مستقبل الطباعة بالشاشة

تنتقل الطباعة بالشاشة إلى مرحلة أخرى من النمو على غرار ما حدث في طباعة الرسومات الصغيرة والكبيرة الحجم وطباعة المنسوجات والأقراص الضوئية في القرن العشرين.

الجميع يعرف عن الطباعة بالشاشة الحريرية. فهي قديمة الطراز، وقذرة، وذات رائحة كريهة، وغير موثوق بها، وحرفة، وتستغرق عشرين عاماً لتصبح خبيراً في الطباعة بالحبر. إنها تستخدم فقط لطباعة القمصان والملصقات البسيطة.

هذا القول سخيف مثل أولئك الذين يقولون إن الطباعة الرقمية ستستحوذ على كل عمليات الطباعة الأخرى. هناك الكثير من المقالات التي تشرح عجائب الطباعة الرقمية ولا شك أنها عملية رائعة، ومن المسلم به أنها قد بلغت مرحلة الاستقرار في تطورها ولكنها لا تزال تتمتع بالكثير من الفرص في السوق وسترتفع مرة أخرى مع تطور التكنولوجيا.

وقد أحدث القرن الحادي والعشرون تغييراً آخر في القرن الحادي والعشرين. وتتمثل الطفرة الحالية في اعتمادها في التطبيقات التي تُستخدم فيها لترسيب أغشية من المواد الخاضعة للتحكم على مناطق محددة بدقة. إن طباعة الشاشة هي عملية هندسية يمكن التحكم فيها وقياسها واتساقها.

وعلى مر السنين التي تم استخدامها بشكل كبير كعملية إنتاج رسومات تم تطوير تقنيات تجعلها مثالية للعمليات التي تعتبر حاسمة في التطوير والإنتاج في التصنيع المتقدم. وهي تُعتبر الآن بمثابة تقنية تصوير شامل. قبل النظر في تطبيقاتها المتنوعة، من الأفضل أن نذكّر أنفسنا بالعناصر الأساسية لهذه العملية التي يبلغ عمرها 4000 عام.

يتمثل جوهر العملية في آلية الطباعة، مع الاستنسل المتشابك الأكثر استخدامًا على النحو التالي.

العناصر الأساسية

العناصر الأساسية المطلوبة لتنفيذ عملية الطباعة على الشاشة هي:

الاستنسل (الصورة أدناه، مجاملة من KIWO): وهو عبارة عن هيكل يتكون من إطار يتم تثبيت شبكة عليه تحت الشد. يتم طلاء الشبكة أو تغطيتها بمادة حساسة للضوء. يتم إنشاء الصورة المراد طباعتها فوتوغرافيًا على الاستنسل تاركًا مناطق مفتوحة من الشبكة يمر من خلالها الحبر. ويُعرف الاستنسل أيضاً باسم “الشاشة”.

الممسحة: شفرة مرنة من البولي يوريثين مثبتة في حامل أو مقبض صلب. يؤدي ذلك إلى تدفق الحبر إلى الشبكة وإزالة الحبر الزائد من أعلى الاستنسل.

وسيط/حبر الطباعة: يمكن أن يأخذ شكل مجموعة كبيرة من المواد الصلبة أو الأصباغ المعلقة في سائل. تتوفر مجموعة كبيرة من كيميائيات الحبر لتناسب مجموعة كبيرة من التطبيقات.

الركيزة: هذا مصطلح عام للسطح المراد طباعته. يمكن أن تتراوح الأسطح من الخبز إلى المستشعرات الطبية الحيوية.

الماكينة: توفر قاعدة الماكينة سطحًا للركيزة المراد طباعتها والقسم العلوي يثبت الشاشة. من الناحية المثالية، يجب أن تكون الحركة ممكنة بين الركيزة والشاشة.

يُظهر الرسم البياني طباعة الشاشة في أبسط أشكالها. ومن هذه المعدات المتطورة للغاية تم تطوير معدات متطورة للغاية وتستخدم في مجموعة من التطبيقات المختلفة.

علاقة الحبر بالركيزة

يتم تكوين رابطة مؤقتة عن طريق العلاقة بين الطاقة السطحية للركيزة والتوتر السطحي للحبر. يبلل الحبر الركيزة.

