La serigrafia sta entrando in un’altra fase di crescita, simile a quella che ha interessato la grafica di piccolo e grande formato, la stampa di tessuti e i dischi ottici nel XX secolo.

Tutti conoscono la serigrafia. È una tecnica antiquata, sporca, puzzolente, inaffidabile, artigianale e ci vogliono vent’anni per diventare un esperto di inchiostro. Viene utilizzata solo per stampare magliette e semplici poster.

Questa affermazione è sciocca come quella di chi dice che la stampa digitale prenderà il posto di ogni altro processo di stampa. Ci sono molti articoli che spiegano le meraviglie della stampa digitale e non c’è dubbio che si tratti di un processo meraviglioso; è vero che ha raggiunto un livello di sviluppo basso, ma ha ancora molte opportunità sul mercato e aumenterà ancora con l’evolversi della tecnologia.

Il 21° secolo ha prodotto un ulteriore cambiamento. L’attuale ondata di adozione della serigrafia riguarda le applicazioni in cui viene utilizzata per depositare pellicole controllate di materiale su aree definite con precisione. La serigrafia è un processo ingegneristico controllabile, misurabile e coerente.

Nel corso degli anni è stata utilizzata in modo sostanziale come processo di produzione grafica e sono state sviluppate tecniche che la rendono ideale per i processi cruciali per lo sviluppo e la produzione nella manifattura avanzata. Oggi è considerata una tecnologia di imaging di massa. Prima di esaminare le sue diverse applicazioni, è bene ricordare gli elementi fondamentali di questo processo vecchio di 4000 anni.

Il cuore del processo è il meccanismo di stampa, che nel caso dello stencil a maglie più comunemente utilizzato è il seguente.

Articoli di base

Gli elementi di base necessari per realizzare il processo di stampa serigrafica sono:

Stencil (immagine sotto, per gentile concessione di KIWO): Si tratta di una struttura che consiste in un telaio sul quale viene fissata una rete in tensione. La rete è rivestita o ricoperta da un materiale fotosensibile. L’immagine da stampare viene creata fotograficamente sullo stencil lasciando aree aperte di rete attraverso le quali passa l’inchiostro. Lo stencil è noto anche come “schermo”.

Spatola: una lama flessibile in poliuretano, tenuta in un supporto rigido o in un manico. Questa lama fa scorrere l’inchiostro nella rete e rimuove l’inchiostro in eccesso dalla parte superiore dello stencil.

Mezzo di stampa/Inchiostro: Può assumere la forma di un’ampia gamma di solidi o coloranti sospesi in un fluido. È disponibile un’ampia gamma di inchiostri chimici per soddisfare una vasta gamma di applicazioni.

Substrato: Si tratta di un termine generale che indica la superficie da stampare. Le superfici possono spaziare dal pane ai sensori bio-medicali.

Macchina: La base della macchina fornisce una superficie per il substrato da stampare e la sezione superiore fissa lo schermo. Idealmente, il movimento deve essere possibile tra il substrato e il retino.

Il grafico mostra la serigrafia nella sua forma più elementare. Da qui sono state sviluppate apparecchiature molto sofisticate che vengono utilizzate in una miriade di applicazioni diverse.

Rapporto tra inchiostro e substrato

Il legame temporaneo si forma grazie alla relazione tra l’energia superficiale del substrato e la tensione superficiale dell’inchiostro. L’inchiostro bagna il substrato.

Quando la spatola si allontana, la tensione della rete allontana lo stencil dalla pellicola di inchiostro. Il legame temporaneo fa uscire l’inchiostro dalle aperture della rete e lascia una pellicola di inchiostro sul substrato. Rimane sempre una piccola percentuale di inchiostro nella rete. La spatola rimuove l’inchiostro eventualmente rimasto sulla parte superiore dello stencil.

Macchina serigrafica di base

Legame temporaneo causato dalle forze adesive

Immagini per gentile concessione di PDS International

Se il substrato è sporco o l’energia superficiale è inferiore o vicina alla tensione superficiale dell’inchiostro, la quantità di inchiostro rimasta nel reticolo aumenterà e la qualità di stampa sarà scarsa. In alcuni casi non verrà estratto alcun inchiostro dal reticolo. Se la tensione del reticolo è bassa e ci vuole tempo per staccare il reticolo dall’inchiostro, una parte dell’inchiostro verrà trattenuta nelle aperture del reticolo e si otterrà una pellicola di inchiostro non uniforme.

Una pressa a cilindro

Si tratta di una forma alternativa di macchina da stampa rispetto alla grafica della macchina piana mostrata sopra. Il funzionamento meccanico è notevolmente diverso, ma il trasferimento dell’inchiostro dal retino al substrato rimane sostanzialmente lo stesso.

La differenza nel meccanismo è che sia lo stencil che il substrato sono in movimento e il movimento dell’inchiostro dal reticolo al substrato non dipende semplicemente dalla tensione del reticolo che si solleva dalla pellicola di inchiostro. Il substrato si allontana dal reticolo mentre il cilindro ruota. La configurazione della macchina da stampa, il movimento dei suoi componenti e il substrato fanno sì che la velocità dell’inchiostro che lascia il reticolo possa essere aumentata, consentendo di raggiungere velocità di stampa fino a 4500 fogli all’ora. Rispetto ai meno di 1000 fogli all’ora di una macchina da stampa piana.

