Sitodruk wkracza w kolejną fazę rozwoju, podobną do tej, która miała miejsce w XX wieku w przypadku grafiki mało- i wielkoformatowej, drukowania tekstyliów i dysków optycznych.

Wszyscy wiedzą o sitodruku. Jest staroświecki, brudny, śmierdzący, zawodny, rzemieślniczy i potrzeba dwudziestu lat, aby stać się ekspertem pokrytym farbą. Jest naprawdę używany tylko do drukowania koszulek i prostych plakatów.

Stwierdzenie to jest tak samo głupie jak te, które mówią, że druk cyfrowy zastąpi każdy inny proces drukowania. Istnieje wiele artykułów wyjaśniających cuda druku cyfrowego i nie ma wątpliwości, że jest to wspaniały proces, co prawda osiągnął on plateau w swoim rozwoju, ale nadal ma wiele możliwości na rynku i ponownie wzrośnie wraz z rozwojem technologii.

XXI wiek przyniósł kolejną zmianę. Obecny wzrost jego popularności dotyczy zastosowań, w których jest on wykorzystywany do osadzania kontrolowanych warstw materiału na precyzyjnie określonych obszarach. Sitodruk to proces inżynieryjny, który jest kontrolowany, mierzalny i spójny.

Przez lata, kiedy była ona wykorzystywana w znacznym stopniu jako proces produkcji grafiki, opracowano techniki, które sprawiają, że jest ona idealna dla procesów, które są kluczowe dla rozwoju i produkcji w zaawansowanej produkcji. Jest ona obecnie uważana za technologię masowego obrazowania. Zanim przyjrzymy się jej różnorodnym zastosowaniom, najlepiej przypomnieć sobie podstawowe elementy tego liczącego 4000 lat procesu.

Rdzeniem procesu jest mechanizm drukowania, z najczęściej używanym szablonem siatkowym, który wygląda następująco.

Podstawowe przedmioty

Podstawowe elementy wymagane do przeprowadzenia procesu sitodruku to:

Szablon (zdjęcie poniżej, dzięki uprzejmości KIWO): Jest to konstrukcja składająca się z ramy, do której pod napięciem przymocowana jest siatka. Siatka jest pokryta materiałem światłoczułym. Obraz do wydrukowania jest tworzony fotograficznie na szablonie, pozostawiając otwarte obszary siatki, przez które przechodzi atrament. Szablon jest również znany jako „sito”.

Squeegee: elastyczne ostrze poliuretanowe, trzymane w sztywnym uchwycie lub rączce. Powoduje to przepływ atramentu do siatki i usuwa nadmiar atramentu z górnej części szablonu.

Medium drukujące/tusz: Może mieć postać szerokiej gamy ciał stałych lub barwników zawieszonych w cieczy. Dostępna jest szeroka gama składów chemicznych atramentów, które pasują do szerokiej gamy zastosowań.

Podłoże: Jest to ogólny termin określający powierzchnię, która ma zostać wydrukowana. Mogą to być powierzchnie od chleba po czujniki biomedyczne.

Maszyna: Podstawa maszyny zapewnia powierzchnię dla podłoża do drukowania, a górna część zabezpiecza ekran. Idealnie byłoby, gdyby możliwy był ruch między podłożem a sitem.

Grafika przedstawia sitodruk w jego najbardziej podstawowej formie. Na tej podstawie opracowano wysoce zaawansowany sprzęt, który jest wykorzystywany w wielu różnych zastosowaniach.

Zależność atrament-podłoże

Tymczasowe wiązanie jest tworzone za pomocą zależności między energią powierzchniową podłoża a napięciem powierzchniowym atramentu. Atrament zwilża podłoże.

Gdy rakla odsuwa się, naprężenie siatki odciąga szablon od warstwy atramentu. Tymczasowe wiązanie wyciąga atrament z otworów siatki i pozostawia warstwę atramentu na podłożu. W siatce zawsze pozostaje niewielki procent atramentu. Ściągaczka usuwa atrament, który może pozostać na szablonie.

Podstawowa maszyna do sitodruku

Tymczasowe wiązanie spowodowane siłami adhezji

Zdjęcia dzięki uprzejmości PDS International

Jeśli podłoże jest zabrudzone lub energia powierzchniowa jest niższa lub zbliżona do napięcia powierzchniowego atramentu, ilość atramentu pozostawionego w siatce wzrośnie, co spowoduje niską jakość druku. W niektórych przypadkach atrament nie zostanie wyciągnięty z siatki. Jeśli napięcie siatki jest niskie i odciągnięcie siatki od atramentu wymaga czasu, część atramentu zostanie zatrzymana w otworach siatki, co spowoduje powstanie nierównej warstwy atramentu.

Prasa cylindryczna

Jest to alternatywna forma prasy drukarskiej w porównaniu do przedstawionej powyżej prasy płaskiej. Istnieje znaczna różnica w jej mechanicznym działaniu, ale przenoszenie atramentu z siatki na podłoże pozostaje zasadniczo takie samo.

Różnica w mechanizmie polega na tym, że zarówno szablon, jak i podłoże są w ruchu, a ruch atramentu z siatki na podłoże nie zależy po prostu od naprężenia siatki podnoszącej się z warstwy atramentu. Podłoże odsuwa się od siatki, gdy cylinder się obraca. Konfiguracja prasy, ruch jej części składowych i podłoża oznacza, że prędkość atramentu opuszczającego siatkę można zwiększyć, co skutkuje prędkością drukowania do 4500 arkuszy na godzinę. W porównaniu do mniej niż 1000 arkuszy na godzinę w przypadku prasy płaskiej.

