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富士胶片如何解决UV固化油墨在工业喷墨中的应用与挑战?

时间:2022-09-30 来源:全球印刷与包装工业

摘  要:
UV 固化油墨仍然是工业应用中最受欢迎的喷墨配方类型之一。从标签印刷到装饰性表面,从包装装饰到印刷电路板 (PCB),UV 可能实现的材料范围和最终用途功能的可调性是任何其他油墨方法都难以超越的。

关键词: 富士胶片 

  UV 固化油墨仍然是工业应用中最受欢迎的喷墨配方类型之一。从标签印刷到装饰性表面,从包装装饰到印刷电路板 (PCB),UV 可能实现的材料范围和最终用途功能的可调性是任何其他油墨方法都难以超越的。

  谈到印刷效率,单通道的喷墨沉积是首选工艺。同样,UV 油墨为喷墨实施提供了一种简化的方法,主要是由于即时固化可以在与其他技术结合时实现更紧凑的工艺。与此同时,所有喷墨终端市场的质量预期持续上升。例如,为了获得媲美胶印的的喷墨印刷质量,1,200dpi 的最小喷头寻址能力是必要的,这在印刷电子产品中也很常见。

  当今最先进的 Si-MEMS 喷头与最重要的 UV油墨和光油相结合,提供了满足这一需求的可能性,但能够使印刷系统保持在合适的温度和一致的油墨供应无缺陷的质量需要仔细设计所有的系统组件。因此,直到现在,在实际生产中满足和保持预期质量需要复杂的技术实施,这需要一定水平的经验,将最佳印刷结果限制在少数 OEM 和集成商。

  本文将探讨通过将基于富士胶片的 Samba JPC 技术的解决方案实施到流程中,可以快速有效地解决这些技术挑战。富士胶片英国子公司富士胶片油墨解决方案集团的集成经理巴里·麦格雷戈解释说:“我们正试图以尽可能轻松的方式将我们的技术和专业知识带给客户。”

  让我们看看富士胶片提供的模块范围。

  喷头

  喷头是构建所有喷墨印刷的平台。这些是每个喷墨印刷系统的核心,其他则是各种旨在确保最大生产力、质量和可靠性的组件。热发泡式和压电式是两种主要的按需喷墨按 (DOD) 方法。在这两种技术中,基于压电的技术提供了更广泛的化学应用,特别是对于我们提到的对喷墨成功至关重要的 UV 固化油墨配方。

  在制造喷头时,有多种材料、方法和设计可供选择,但为了满足质量要求,近年来越来越多地使用 Si-MEMS 制造的喷头。因此,有大量使用 Si-MEMS 技术的喷头可用,但没有其他供应商可以提供富士胶片 Samba 产品系列的现场验证性能,该系列产品于 2008 年德鲁巴展会期间在富士胶片的 JetPress 中首次推出。

  Samba G3L 喷头能够产生超过 100kHz 的微小墨滴(是的,每秒超过十万次),自 2013 年 OEM 推出以来,Samba G3L 喷头已用于相当多的知名印刷机。Samba 的特别之处之一,也是富士胶片独有的,具有非常稳定和长寿命的性能。

  测试表明,超过 10 万亿次喷射是可能的,这相当于以每秒 100kHz 的频率喷射三年。换句话说,对于 G3L 变体,每个喷嘴有可能实现 10 升的泵送能力,或者在其使用寿命内实现令人难以置信的每个喷头 20 吨的泵送能力。

  当然,这只是理论。在实践中,喷头在印刷机中的持续时间取决于油墨和环境,正如我们将讨论的,这是富士胶片提供的另外两个重要组件。

  什么是 Printbar?

