Η μεταξοτυπία εισέρχεται σε μια άλλη φάση ανάπτυξης παρόμοια με την εξάπλωσή της στα γραφικά μικρού και μεγάλου μεγέθους, στην εκτύπωση υφασμάτων και οπτικών δίσκων τον 20ό αιώνα.

Όλοι γνωρίζουν για την εκτύπωση με μεταξοτυπία. Είναι παλιομοδίτικη, βρώμικη, δύσοσμη, αναξιόπιστη, μια τέχνη, και χρειάζονται είκοσι χρόνια για να γίνει κάποιος ειδικός καλυμμένος με μελάνι. Χρησιμοποιείται πραγματικά μόνο για την εκτύπωση μπλουζών και απλών αφισών.

Αυτή η δήλωση είναι τόσο ανόητη όσο και εκείνοι που λένε ότι η ψηφιακή εκτύπωση θα αντικαταστήσει κάθε άλλη διαδικασία εκτύπωσης. Υπάρχουν πολλά άρθρα που εξηγούν τα θαύματα της ψηφιακής εκτύπωσης και δεν υπάρχει καμία αμφιβολία ότι είναι μια θαυμάσια διαδικασία, η οποία ομολογουμένως έχει σταματήσει την ανάπτυξή της, αλλά εξακολουθεί να έχει πολλές ευκαιρίες στην αγορά και θα εκτοξευθεί και πάλι καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται.

Ο 21ος αιώνας έχει επιφέρει άλλη μια βαθμιαία αλλαγή. Η σημερινή αύξηση της υιοθέτησής της αφορά εφαρμογές όπου χρησιμοποιείται για την απόθεση ελεγχόμενων υμενίων υλικού σε επακριβώς καθορισμένες περιοχές. Η μεταξοτυπία είναι μια μηχανική διαδικασία που είναι ελεγχόμενη, μετρήσιμη και συνεπής.

Με την πάροδο των ετών που χρησιμοποιείται ουσιαστικά ως διαδικασία παραγωγής γραφικών έχουν αναπτυχθεί τεχνικές που την καθιστούν ιδανική για διαδικασίες που είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη και την παραγωγή στην προηγμένη κατασκευή. Θεωρείται πλέον ως τεχνολογία μαζικής απεικόνισης. Πριν εξετάσουμε τις ποικίλες εφαρμογές της, είναι καλύτερο να υπενθυμίσουμε τα θεμελιώδη στοιχεία αυτής της διαδικασίας ηλικίας 4000 ετών.

Ο πυρήνας της διαδικασίας είναι ο μηχανισμός εκτύπωσης, με το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο δικτυωμένο στένσιλ, ο οποίος έχει ως εξής.

Βασικά στοιχεία

Τα βασικά στοιχεία που απαιτούνται για την εκτύπωση με οθόνη είναι:

Stencil (Ηεικόνα παρακάτω, ευγενική προσφορά του KIWO): Πρόκειται για μια δομή που αποτελείται από ένα πλαίσιο πάνω στο οποίο συνδέεται ένα πλέγμα υπό τάση. Το πλέγμα είναι επικαλυμμένο ή καλυμμένο με ένα φωτοευαίσθητο υλικό. Η προς εκτύπωση εικόνα δημιουργείται φωτογραφικά στο στένσιλ αφήνοντας ανοιχτές περιοχές του πλέγματος μέσα από τις οποίες περνάει το μελάνι. Το στένσιλ είναι επίσης γνωστό ως “το κόσκινο”.

Σκούπα: εύκαμπτη λεπίδα πολυουρεθάνης, που συγκρατείται σε άκαμπτη βάση ή λαβή. Αυτό προκαλεί τη ροή του μελανιού μέσα στο πλέγμα και αφαιρεί την περίσσεια μελανιού από την κορυφή του στένσιλ.

Μέσο εκτύπωσης/μελάνη: Μπορεί να έχει τη μορφή ενός ευρέος φάσματος στερεών ή χρωστικών ουσιών που αιωρούνται σε ένα υγρό. Διατίθεται ένα μεγάλο εύρος χημικών ουσιών μελανιού που ταιριάζουν σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.