Przy tych wyższych prędkościach konieczne jest wysuszenie atramentu w celu uzyskania odpowiedniej wydajności. Konfiguracja maszyny pozwala na większą precyzję w rejestracji i charakterystyce obrazu. Prasa cylindryczna jest w pełni zautomatyzowaną maszyną do precyzyjnego druku z dużą prędkością, która wymaga większych nakładów inwestycyjnych niż tradycyjna prasa płaska.

Image Coutersy z PDS International

Cylindryczna prasa drukarska

Podobnie jak w przypadku prasy cylindrycznej, system ten wykorzystuje szablon uformowany w cylinder o długości kilku metrów i średnicy do 300 mm. Drukuje on z bardzo dużą prędkością obrazy, które zmieszczą się na obwodzie cylindra. Podłoże jest zwykle ciągłą wstęgą, która jest podawana pod cylinder.

Wewnątrz cylindra znajduje się rakla i atrament. Wycieraczka sprawia, że cylinder styka się z podłożem, a atrament przenosi się z cylindra na podłoże. Cylinder jest zbudowany z metalowej siatki, przez którą przechodzi atrament. Często cylindry te są rozmieszczone w grupach w celu uzyskania wielokolorowych obrazów, na przykład na tekstyliach, które są drukowane w dużych ilościach.

Za każdym razem, gdy myślisz o sitodruku, niezależnie od używanego sprzętu, pomyśl o tym, co dzieje się w punkcie, w którym szablon styka się z podłożem.

Korzystanie z laserowo wycinanej lub chemicznie wytrawianej maski szablonowej

Zwykle siatka jest używana jako element nośny szablonu, a atrament wpływa i wypływa z otworów siatki, tworząc warstwę atramentu. Istnieją zastosowania, w których siatka nie jest wymagana, a konieczne jest umieszczenie bloków medium drukarskiego, które zazwyczaj jest pastą, a nie cieczą. Ma to często miejsce w przemyśle elektronicznym, szczególnie w przypadku technologii montażu powierzchniowego (SMT).

Maska szablonowa

Zdjęcie dzięki uprzejmości DEK

Zasada działania masek szablonowych różni się od zasady działania konwencjonalnego szablonu. Maska szablonowa jest zwykle wykonana ze stali nierdzewnej i jest tak gruba, jak zamierzona grubość gotowej mokrej powłoki. Mechanizm nakładania powłoki atramentu jest podobny, ponieważ może to być rakla i powlekarka, ale ich funkcja jest inna, podobnie jak sekwencja działania.

Szablon najpierw styka się z podłożem pionowym ruchem w dół. Powlekarka wchodzi w kontakt z szablonem, a pasta jest ciągnięta w poprzek szablonu i do otwartych obszarów szablonu. Powlekarka unosi się, a rakla porusza się w przeciwnym kierunku, wtłaczając pastę w otwarte obszary laserowo wyciętej maski szablonu.

Gdy rakla zakończy swój ruch, szablon i reszta mechanizmu unoszą się pionowo, pozostawiając pastę leżącą na podłożu. Aby tak się stało, między pastą a podłożem musi istnieć siła adhezji. Celem jest zapewnienie równomiernej warstwy pasty na ściśle określonych obszarach. Czasami nie używa się powlekarki, tylko rakli, która zapewnia obie funkcje. Materiały o niskiej lepkości, takie jak konwencjonalne atramenty, nie są odpowiednie, ponieważ drukowana struktura byłaby niestabilna i zapadałaby się.

Grafika procesów w tym artykule pokazuje je w znacznie uproszczonej formie. Potrzeba kontroli wymiarowej wszystkich aspektów procesu z dokładnością do kilku mikronów przenosi je do obszaru inżynierii precyzyjnej.

Oto niektóre z technologii, które nie byłyby możliwe bez sitodruku:

  • Telefony komórkowe
  • Czujniki glukozy dla osób z cukrzycą
  • Wiele innych czujników biomedycznych
  • Ogniwa słoneczne
  • Baterie litowe
  • Telewizory z płaskim ekranem
  • Panele dotykowe(zdjęcie poniżej od MacDermid Autotype)
  • Płytki drukowane
  • Elektronika drukowana
  • RFID
  • Transfer w formie
  • Przełączniki membranowe(obrazek poniżej od MA)
  • Elastyczne płytki drukowane
  • Elektroluminescencja(obraz poniżej z MA)
  • Cienkowarstwowe elementy grzejne
  • Miniaturowe obwody na ceramice
  • Podgrzewane tylne szyby
  • Ogniwa paliwowe
  • Inteligentne tkaniny
  • Dyski optyczne
  • Tekstylia z nadrukiem
  • Pokrętła samochodowe
  • Anteny z nadrukiem
  • Drukowanie grafiki z efektami specjalnymi
  • Dekoracja odzieży sportowej
  • Kamuflaż elektroniczny

Jedna z bardziej innowacyjnych aplikacji została niedawno opracowana na Wydziale Elektroniki i Informatyki Uniwersytetu w Southampton. Jest to pierwszy na świecie cyfrowy zegarek wykonany metodą sitodruku na tkaninie. Za pomocą sitodruku na tkaninę nałożono niezbędne, przewodzące, rezystancyjne i elektroluminescencyjne farby.

To, wraz z innymi zastosowaniami „inteligentnych tkanin”, będzie odgrywać coraz większą rolę w codziennym życiu.

W przypadku procesu drukowania o tak długiej historii można mieć pewność, że sitodruk będzie nadal rozszerzał swoje zastosowania. Jedynym ograniczeniem dla dalszego rozwoju sitodruku jest wyobraźnia młodych ludzi, którzy są inżynierami i naukowcami przyszłości. Myślę, że sitodruk jest w dobrych rękach.