A queste velocità più elevate è necessario asciugare l’inchiostro per ottenere la resa. La configurazione della macchina consente una maggiore precisione nel registro e nelle caratteristiche dell’immagine. Un investimento maggiore rispetto a una tradizionale macchina da stampa in piano, la macchina a cilindri è una macchina da stampa di precisione ad alta velocità completamente automatica.

Immagine Coutersy di PDS International

Una macchina da stampa cilindrica

Simile nel nome alla pressa a cilindro, questo sistema utilizza uno stencil formato in un cilindro che può essere lungo diversi metri e con un diametro fino a 300 mm. Stampa ad altissima velocità immagini che si adattano alla circonferenza del cilindro. Il substrato è normalmente un nastro continuo che viene alimentato sotto il cilindro.

All’interno del cilindro ci sono una spatola e l’inchiostro. La spatola porta il cilindro a contatto con il substrato e l’inchiostro si trasferisce dal cilindro al substrato. Il cilindro è costituito da una rete metallica attraverso la quale passa l’inchiostro. Spesso questi cilindri sono disposti in gruppi per produrre immagini multicolore, ad esempio su tessuti che vengono stampati in grandi quantità.

Ogni volta che pensi alla serigrafia, indipendentemente dall’attrezzatura che stai utilizzando, pensa a cosa succede nel punto in cui lo stencil è a contatto con il substrato.

Utilizzo di una maschera per stencil tagliata al laser o incisa chimicamente

Normalmente la rete viene utilizzata come elemento di supporto dello stencil e l’inchiostro entra ed esce dalle aperture della rete per creare la pellicola di inchiostro. Ci sono applicazioni in cui la rete non è necessaria e l’esigenza è quella di depositare blocchi di mezzo di stampa che generalmente è una pasta piuttosto che un liquido. Questo è spesso il caso dell’industria elettronica, in particolare della tecnologia a montaggio superficiale (SMT).

Maschera Stencil

Immagine per gentile concessione di DEK

Il principio di funzionamento delle maschere stencil è diverso da quello di uno stencil tradizionale. La maschera stencil è normalmente realizzata in acciaio inossidabile ed è spessa quanto lo spessore del film umido che si vuole ottenere. Il meccanismo di deposito della pellicola d’inchiostro è simile, in quanto possono essere presenti una spatola e un verniciatore a diluvio, ma la loro funzione è diversa così come la sequenza di funzionamento.

Lo stencil viene prima portato a contatto con il substrato con un movimento verticale verso il basso. La spatola viene a contatto con lo stencil e la pasta viene tirata attraverso lo stencil e nelle aree aperte dello stesso. La spatola si solleva e si muove nella direzione opposta, spingendo la pasta nelle aree aperte della maschera tagliata al laser.

Quando la spatola termina la sua corsa, lo stencil e il resto del meccanismo si sollevano verticalmente lasciando la pasta sul substrato. Affinché ciò avvenga, deve esserci una forza adesiva tra la pasta e il substrato. L’obiettivo è quello di ottenere uno strato uniforme di pasta su aree ben definite. A volte non si utilizza una spalmatrice, ma solo una spatola che svolge entrambe le funzioni. I materiali a bassa viscosità, come gli inchiostri convenzionali, non sono adatti perché la struttura stampata sarebbe instabile e crollerebbe.

I grafici dei processi riportati in questo articolo li mostrano in forma molto semplificata. La necessità di avere un controllo dimensionale di tutti gli aspetti del processo entro pochi micron li porta nell’area dell’ingegneria di alta precisione.

Solo alcune delle tecnologie che non sarebbero state possibili senza la serigrafia sono:

  • Telefoni cellulari
  • Sensori di glucosio per persone con diabete
  • Molti altri sensori biomedici
  • Celle solari
  • Batterie al litio
  • Televisori a schermo piatto
  • Pannelli a sfioramento(immagine qui sotto da MacDermid Autotype)
  • Schede di circuito
  • Elettronica stampata
  • RFID
  • Trasferimenti in stampo
  • Interruttori a membrana(immagine sotto da MA)
  • Schede di circuiti flessibili
  • Elettroluminescenza(immagine sotto da MA)
  • Elementi riscaldanti a film sottile
  • Circuiti miniaturizzati su ceramica
  • Parabrezza posteriore riscaldato
  • Celle a combustibile
  • Tessuti intelligenti
  • Dischi ottici
  • Tessili stampati
  • Quadranti automobilistici
  • Antenne stampate
  • Stampa grafica con effetti speciali
  • Decorazione di abbigliamento sportivo
  • Mimetizzazione elettronica

Una delle applicazioni più innovative è stata recentemente realizzata dal Dipartimento di Elettronica e Informatica dell’Università di Southampton. Si tratta del primo orologio digitale serigrafato su tessuto al mondo. Utilizzando inchiostri in pasta serigrafati, sono stati applicati al tessuto gli inchiostri conduttivi, resistivi ed elettroluminescenti necessari.

Questa e altre applicazioni dei “tessuti intelligenti” avranno un ruolo sempre più importante nella vita di tutti i giorni.

Per un processo di stampa con una storia così lunga, siate certi che la serigrafia continuerà a espandere le sue applicazioni. L’unico limite alla continua crescita della serigrafia è l’immaginazione dei giovani, che sono gli ingegneri e gli scienziati del futuro. Credo che la serigrafia sia in buone mani.