand מחייבת שהנחירים יירו טיפות בגודל מדויק וברמת דיוק מוחלטת. מערכות הדפסת הזרקת דיו איכותיות חייבות לשלב בו זמנית ראשי הדפסה, נוזלים, בקרים אלקטרוניים, טיפול מקדים וריפוי. כל הרכיבים חייבים לפעול יחד בצורה חלקה כדי להפיק את התוצאות הרצויות.

קיימים שלושה פרמטרי כניסה עיקריים בתהליך: 1) מצע הפולימר, 2) מדפסת הזרקת הדיו, ו-3) כימיית הדיו והתאמתה לפני השטח של המצע. כל המרכיבים חייבים להיות מדויקים ויציבים כדי להשיג איכות הדפסה מעולה. שינוי של אחד מהפרמטרים האלה משבש את האיזון ומחייב התאמות ביתר הפרמטרים. הדפסה על גיאומטריות תלת ממדיות ומעוגלות מורכבת עוד יותר, משום שקיימות יחסית מעט אפשרויות של מדפסות וראשי הדפסה מיצרני OEM. כל יצרן OEM מגביל את סוגי הדיו המאושרים שפותחו לטווח מצומצם. הבנה מעמיקה של דקויות הדפסת הזרקת הדיו ושל מדע פני השטח מאפשרת יכולות ותוצאות חסרות תקדים.

SABREEN פיתחה לאחרונה והביאה לשוק סוגי דיו UV LED ותהליכי הדפסת הזרקת דיו להתאמה אישית של מוצרי פלסטיק וגומי גמישים הנמתחים ביותר מ-100 אחוז. בין המוצרים: רצועות אימון טיפוליות, כובעי שחייה, מוצרים לבישים היגייניים ועוד. ניתוח טוקסיקולוגי בלתי תלוי עומד בדרישות CAL Prop 65, US Toxicity Risk Assessment ו-ASTM D 4236 (LHAMA – 16 CFR 1500.14).

תהליך הדפסת הזרקת הדיו שלנו משתמש בדיו איכותי ובטכנולוגיית הדפסה מתקדמת כדי להבטיח תמונות עזות וארוכות טווח על כל סוגי הפלסטיק.

בהדפסת הזרקת דיו ההידבקות היא קריטית. בין המשתנים המשפיעים על ההידבקות: חומר הפולימר (לרבות חומרי צבע, מילויים ותוספים), תהליך היציקה, מצב פני השטח, המרקם, וכן האחסון והטיפול במוצר. חשוב שמהנדסי תכן וייצור יבחרו את התרמופלסט האופטימלי, כזה שעומד בקריטריוני הביצועים בשטח וגם קל להדפסה. ציפויים שקופים מגנים (ציפוי עליון) מספקים הגנה מוגברת בפני כימיקלים ושחיקה, למשל שטיפה במדיח כלים במים חמים (מעל 500 מחזורים רצופים). ציפויים אלה מיושמים מעל הדיו המפוגמנט, בין כנוזל הזרקת דיו ובין בריסוס אטומיזציה.

תרמופלסטים מתחלקים לשתי תת קטגוריות: אמורפיים וגבישיים. המולקולות הארוכות מאוד, דמויות השרשרת, מוחזקות יחד בכוחות ואן דר ואלס חלשים יחסית. באופן כללי, לפולימרים אמורפיים תכונות הידבקות טובות יותר מאשר לגבישיים. המונח אמורפי משמעו חסר צורה מוגדרת, או בעל צורה הניתנת לשינוי בקלות. גבישי מרמז על קיומה של תבנית סדורה ומוגדרת במקבצי המולקולות. שרפים אמורפיים כגון ABS, סטירן ופוליקרבונט מציגים מבנה אקראי הדומה לספגטי. עם החימום הם מתרככים ואין להם טמפרטורת התכה מוגדרת בחדות.

