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能量固化型喷墨油墨探讨,及喷头技术与未来!

来源:全球印刷与包装工业 发布日期:2021-04-27 732

 

单通道喷墨印刷系统是应用于制造领域的工业喷墨印刷的主要工具。在过去的20年中,这些应用中最常见的选择是UV固化油墨。本文,我们将讨论一些原因,并介绍所谓的“能量固化”油墨的广泛用途,这种油墨有时也被称为“辐射固化”。

为什么需要UV油墨?

UV油墨最常用的短语是,您可以“在任何东西上印刷”。这可能是对的,但实际情况是很难做到。与水性油墨完全相反,标准的UV固化油墨实际上是100%的固体,因为没有一部分油墨会蒸发。这使它们非常适合管理喷头性能,但前提是这些昂贵的喷头不会意外暴露在UV下。

从历史上看,Inca Digital确实通过在2005年首次安装由太阳化学开发并首次安装的FastJet单通道印刷机,在大型印刷机领域树立了标杆。自那时以来,喷头的不断发展意味着从地板到瓦楞纸板和标签,再到瓶子和3D印刷等应用领域的爆炸性增长。

从应用的角度来看,由于反应性单体和低聚物材料的选择令人难以置信,因此UV油墨的最大优点是其可根据不同要求实现很高的可调性。如上图所示,正是这些成分的混合物构成了配方的主体,从而导致了固化膜的性能。

配方范围的广度意味着可以为大多数应用创建一种油墨,从300%可拉伸的热成型油墨和高风化的汽车图形,到汽车涂料和耐刮擦玻璃油墨。可固化油墨也已获得专利,可通过3D印刷制造模拟的器官组织,尽管其中一些是我们所谓的“混合”油墨,这将是我们下一篇文章的主题。

在过去的十年中,我们看到了取代传统汞灯的UV-LED固化技术的稳步增长。这通常会提高效率、寿命/过程稳定性,减少热量的产生,并且不产生臭氧。对于工业应用,仍然有充分的理由使用较旧的技术或结合使用。为了理解这一点,重要的是认识到固化光的波长与光引发剂材料的选择,以及实现那些微调特性的能力紧密相关。

超越UV

UV油墨面临的一大挑战是健康与安全,因为越来越多的材料被欧盟的REACH法规归类为危险物质。这影响了反应性单体和光引发剂,并导致不断地重新配制,以避免对印刷操作者的风险,以及由于产生的标签而导致的分配成本。对于敏感的应用(例如与食物接触或皮肤接触),通常应避免使用UV油墨,其中大部分归结为固化不完全后材料迁移的风险。

电子束固化是解决此问题的一种方法。在这些油墨中,交联反应是由高能电子而不是低能UV光子的相互作用引起的,这意味着不需要那些危害更大的光引发剂。如下所示,电子的渗透不受颜料沉积的影响,因此电子束非常适合高颜料涂料应用,而更敏感的油墨可以通过调节电子能量来固化。在这两种情况下,都可以实现极快的固化。

缺点是很难制造电子束所需的电子源,特别是在尺寸上,因此它们通常要昂贵得多。吸收到材料中的电子还具有足够的能量来产生X射线,因此需要屏蔽电子束固化系统。印刷机通常只有一个电子束系统,因此必须将油墨湿碰湿,这会导致在使用最新高速Si-MEMS喷头所需的低喷墨粘度时出现大量渗色问题。

尽管利基大得多,但一些3D印刷的特殊材料,通常可以在被UV钉扎或预固化后通过加热(即热能)进行固化,以便在后处理之前为3D印刷的部件提供绿色强度。

喷头

UV配方的一个重要因素是喷头的粘度要求,因为即使最薄的UV单体也比水浓得多。要获得可以印刷100+kHz的UV,并以300m/min的速度固化,以匹配最新种类的水性喷墨印刷机的UV仍然是一个挑战,但要继续保持良好的发展势头。最新开发的UV标签印刷机现在提供超过100m/min的速度。

原材料供应商正在不断创新材料,以帮助配方设计师应对新的挑战,不断增长的3D印刷市场是这些努力的最大受益者,这些工作已使功能聚合材料能够喷墨沉积。在这些应用中,喷头的选择至关重要,因为公认的喷墨粘度极限已推至极限。英国喷头生产商赛尔透露,在喷头温度升高时,巴斯夫材料的印刷速度超过50cP。

未来

由于UV油墨提供的广泛可能性,它将继续成为喷墨制造的支柱。随着3D印刷的高速增长,以及更多创新的出现,这将成为喷墨难题中越来越重要的一部分。

电子束在喷墨应用中的渗透率,很大程度上是成本和所使用墨水的可用性的一个因素。尽管通过湿到湿印刷有一些实际困难需要克服,但是速度的显著优势为未来的应用提供了明显的潜力,其中包括我们将来会讨论的混合水性UV油墨。


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