Υπόστρωμα: Αυτός είναι ένας γενικός όρος για την επιφάνεια που πρόκειται να εκτυπωθεί. Οι επιφάνειες μπορεί να κυμαίνονται από ψωμί μέχρι βιοϊατρικούς αισθητήρες.

Μηχανή: Η βάση του μηχανήματος παρέχει μια επιφάνεια για το υπόστρωμα που πρόκειται να εκτυπωθεί και το άνω τμήμα ασφαλίζει τη σήτα. Ιδανικά, θα πρέπει να είναι δυνατή η μετακίνηση μεταξύ υποστρώματος και οθόνης.

Το γράφημα δείχνει τη μεταξοτυπία στην πιο βασική της μορφή. Από αυτό έχει αναπτυχθεί εξαιρετικά εξελιγμένος εξοπλισμός που χρησιμοποιείται σε πλήθος διαφορετικών εφαρμογών.

Σχέση υποστρώματος μελανιού

Ένας προσωρινός δεσμός σχηματίζεται μέσω της σχέσης μεταξύ της επιφανειακής ενέργειας του υποστρώματος και της επιφανειακής τάσης του μελανιού. Το μελάνι διαβρέχει το υπόστρωμα.

Καθώς η σπάτουλα απομακρύνεται, η τάση στο πλέγμα τραβάει το στένσιλ μακριά από το φιλμ μελάνης. Ο προσωρινός δεσμός τραβάει το μελάνι έξω από τα ανοίγματα του πλέγματος και αφήνει ένα φιλμ μελάνης στο υπόστρωμα. Υπάρχει πάντα ένα μικρό ποσοστό μελανιού που παραμένει στο πλέγμα. Η σκούπα αφαιρεί το μελάνι που μπορεί να έχει παραμείνει στην κορυφή του στένσιλ.

Βασική μηχανή εκτύπωσης οθόνης

Προσωρινός δεσμός που προκαλείται από συγκολλητικές δυνάμεις

Εικόνες ευγενική προσφορά της PDS International

Εάν το υπόστρωμα είναι βρώμικο ή η επιφανειακή ενέργεια είναι χαμηλότερη ή κοντά στην επιφανειακή τάση του μελανιού, η ποσότητα του μελανιού που παραμένει στο πλέγμα θα αυξηθεί με αποτέλεσμα κακή ποιότητα εκτύπωσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις δεν θα αναρροφηθεί καθόλου μελάνι από το πλέγμα. Εάν η τάση του πλέγματος είναι χαμηλή και χρειάζεται χρόνος για να απομακρυνθεί το πλέγμα από το μελάνι, τότε μέρος του μελανιού θα παραμείνει στα ανοίγματα του πλέγματος με αποτέλεσμα ένα ανομοιόμορφο φιλμ μελανιού.

Μια πρέσα κυλίνδρων

Πρόκειται για μια εναλλακτική μορφή εκτυπωτικής πρέσας σε σύγκριση με το γραφικό της επίπεδης πρέσας που παρουσιάζεται παραπάνω. Υπάρχει σηµαντική διαφορά στη µηχανική λειτουργία της, αλλά η µεταφορά µελάνης από το πλέγµα στο υπόστρωµα παραµένει ουσιαστικά η ίδια.

Η διαφορά στο μηχανισμό είναι ότι τόσο το στένσιλ όσο και το υπόστρωμα βρίσκονται σε κίνηση και η μετακίνηση του μελανιού από το πλέγμα στο υπόστρωμα δεν εξαρτάται απλώς από την τάση του πλέγματος που ανασηκώνεται από το φιλμ μελανιού. Το υπόστρωμα απομακρύνεται από το πλέγμα καθώς ο κύλινδρος περιστρέφεται. Η διαμόρφωση της πρέσας, η κίνηση των εξαρτημάτων της και του υποστρώματος σημαίνει ότι η ταχύτητα εξόδου του μελανιού από το πλέγμα μπορεί να αυξηθεί, με αποτέλεσμα να επιτυγχάνονται ταχύτητες εκτύπωσης έως και 4500 φύλλα ανά ώρα. Αυτό συγκρίνεται με λιγότερο από 1000 φύλλα ανά ώρα σε μια επίπεδη πρέσα.