לשרפים גבישיים כגון פוליאולפינים, PET ו-Nylon יש תבנית סדורה, בדומה לקפיץ מגולגל, וכשם שקפיץ מתכת מדכא רעידות כך גם החומרים הגבישיים. יש להם טמפרטורת התכה מוגדרת היטב. בפולימר מתקיימים שני המצבים זה לצד זה: מקטעים סמוכים של הפולימר נארזים לצרורות גבישיים צפופים המוחזקים יחד בכוחות משיכה משניים, ואילו מקטעים אחרים של אותן מולקולות אינם מסוגלים להיכנס פיזית לסריג הגבישי ונותרים אמורפיים. ראו איור 2.

איור 2. תרמופלסטים אמורפיים וגבישיים

בחירת תרמופלסטים – התאמה לתהליך

כדי שהדפסת הזרקת דיו תצליח, הדיו המחומם חייב להיפלט בקלות מראש ההדפסה, ליצור אינטראקציה מתאימה עם המצע ולהשיג הידבקות חזקה. המגע ההדוק הזה מכונה הרטבה של פני השטח, והוא מתייחס ליכולת הדיו להתפרש על פני השטח. עם זאת, רוב פני השטח של הפולימרים הידרופוביים מטבעם ומתנגדים להרטבה. באופן אופייני, סוגי פלסטיק אלה הם אינרטיים כימית, בעלי פני שטח לא נקבוביים ואנרגיית פני שטח נמוכה, ולכן הידבקות ההדפסה כמעט בלתי אפשרית. אנרגיית פני שטח היא האנרגיה העודפת הקיימת בפני השטח של מוצק, בשונה מגוף החומר.

תהליך היציקה הראשוני קריטי להשגת התכונות המוצהרות של חומר הפולימר. שילוב של טיפול מקדים בפני השטח בפלזמה המתאים לתהליך, יחד עם מרקם פני שטח נכון ונוהלי ייצור טובים, יפתור את רוב בעיות ההידבקות וההרטבה, אם לא את כולן. בחירת התרמופלסט הטוב ביותר לכל יישום נתון אינה פשוטה. מתכנני חלקים מחפשים לעיתים קרובות תכונות כימיות של גוף החומר ותכונות פני שטח שקשה מאוד להדפיס עליהן. נבחן דוגמאות יישום הממחישות את האיזון הקריטי בין בחירת הפולימר לבין קלות ההדפסה.

הדפסת הזרקת דיו בצבע על פוליאמיד (Nylon) היא אחד היישומים המבוקשים ביותר. ההרכב הכימי של Nylon מקנה לו נקודת התכה גבוהה, ולכן הוא חלופה מצוינת לרכיבי מתכת בסביבות בעלות טמפרטורה גבוהה, כגון מנועי רכב וסוגים אחרים של מכונות בעלות חיכוך גבוה. כמו חומרים תרמופלסטיים אחרים, פלסטיק Nylon הופך לנוזל בנקודת ההתכה שלו במקום להישרף, כלומר ניתן להתיך אותו מחדש, לעצב אותו שוב או למחזר אותו. חומר Nylon גם אינו מתחמם בקלות ביישומים בעלי חיכוך גבוה. עם זאת, סוגי דיו להזרקת דיו אינם נדבקים בקלות ל-Nylon (או לרוב הפולימרים בעלי אנרגיית פני שטח נמוכה) ללא דיו ייעודי וטיפול מקדים. הדבר נובע בין היתר מתכונותיו ההידרופוביות. ראו איור 3.

איור 3. תכונות אופייניות של פלסטיק Nylon (PA)

בראש ובראשונה, ודאו שחומרי ה-Nylon מיובשים ומעובדים כראוי כדי להשיג תכונות של חומר יבש כפי שיצא מהתבנית. יצרני שרפים מייצרים את מוצריהם בדרכים כימיות שונות, והדבר עשוי להשפיע על ביצועי ההידבקות. בחנו ספקים חלופיים לפי סוג השרף והדרגה, ושימו לב להבדלים בין Nylon 6 לבין Nylon 66 (וכן Nylon 11 ו-12). בשונה מ-Nylon 6, Nylon 66 מורכב משני מונומרים, הקסאמתילנדיאמין וחומצה אדיפית, שכל אחד מהם תורם שישה אטומי פחמן, ומכאן השם 66. החומר גבישי יותר באופיו מ-Nylon 6, ולכן הוא נוקשה יותר ובעל מודול מתיחה וכפיפה גבוה יותר.