عندما تتحرك الممسحة بعيدًا، يسحب الشد في الشبكة الاستنسل بعيدًا عن طبقة الحبر. تسحب الرابطة المؤقتة الحبر من فتحات الشبكة وتترك طبقة من الحبر على الركيزة. هناك دائمًا نسبة صغيرة من الحبر متبقية في الشبكة. تزيل الممسحة أي حبر قد يكون متبقيًا فوق الاستنسل.

ماكينة طباعة الشاشة الأساسية

رابطة مؤقتة ناتجة عن قوى الالتصاق

صور مقدمة من شركة بي دي إس إنترناشيونال

إذا كانت الركيزة متسخة أو كانت طاقة السطح أقل من أو قريبة من التوتر السطحي للحبر، فإن كمية الحبر المتبقية في الشبكة ستزداد مما يؤدي إلى طباعة رديئة الجودة. في بعض الحالات لن يتم سحب أي حبر من الشبكة. إذا كان توتر الشبكة منخفضًا ويستغرق وقتًا لسحب الشبكة بعيدًا عن الحبر، فسيتم الاحتفاظ ببعض الحبر في فتحات الشبكة مما يؤدي إلى طبقة غير متساوية من الحبر.

مكبس اسطوانة

هذا شكل بديل للمطبعة مقارنة برسم المطبعة المسطحة الموضحة أعلاه. هناك اختلاف كبير في تشغيلها الميكانيكي ولكن نقل الحبر من الشبكة إلى الركيزة يظل كما هو إلى حد كبير.

ويتمثل الاختلاف في الآلية في أن كلاً من الاستنسل والركيزة في حالة حركة وأن حركة الحبر من الشبكة إلى الركيزة لا تعتمد ببساطة على الشد في الشبكة التي ترفع نفسها من طبقة الحبر. تتحرك الركيزة بعيدًا عن الشبكة أثناء دوران الأسطوانة. ويعني تكوين المكبس وحركة الأجزاء المكونة له والركيزة أنه يمكن زيادة سرعة الحبر الخارج من الشبكة، مما يؤدي إلى زيادة سرعة الطباعة حتى 4500 ورقة في الساعة. ويقارن ذلك بأقل من 1000 ورقة في الساعة على المكبس المسطح.

عند هذه السرعات العالية، من الضروري تجفيف الحبر لتحقيق الإخراج. يتيح تكوين الماكينة دقة أكبر في التسجيل وخصائص الصورة. تُعد المكبس الأسطواني استثمارًا أكبر من المكبس المسطح التقليدي، حيث إن المكبس الأسطواني عبارة عن ماكينة طباعة أوتوماتيكية عالية الدقة عالية السرعة.

صورة كوترسي من شركة بي دي إس إنترناشيونال

مطبعة الطباعة الأسطوانية

يشبه هذا النظام في الاسم مكبس الأسطوانة ويستخدم هذا النظام استنسلًا مشكلاً على شكل أسطوانة يمكن أن يصل طولها إلى عدة أمتار بقطر يصل إلى 300 مم. ستطبع بسرعة عالية جدًا صورًا تتناسب مع محيط الأسطوانة. عادةً ما تكون الركيزة عبارة عن شبكة متصلة يتم تغذيتها أسفل الأسطوانة.

عندما تفكر في طباعة الشاشة بغض النظر عن المعدات التي تستخدمها فكر فيما يحدث عند نقطة تلامس الاستنسل مع الركيزة.

استخدام قناع الاستنسل المقصوص بالليزر أو المحفور كيميائياً

عادةً ما يتم استخدام الشبكة كعنصر دعم للاستنسل ويتدفق الحبر داخل وخارج فتحات الشبكة لإنشاء طبقة الحبر. هناك تطبيقات حيث لا تكون الشبكة مطلوبة وتكون الحاجة إلى وضع كتل من وسيط الطباعة الذي يكون عادةً معجونًا وليس سائلًا. وهذا هو الحال غالبًا في صناعة الإلكترونيات خاصة مع تقنية التركيب السطحي (SMT).