Σε αυτές τις υψηλότερες ταχύτητες είναι απαραίτητο να στεγνώσει το μελάνι για να επιτευχθεί η απόδοση. Η διαμόρφωση του μηχανήματος επιτρέπει μεγαλύτερη ακρίβεια στα χαρακτηριστικά του μητρώου και της εικόνας. Η κυλινδρική πρέσα είναι μια μεγαλύτερη επένδυση από μια παραδοσιακή επίπεδη πρέσα και αποτελεί μια πλήρως αυτόματη μηχανή εκτύπωσης ακριβείας υψηλής ταχύτητας.

Εικόνα Coutersy της PDS International

Κυλινδρικό πιεστήριο εκτύπωσης

Παρόμοιο με την κυλινδρική πρέσα, αυτό το σύστημα χρησιμοποιεί ένα στένσιλ που διαμορφώνεται σε κύλινδρο, ο οποίος μπορεί να έχει μήκος πολλών μέτρων και διάμετρο έως και 300 mm. Εκτυπώνει με πολύ υψηλή ταχύτητα εικόνες που χωράνε γύρω από την περιφέρεια του κυλίνδρου. Το υπόστρωμα είναι συνήθως ένας συνεχής ιστός που τροφοδοτείται κάτω από τον κύλινδρο.

Στο εσωτερικό του κυλίνδρου υπάρχει ένα σκουπάκι και το μελάνι. Η σπάτουλα φέρνει τον κύλινδρο σε επαφή με το υπόστρωμα και το μελάνι μεταφέρεται από τον κύλινδρο στο υπόστρωμα. Ο κύλινδρος είναι κατασκευασμένος από ένα μεταλλικό πλέγμα μέσω του οποίου περνά το μελάνι. Συχνά αυτοί οι κύλινδροι είναι τοποθετημένοι σε ομάδες για την παραγωγή πολύχρωμων εικόνων, για παράδειγμα σε υφάσματα που εκτυπώνονται σε μεγάλες ποσότητες.

Κάθε φορά που σκέφτεστε τη μεταξοτυπία, ανεξάρτητα από τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείτε, σκεφτείτε τι συμβαίνει στο σημείο όπου το στένσιλ έρχεται σε επαφή με το υπόστρωμα.

Χρήση μιας μάσκας Stencil που έχει κοπεί με λέιζερ ή έχει χαραχτεί χημικά

Συνήθως το πλέγμα χρησιμοποιείται ως το στοιχείο στήριξης του στένσιλ και το μελάνι ρέει μέσα και έξω από τα ανοίγματα του πλέγματος για να δημιουργήσει το φιλμ μελάνης. Υπάρχουν εφαρμογές όπου δεν απαιτείται πλέγμα και η ανάγκη είναι να τοποθετηθούν μπλοκ από μέσο εκτύπωσης που είναι γενικά μια πάστα και όχι ένα υγρό. Αυτό συμβαίνει συχνά στη βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών, ιδίως με την τεχνολογία επιφανειακής τοποθέτησης (SMT).

Μάσκα Stencil

Χορηγία εικόνας από DEK

Η αρχή λειτουργίας με τις μάσκες stencil είναι διαφορετική από εκείνη ενός συμβατικού stencil. Η μάσκα στένσιλ κατασκευάζεται συνήθως από ανοξείδωτο χάλυβα και έχει πάχος όσο το προβλεπόμενο τελικό πάχος υγρού φιλμ. Ο μηχανισμός για την εναπόθεση του φιλμ μελάνης είναι παρόμοιος, καθώς μπορεί να υπάρχει μια σπάτουλα και ένας επιστρωτήρας πλημμύρας, αλλά η λειτουργία τους είναι διαφορετική, όπως και η ακολουθία λειτουργίας.

Το στένσιλ έρχεται πρώτα σε επαφή με το υπόστρωμα με μια κατακόρυφη κίνηση προς τα κάτω. Ο επιστρωτήρας πλημμύρας έρχεται σε επαφή με το στένσιλ και η πάστα τραβιέται κατά μήκος του στένσιλ και μέσα στις ανοικτές περιοχές του στένσιλ. Ο επιστρωτήρας κατάκλυσης ανασηκώνεται και η σπάτουλα κινείται στη συνέχεια προς την αντίθετη κατεύθυνση πιέζοντας την πάστα στις ανοικτές περιοχές της μάσκας του στένσιλ που έχει κοπεί με λέιζερ.