Nylon 6 סופג מעט יותר לחות מ-Nylon 66. לאחר היציקה ולפני פעולות משניות, מומלץ לארוז את המוצרים בשקיות פוליאסטר ולא בשקיות פוליאתילן. חומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך המצויים בשקיות הפוליאתילן נודדים אל פני השטח וגורמים לבעיות של זיהום צולב. גם משך האחסון והטמפרטורה משפיעים על ביצועי ההידבקות. הדפיסו בהקדם האפשרי לאחר היציקה.

אם לא ניתן לפתור את בעיות ההדפסה, שקלו להשתמש בפלסטיק חלופי בעל תכונות דומות שקל יותר להדפיס עליו או לסמן אותו בלייזר. נקודה זו מדגישה עד כמה חשוב שמתכננים ומהנדסי ייצור כאחד יגדירו את מפרטי המוצר. פוליפרופילן ופוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE) רגישים פחות לבעיות יציקה, חומר והדפסה, וגם זולים יותר. HDPE הוא הקל ביותר להדפסה מבין השלושה, משום שהוא יציב יותר מבחינה תרמודינמית. ראו איור 4.

לסוגי דיו להזרקת דיו יש צמיגות נמוכה ומתח פנים נמוך, ולכן נוצרים אתגרי הידבקות על מצעים פולימריים רבים כגון אצטלים, פוליאולפינים ופוליאוריתנים. סוגי פלסטיק אינרטיים כימית אלה הם הידרופוביים ואינם ניתנים להרטבה באופן טבעי. דמיינו טיפת נוזל בודדת המונחת במנוחה (בשיווי משקל) על משטח מוצק שטוח. הזווית הנוצרת בין המשטח המוצק לבין הקו המשיק לפני הטיפה בנקודת הקצה נקראת זווית מגע; זוהי הזווית (x) בין הקו המשיק בנקודת המגע לבין הקו האופקי של המשטח המוצק. ראו איור 2.

צורת הבועה או הטיפה נובעת מהכוחות המולקולריים שבאמצעותם כל הנוזלים, על ידי כיווץ פני השטח, נוטים לעצב את הנפח הכלוא לצורה בעלת שטח הפנים הקטן ביותר. הכוחות הבין מולקולריים המכווצים את פני השטח מכונים מתח פנים.

מתח פנים, שהוא מדידה של אנרגיית פני השטח, נמדד ביחידות dynes/cm. ככל שאנרגיית פני השטח של המצע המוצק גבוהה יותר ביחס למתח הפנים של הנוזל (מים, דיו הדפסה, דבקים ואנקפסולציה, ציפויים וכדומה), כך תשתפר יכולת ההרטבה שלו ותקטן זווית המגע (איור 2).

ככלל, הידבקות טובה מושגת כאשר אנרגיית פני השטח של המצע גבוהה בכ-8 עד 10 dynes/cm ממתח הפנים של הנוזל.

איור 2. זווית מגע ומידת ההרטבה

איור 3. זרימת נוזל וזווית מגע דינמית

במציאות, נוזלים וזוויות מגע הם דינמיים ולא סטטיים. ראו איור 3. זווית המגע הדינמית (DCA) היא החשובה ביותר. כאשר טיפה מוצמדת למשטח מוצק והמשטח מוטה, הטיפה נעה קדימה ומחליקה מטה. הזוויות הנוצרות מכונות, בהתאמה, הזווית המתקדמת (θa) והזווית הנסוגה (θr).

