Трафаретная печать вступает в очередную фазу роста, подобно тому, как в 20-м веке она заняла свое место в производстве графики малого и большого формата, печати на текстиле и оптических дисках.

Все знают о шелкографии. Это старомодно, грязно, вонюче, ненадежно, это ремесло, и требуется двадцать лет, чтобы стать экспертом по покрытию краской. На самом деле она используется только для печати футболок и простых плакатов.

Это утверждение так же глупо, как и те, кто говорит, что цифровая печать вытеснит все остальные виды печати. Существует множество статей, объясняющих чудеса цифровой печати, и нет никаких сомнений в том, что это замечательный процесс, признавая, что он достиг плато в своем развитии, но он все еще имеет много возможностей на рынке и будет снова набирать обороты по мере развития технологии.

В 21 веке произошел еще один шаг вперед. В настоящее время трафаретная печать активно применяется в тех областях, где она используется для нанесения контролируемых пленок материала на точно определенные участки. Трафаретная печать — это инженерный процесс, который поддается контролю, измерению и последовательности.

За годы его значительного использования в качестве графического производственного процесса были разработаны методы, которые делают его идеальным для процессов, имеющих решающее значение для разработки и производства в передовом производстве. В настоящее время он рассматривается как технология массовой визуализации. Прежде чем рассматривать разнообразные области ее применения, лучше всего напомнить об основных элементах этого процесса, которому 4000 лет.

Основой процесса является механизм печати, при этом наиболее часто используется сетчатый трафарет, который выглядит следующим образом.

Основные предметы

Основными предметами, необходимыми для выполнения трафаретной печати, являются:

Трафарет (Изображение ниже, любезно предоставлено KIWO): Это конструкция, состоящая из рамы, на которую под натяжением крепится сетка. Сетка покрыта или покрыта светочувствительным материалом. Изображение для печати создается на трафарете фотографическим способом, оставляя открытые участки сетки, через которые проходят чернила. Трафарет также известен как «экран».

Сквиджи: гибкое полиуретановое лезвие, закрепленное в жестком держателе или ручке. Это заставляет чернила стекать в сетку и удаляет излишки чернил с верхней части трафарета.

Средство для печати/чернила: Может представлять собой широкий спектр твердых частиц или красителей, взвешенных в жидкости. Доступен большой выбор химикатов для чернил, подходящих для самых разных областей применения.

Подложка: Это общий термин для обозначения поверхности, на которой будет производиться печать. Поверхности могут быть самыми разными: от хлеба до биомедицинских датчиков.

Машина: Основание машины обеспечивает поверхность для подложки, на которой будет производиться печать, а верхняя часть закрепляет экран. В идеале между подложкой и растром должно быть возможно движение.

На рисунке показана трафаретная печать в ее самой простой форме. На основе этого было разработано сложнейшее оборудование, которое используется во множестве различных приложений.

Отношение чернил к субстрату

Временное соединение образуется благодаря соотношению между поверхностной энергией подложки и поверхностным натяжением чернил. Чернила смачивают подложку.

По мере того, как скребок отходит, натяжение сетки отрывает трафарет от чернильной пленки. Временное соединение вытягивает чернила из отверстий сетки и оставляет пленку чернил на подложке. В сетке всегда остается небольшой процент чернил. Скребок удаляет все чернила, которые могут остаться на трафарете.

Основная машина для трафаретной печати

Временное соединение, вызванное адгезионными силами

Изображения любезно предоставлены PDS International

Если подложка загрязнена или поверхностная энергия ниже или близка к поверхностному натяжению чернил, количество чернил, оставшихся в сетке, увеличится, что приведет к некачественной печати. В некоторых случаях чернила не будут вытягиваться из сетки. Если натяжение сетки низкое и требуется время, чтобы оторвать сетку от чернил, то часть чернил останется в отверстиях сетки, что приведет к неравномерной пленке чернил.

Цилиндрический пресс

Это альтернативная форма печатной машины по сравнению с графическим планшетным прессом, показанным выше. Существует значительная разница в механической работе, но перенос краски с сетки на подложку остается практически тем же самым.

Разница в механизме заключается в том, что и трафарет, и подложка находятся в движении, и перемещение чернил с сетки на подложку зависит не только от натяжения сетки, которая сама поднимается из чернильной пленки. Подложка отходит от сетки по мере вращения цилиндра. Конфигурация пресса, движение его составных частей и подложки означает, что скорость выхода краски из сетки может быть увеличена, в результате чего скорость печати может достигать 4500 листов в час. Это сравнимо с менее чем 1000 листов в час на планшетном прессе.

На таких высоких скоростях необходимо высушить чернила, чтобы добиться нужного результата. Конфигурация машины позволяет добиться большей точности приводки и характеристик изображения. По сравнению с традиционными планшетными прессами, цилиндрический пресс требует больших инвестиций и представляет собой полностью автоматическую высокоскоростную прецизионную печатную машину.