Όταν η σπάτουλα τελειώσει τη διαδρομή της, το στένσιλ και ο υπόλοιπος μηχανισμός ανασηκώνονται κατακόρυφα αφήνοντας την πάστα πάνω στο υπόστρωμα. Για να συμβεί αυτό πρέπει να υπάρχει μια δύναμη πρόσφυσης μεταξύ της πάστας και του υποστρώματος. Ο στόχος είναι να παρέχεται μια ομοιόμορφη στρώση πάστας σε στενά καθορισμένες περιοχές. Ορισμένες φορές δεν χρησιμοποιείται ένας επιστρωτήρας πλημμύρας, αλλά απλώς ένα σκουπάκι που παρέχει και τις δύο λειτουργίες. Τα υλικά χαμηλού ιξώδους, όπως τα συμβατικά μελάνια, δεν είναι κατάλληλα, καθώς η εκτυπωμένη δομή θα ήταν ασταθής και θα κατέρρεε.

Τα γραφικά των διαδικασιών σε αυτό το άρθρο τις παρουσιάζουν σε πολύ απλουστευμένη μορφή. Η ανάγκη ελέγχου των διαστάσεων όλων των πτυχών της διαδικασίας με ακρίβεια μερικών μικρομέτρων τις μεταφέρει στην περιοχή της μηχανικής υψηλής ακρίβειας.

Μερικές μόνο από τις τεχνολογίες που δεν θα ήταν δυνατές χωρίς την εκτύπωση με μεταξοτυπία είναι:

  • Κινητά τηλέφωνα
  • Αισθητήρες γλυκόζης για άτομα με διαβήτη
  • Πολλοί άλλοι βιοϊατρικοί αισθητήρες
  • Ηλιακά κύτταρα
  • Μπαταρίες λιθίου
  • Τηλεοράσεις επίπεδης οθόνης
  • Πίνακες αφής(εικόνα παρακάτω από την MacDermid Autotype)
  • Πλακέτες κυκλωμάτων
  • Τυπωμένα ηλεκτρονικά
  • RFID
  • Μεταφορά σε καλούπι
  • Διακόπτες μεμβράνης(εικόνα παρακάτω από το MA)
  • Πλακέτες εύκαμπτων κυκλωμάτων
  • Ηλεκτροφωταύγεια(παρακάτω εικόνα από το MA)
  • Στοιχεία θέρμανσης λεπτών υμενίων
  • Μικροσκοπικά κυκλώματα σε κεραμικά
  • Θερμαινόμενα πίσω παρμπρίζ
  • Κυψέλες καυσίμου
  • Έξυπνα υφάσματα
  • Οπτικοί δίσκοι
  • Τυπωμένα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα
  • Διακόπτες αυτοκινήτων
  • Τυπωμένες κεραίες
  • Εκτύπωση γραφικών με ειδικά εφέ
  • Διακόσμηση αθλητικών ενδυμάτων
  • Ηλεκτρονικό καμουφλάζ

Μια από τις πιο καινοτόμες εφαρμογές δημιουργήθηκε πρόσφατα στο Τμήμα Ηλεκτρονικής και Πληροφορικής του Πανεπιστημίου του Σαουθάμπτον. Πρόκειται για το πρώτο ψηφιακό ρολόι στον κόσμο που εκτυπώνεται με οθόνη σε ύφασμα. Με τη χρήση μελανιών παστής μεταξοτυπίας εφαρμόστηκαν στο ύφασμα τα απαραίτητα, αγώγιμα, αντιστατικά και ηλεκτροφωταύγεια μελάνια.

Αυτό, μαζί με άλλες εφαρμογές των “έξυπνων υφασμάτων”, θα διαδραματίσει ολοένα και μεγαλύτερο ρόλο στην καθημερινή ζωή.

Για μια διαδικασία εκτύπωσης με τόσο μακρά ιστορία να είστε σίγουροι ότι η μεταξοτυπία θα συνεχίσει να επεκτείνει τις εφαρμογές της. Ο μόνος περιορισμός στη συνεχή ανάπτυξη της μεταξοτυπίας είναι η φαντασία των νέων ανθρώπων, οι οποίοι είναι οι μηχανικοί και οι επιστήμονες του μέλλοντος. Νομίζω ότι η μεταξοτυπία βρίσκεται σε ασφαλή χέρια.