قناع الاستنسل

الصورة بإذن من DEK

يختلف مبدأ التشغيل باستخدام أقنعة الاستنسل عن مبدأ الاستنسل التقليدي. عادةً ما يكون قناع الاستنسل مصنوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ ويكون سمكه بنفس سمك الطبقة الرطبة النهائية المقصودة. تتشابه آلية ترسيب غشاء الحبر من حيث إمكانية وجود ممسحة وممسحة طلاء غمرية ولكن وظيفتهما مختلفة وكذلك تسلسل التشغيل.

يتم أولاً تلامس الاستنسل مع الركيزة بحركة رأسية لأسفل. يلامس الطلاء بالغمر الاستنسل ويتم سحب المعجون عبر الاستنسل وفي المناطق المفتوحة من الاستنسل. يتم رفع الطلاء الغاطس ثم تتحرك الممسحة في الاتجاه المعاكس دافعةً المعجون إلى المناطق المفتوحة من قناع الاستنسل المقطوع بالليزر.

عندما تنتهي الممسحة من شوطها يرفع الاستنسل وبقية الآلية عموديًا تاركًا العجينة ملقاة على الركيزة. يجب أن تكون هناك قوة لاصقة بين العجينة والركيزة لكي يحدث ذلك. الهدف هو توفير طبقة متساوية من العجينة على مناطق محددة بدقة. في بعض الأحيان لا يتم استخدام الممسحة الغاطسة بل مجرد ممسحة توفر كلتا الوظيفتين. المواد منخفضة اللزوجة مثل الأحبار التقليدية غير مناسبة لأن البنية المطبوعة ستكون غير مستقرة وقد تنهار.

تُظهر الرسومات البيانية للعمليات في هذه المقالة بشكل مبسط للغاية. إن الحاجة إلى التحكم في الأبعاد في جميع جوانب العملية في حدود بضعة ميكرونات تأخذها إلى مجال الهندسة عالية الدقة.

فقط بعض التقنيات التي لم تكن ممكنة بدون طباعة الشاشة هي

• الهواتف المحمولة
• أجهزة استشعار الجلوكوز لمرضى السكري
• العديد من أجهزة الاستشعار الطبية الحيوية الأخرى
• الخلايا الشمسية
• بطاريات الليثيوم
• تلفزيونات بشاشة مسطحة
• اللوحات التي تعمل باللمس(الصورة أدناه من ماكديرميد أوتوتيب)

• لوحات الدوائر الكهربائية
• إلكترونيات مطبوعة
• تحديد الهوية بموجات الراديو اللاسلكية
• في عمليات نقل القوالب
• مفاتيح تبديل الغشاء(الصورة أدناه من MA)

• لوحات الدوائر المرنة
• التلألؤ الكهربائي(الصورة أدناه من MA)
• عناصر تسخين الأغشية الرقيقة
• دوائر مصغرة على السيراميك
• زجاج أمامي خلفي ساخن
• خلايا الوقود
• أقمشة ذكية
• الأقراص الضوئية
• المنسوجات المطبوعة
• أقراص السيارات
• هوائيات مطبوعة
• طباعة رسومات المؤثرات الخاصة
• زخرفة الملابس الرياضية
• التمويه الإلكتروني

أحد التطبيقات الأكثر ابتكاراً تم إنتاجه مؤخراً في قسم الإلكترونيات وعلوم الكمبيوتر في جامعة ساوثهامبتون. إنها أول ساعة رقمية مطبوعة على الشاشة على القماش في العالم. وباستخدام أحبار معجون مطبوع على الشاشة تم تطبيق الأحبار اللازمة والموصلة والمقاومة والمضائة الكهربائية على القماش.

سيؤدي هذا إلى جانب التطبيقات الأخرى لـ “الأقمشة الذكية” دوراً متزايداً في الحياة اليومية.

بالنسبة لعملية طباعة لها مثل هذا التاريخ الطويل، تأكد من أن الطباعة بالشاشة ستستمر في توسيع تطبيقاتها. القيد الوحيد على استمرار نمو الطباعة بالشاشة هو خيال الشباب الذين هم مهندسو وعلماء المستقبل. أعتقد أن طباعة الشاشة في أيدٍ أمينة.