Имидж Кутерси из PDS International

Цилиндрическая печатная машина

Похожая по названию на цилиндрический пресс, эта система использует трафарет, сформированный в цилиндр, длина которого может составлять несколько метров, а диаметр — до 300 мм. Он печатает с очень высокой скоростью изображения, которые помещаются по окружности цилиндра. Подложка обычно представляет собой непрерывное полотно, которое подается под цилиндр.

Внутри цилиндра находятся скребок и чернила. Скребок приводит цилиндр в контакт с подложкой, и чернила переносятся с цилиндра на подложку. Цилиндр состоит из металлической сетки, через которую проходят чернила. Часто эти цилиндры располагаются группами для получения многоцветных изображений, например, на текстиле, который печатается в больших объемах.

Всякий раз, когда Вы думаете о трафаретной печати, независимо от того, какое оборудование Вы используете, думайте о том, что происходит в точке контакта трафарета с подложкой.

Использование трафаретной маски, вырезанной лазером или вытравленной химическим способом

Обычно сетка используется в качестве опорного элемента трафарета, а краска втекает и вытекает из отверстий сетки, создавая красочную пленку. Существуют области применения, где сетка не требуется, а необходимо наносить блоки печатной среды, которая обычно представляет собой пасту, а не жидкость. Это часто встречается в электронной промышленности, особенно в технологии поверхностного монтажа (SMT).

Трафаретная маска

Image Courtesy of DEK

Принцип работы с трафаретными масками отличается от работы с обычными трафаретами. Трафаретная маска обычно изготавливается из нержавеющей стали и имеет толщину, равную предполагаемой толщине готовой мокрой пленки. Механизм нанесения чернильной пленки схож, так как могут использоваться скребок и устройство для нанесения покрытия, но их функции отличаются, как и последовательность действий.

Сначала трафарет приводится в контакт с подложкой вертикальным движением вниз. Устройство для нанесения покрытия входит в контакт с трафаретом, и паста вытягивается через трафарет и попадает в открытые участки трафарета. Наносящее покрытие поднимается, а скребок движется в противоположном направлении, вдавливая пасту в открытые участки вырезанной лазером маски трафарета.

Когда скребок заканчивает свой ход, трафарет и остальной механизм поднимаются вертикально, оставляя пасту лежать на подложке. Для этого между пастой и подложкой должна возникнуть сила адгезии. Цель состоит в том, чтобы обеспечить равномерное нанесение пасты на четко очерченные участки. Иногда заливное устройство для нанесения покрытия не используется, достаточно просто скребка, который выполняет обе функции. Материалы с низкой вязкостью, такие как обычные чернила, не подходят, поскольку напечатанная структура будет нестабильной и разрушится.

Графические изображения процессов, приведенные в этой статье, показывают их в значительно упрощенном виде. Необходимость контроля размеров всех аспектов процесса с точностью до нескольких микрон относит их к области высокоточного машиностроения.

Вот лишь некоторые из технологий, которые были бы невозможны без трафаретной печати:

  • Мобильные телефоны
  • Датчики глюкозы для людей с диабетом
  • Многие другие биомедицинские датчики
  • Солнечные элементы
  • Литиевые батареи
  • Телевизоры с плоским экраном
  • Сенсорные панели(изображение ниже от MacDermid Autotype)
  • Печатные платы
  • Печатная электроника
  • RFID
  • Перенос в форму
  • Мембранные переключатели(изображение ниже от MA)
  • Гибкие печатные платы
  • Электролюминесценция(изображение ниже из MA)
  • Тонкопленочные нагревательные элементы
  • Миниатюрные схемы на керамике
  • Задние ветровые стекла с подогревом
  • Топливные элементы
  • Умные ткани
  • Оптические диски
  • Печатный текстиль
  • Автомобильные циферблаты
  • Печатные антенны
  • Печать графики со специальными эффектами
  • Украшение спортивной одежды
  • Электронный камуфляж

Одно из самых инновационных приложений было недавно создано на факультете электроники и компьютерных наук в Университете Саутгемптона. Это первые в мире цифровые часы с трафаретной печатью на ткани. С помощью трафаретной печати на ткань были нанесены необходимые чернила, проводящие, резистивные и электролюминесцентные.

Это, а также другие применения «умных тканей» будут играть все большую роль в повседневной жизни.

Для процесса печати с такой долгой историей будьте уверены, что трафаретная печать будет продолжать расширять сферу своего применения. Единственное ограничение для дальнейшего роста трафаретной печати — это воображение молодых людей, которые являются инженерами и учеными будущего. Я думаю, что трафаретная печать находится в надежных руках.