מקובל לראות את זוויות המגע כמושפעות הן משינויים בכימיה של פני השטח והן משינויים בטופוגרפיה של פני השטח. הזווית המתקדמת רגישה במיוחד לרכיבים בעלי האנרגיה הנמוכה, הלא מטופלים, של פני שטח המצע, ואילו הזווית הנסוגה רגישה יותר לקבוצות המחומצנות בעלות האנרגיה הגבוהה שנוצרו בטיפול המקדים בפני השטח. לכן הזווית הנסוגה היא למעשה המדידה האופיינית ביותר לרכיב ששונה בפני השטח לאחר הטיפול המקדים, כפי שנמדד באמצעות תמיסות dyne. משום כך חשוב למדוד הן את זווית המגע המתקדמת והן את הזווית הנסוגה בכל החומרים שפני השטח שלהם שונו.

טוהר החומר הוא גם גורם חשוב. חיי המדף של פלסטיק מטופל תלויים בסוג השרף, בניסוח ובתנאי הסביבה באזור האחסון. חיי המדף של מוצרים מטופלים מוגבלים בשל נוכחות חומרים כגון נוגדי חמצון, מרככים, חומרי החלקה וחומרים אנטיסטטיים, חומרי צבע ופיגמנטים, מייצבים וכדומה. חשיפת פני שטח מטופלים לטמפרטורות גבוהות מגבירה את ניידות השרשראות המולקולריות – ככל שניידות השרשרת גבוהה יותר, כך מתיישן הטיפול מהר יותר. ניידות שרשראות הפולימר בחומרים מטופלים גורמת לאתרי הקישור שנוצרו בטיפול להתרחק מפני השטח. רכיבים אלה עלולים בסופו של דבר לנדוד אל פני שטח הפולימר. לכן מומלץ להדביק, לצפות, לצבוע, להדפיס או לעטר את המוצר בהקדם האפשרי לאחר הטיפול המקדים.

סוגי דיו UV משתמשים בחומרי צבע מסוג פיגמנט בלבד, אך המגוון רחב ואינו מגבלה משמעותית. פיתוחים בניסוח ובייצור הדיו מאפשרים ליצרנים להציע לבן (W), שימושי במיוחד כבסיס על מצעים בגוונים כהים או כרקע על מצע שקוף. צבעי היסוד של הזרקת הדיו – ציאן, מגנטה, צהוב ושחור (CMYK) – מספקים יחד מנעד צבעים רחב, משום ששכבות הדיו יכולות להיות עבות. עם זאת, מכיוון שהם מבוססי פיגמנט, הם אטומים לפחות חלקית ומסתירים את הצבעים שמתחתם. עוצמת הצבע אינה מתורגמת במלואה לצבעים המשניים, ולכן נשללים חלק מצבעי Pantone הנפוצים אצל מותגים גדולים.

הדפסה אנלוגית משתמשת בצבעי ספוט המנוסחים במיוחד. הם יכולים להיות זמינים גם בשוק הזה, בייחוד במכונות בעלות 6, 8 ו-10 ראשי הדפסה, אך הם אינם נפוצים משום שקשה הרבה יותר להחליף צבע ספוט במדפסת הזרקת דיו מאשר בהדפסת פלקסו או בהדפסת רשת. הדבר גם מנוגד ליכולת של ההדפסה הדיגיטלית להחליף עבודות עם תמונות עוקבות. חלופה אחת היא שימוש בערכות דיו בעלות מנעד מורחב, עם צבעים עזים בגוונים שבין CM ל-Y. אדום, ירוק וכחול (RGB), או כתום, ירוק וסגול (OGV), משמשים בהדפסת תוויות ובהדפסת פרסום כדי להרחיב את המנעד ולכסות את רוב צבעי המותג העזים והמוגדרים. ניתן לנסח צבעים אלה גם בהתאמה אישית עבור מוצרי פלסטיק תלת ממדיים.

שחזור צבעים בהירים, ובמיוחד גווני עור, הוא קושי קבוע בהדפסת הזרקת דיו בריפוי UV. אפילו הטיפות הקטנות ביותר של CMK, כיום בנפח של 4 פיקוליטר בלבד, גדולות מדי לרמת ריאליזם צילומי. עם זאת, אם מוסיפים ערכה משנית של מגנטה בהירה (lm) וציאן בהיר (lc), נעלמים המפגעים החזותיים של הנקודות הבודדות. אפשרות של CMYKlclmW זמינה בשוק הזה מיצרני המדפסות.

---