能量固化型噴墨油墨探討，及噴頭技術(shù)與未來

單通道噴墨印刷系統(tǒng)是應(yīng)用于制造領(lǐng)域的工業(yè)噴墨印刷的主要工具。在過去的20年中，這些應(yīng)用中最常見的選擇是UV固化油墨。本文中，我們將討論其中的一些原因，并介紹所謂的“能量固化”（這種油墨有時(shí)也被稱為“輻射固化”）油墨的廣泛用途。

為什么需要UV油墨？

UV油墨最常用的短語是，您可以“在任何東西上印刷”。這可能是對(duì)的，但實(shí)際情況卻很難做到。與水性油墨完全相反，標(biāo)準(zhǔn)的UV固化油墨實(shí)際上是100%的固體，因?yàn)闆]有一部分油墨會(huì)蒸發(fā)。這使它們非常適合管理噴頭性能，但前提是這些昂貴的噴頭不會(huì)意外暴露在UV下。

從歷史上看，Inca Digital確實(shí)通過在2005年首次安裝由太陽化學(xué)開發(fā)并首次安裝的FastJet單通道印刷機(jī)，在大型印刷機(jī)領(lǐng)域樹立了標(biāo)桿。自那時(shí)以來，噴頭的不斷發(fā)展意味著從地板到瓦楞紙板和標(biāo)簽，再到瓶子和3D印刷等應(yīng)用領(lǐng)域的爆炸性增長。

從應(yīng)用的角度來看，由于反應(yīng)性單體和低聚物材料的選擇令人難以置信，因此UV油墨的最大優(yōu)點(diǎn)是其可根據(jù)不同要求實(shí)現(xiàn)很高的可調(diào)性，正是這些成分的混合物構(gòu)成了配方的主體，從而決定了固化膜的性能。

配方范圍的廣度意味著可以為大多數(shù)應(yīng)用創(chuàng)建一種油墨，從300%可拉伸的熱成型油墨和高風(fēng)化的汽車圖形，到汽車涂料和耐刮擦玻璃油墨。可固化油墨也已獲得專利，可通過3D印刷制造模擬的器官組織，盡管其中一些是我們所謂的“混合”油墨。

在過去的10年中，我們看到了取代傳統(tǒng)汞燈的UV-LED固化技術(shù)的穩(wěn)步增長。這通常會(huì)提高效率、過程穩(wěn)定性，減少熱量的產(chǎn)生，并且不產(chǎn)生臭氧。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，仍然有充分的理由使用較舊的技術(shù)或結(jié)合使用。為了理解這一點(diǎn)，重要的是認(rèn)識(shí)到固化光的波長與光引發(fā)劑材料的選擇與實(shí)現(xiàn)那些微調(diào)特性的能力緊密相關(guān)。

超越UV

UV油墨面臨的一大挑戰(zhàn)是健康與安全，因?yàn)樵絹碓蕉嗟牟牧媳粴W盟的REACH法規(guī)歸類為危險(xiǎn)物質(zhì)。這影響了反應(yīng)性單體和光引發(fā)劑，并導(dǎo)致需要不斷地重新配制，以避免對(duì)印刷操作者的風(fēng)險(xiǎn)，以及由于產(chǎn)生的標(biāo)簽而導(dǎo)致的分配成本。對(duì)于敏感的應(yīng)用（例如與食物接觸或皮膚接觸），通常應(yīng)避免使用UV油墨，其中大部分歸結(jié)為固化不完全后材料遷移的風(fēng)險(xiǎn)。

電子束固化是解決此問題的一種方法。在這些油墨中，交聯(lián)反應(yīng)是由高能電子而不是低能UV光子的相互作用引起的，這意味著不需要那些危害更大的光引發(fā)劑。電子的滲透不受顏料沉積的影響，因此電子束非常適合高顏料涂料應(yīng)用，而更敏感的油墨可以通過調(diào)節(jié)電子能量來固化。在這兩種情況下，都可以實(shí)現(xiàn)極快的固化。

缺點(diǎn)是很難制造電子束所需的電子源，特別是在尺寸上，因此它們通常要昂貴得多。吸收到材料中的電子還具有足夠的能量來產(chǎn)生X射線，因此需要屏蔽電子束固化系統(tǒng)。印刷機(jī)通常只有一個(gè)電子束系統(tǒng)，因此必須將油墨濕碰濕，這會(huì)導(dǎo)致在使用最新高速Si-MEMS噴頭所需的低噴墨粘度時(shí)出現(xiàn)大量滲色問題。

盡管利基大得多，但一些3D印刷的特殊材料，通常可以在被UV釘扎或預(yù)固化后通過加熱（即熱能）進(jìn)行固化，以便在后處理之前為3D印刷的部件提供綠色強(qiáng)度。

噴頭

UV配方的一個(gè)重要因素是噴頭的粘度要求，因?yàn)榧词棺畋〉腢V單體也比水濃得多。要獲得可以印刷100+kHz的UV，并以300m/min的速度固化，以匹配最新種類的水性噴墨印刷機(jī)的UV仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，但要繼續(xù)保持良好的發(fā)展勢頭。最新開發(fā)的UV標(biāo)簽印刷機(jī)現(xiàn)在可提供超過100m/min的速度。

原材料供應(yīng)商正在不斷創(chuàng)新材料，以幫助配方設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)，不斷增長的3D印刷市場是這些努力的最大受益者，這些工作已使功能聚合材料能夠噴墨沉積。在這些應(yīng)用中，噴頭的選擇至關(guān)重要，因?yàn)楣J(rèn)的噴墨粘度極限已推至極限。英國噴頭生產(chǎn)商賽爾透露，在噴頭溫度升高時(shí)，巴斯夫材料的印刷速度超過50cP。

未來

由于UV油墨提供的廣泛可能性，它將繼續(xù)成為噴墨制造的支柱。隨著3D印刷的高速增長，以及更多創(chuàng)新的出現(xiàn)，這將成為噴墨難題中越來越重要的一部分。

電子束在噴墨應(yīng)用中的滲透率，很大程度上是成本和所使用墨水的可用性的一個(gè)因素。盡管通過濕到濕印刷有一些實(shí)際困難需要克服，但是速度的顯著優(yōu)勢為未來的應(yīng)用提供了明顯的潛力，其中包括我們將來會(huì)討論的混合水性UV油墨。