  该术语用于描述多个喷头,以及油墨供应和电子设备的组合,以使那些希望探索 UV 喷墨对其业务的独特优势的人更容易实施喷墨。单通道的 Printbar 在完全集成的系统中发挥了重要作用,也可嵌入到其他传统工艺,也称为“压印”——用于将可变单色数据添加到模拟印刷和改造全 CMYK 印刷的术语能力进入各种印刷机和印后加工线,例如标签、包装、杂志、装饰表面等。

  构建有用的 Printbar 设计需要多种专业知识的组合,从电子、机械工程到流体力学。从历史上看,这意味着将单个喷头集成到预先设计的阵列中一直是非常专业的工程公司的领域,称为“集成商”。然而,在开发了必要的技术之后,富士胶片认为,将他们的 Samba JPC Printbar 直接推向市场,是降低那些有兴趣探索高分辨率喷墨印刷潜力的人的障碍的最佳方式。

  Samba 最显著的优势之一是喷头的平行四边形紧凑设计,可实现线性缝合,与其他喷头相比,这使其开发出了极其紧凑的 Printbar。在下面的照片和示意图中,我们展示了使用 Samba 喷头安装系统将喷头和喷嘴行缝合在一起以形成线性阵列的方式。

  为什么这样做是有益的?事实上,根据定义,1,200dpi 相当于每 1/1,200 英寸或 21 微米一个喷嘴。这意味着在多色系统中,不同墨滴在 CMYK 或扩展 CMYKOGV 印刷中的配准对基材定位很敏感。通过使印刷系统的整体尺寸更小,我们减少了系统工程的压力,以实现良好的对齐。

  更棒的是,Printbar 包含的功能可以根据喷头的个别位置和整体位置调整喷头,从而可以最轻松地获得最佳套准。这包括自动定位与从 Printbar 下方升起的 JPC 附件相结合。

  鉴于 UV 油墨通常在高温下使用以获得正确的喷射粘度,Printbar 使用先进的低热膨胀材料来保持在现实条件下最重要的精度。对于管理大型印刷机中的整个印刷条系统,框架非常有用,如下所示。它允许 Printbar 横向移动,因此与提升机构相比,更换喷头和手动调整喷头更容易。

  电子产品

  基于压电喷头的喷墨技术的显著优势之一是波形信号对压电元件的可调性,该压电元件控制每个喷嘴的墨滴喷射。可以选择诸如墨滴滴大小和速度等燃烧特性,但有一些限制,以反映印刷间隙等应用需求。

  

  波形创建是一个复杂的主题,重要的是要正确获取驱动信号,以确保以高频出现的墨滴将喷射在正确的位置。这是通过喷头驱动电子设备实现的,该电子设备从计算机获取数据并将其转换为适用的 32 个喷嘴行中的 2,048 个喷嘴的每个喷头在每个像素位置所需的液滴大小。这种计时奇迹是通过复杂而精确的计算技术实现的。

  Fujifilm Samba JPC Printbar在其一体化设计中包含所需的电子设备,并在一个面板中提供用于电源、数据和油墨的连接。

  油墨输送

  喷墨印刷的新手通常不了解油墨系统所起的关键作用。喷头是一个泵,但如果该泵的油墨供应不足,它将无法达到所需的性能水平。这意味着仅将油墨输送到单个喷头需要仔细控制系统中的压力。扩大到多个喷头,增加油墨再循环,然后确保精确加热(控制粘度所需)意味着有更多的考虑因素。通过在加热源和 Samba 喷头之间保持尽可能短的管道长度,可以最大限度地减少温差或“delta T”,并且可以有效控制最高设置为 60°C 的喷头。

  油墨配方经过精心制造,符合一致的最佳质量标准。油墨系统内的低温暴露意味着通过避免油墨变质、实现可靠性,并最大限度地减少因过滤器堵塞等问题而进行的预防性维护,更容易保持最佳质量。

  UV 油墨

  因此,我们已经讨论了 UV 油墨配方如何成为满足不同应用和满足各种印刷需求的强大工具。用于不同喷头的 UV油墨广泛可用,包括用于富士胶片 Samba 的油墨。然而,关于材料选择、材料鉴定和油墨制造方法本身,对油墨性能一致性的影响的详细知识却很难获得。如果没有得到充分控制,印刷质量或可靠性的变化都会很明显,即使对于最初在资格测试中证明与喷头兼容的配方也是如此。

  作为一家拥有与任何竞争对手相匹敌的喷墨血统的 UV油墨供应商,富士胶片的油墨解决方案部门了解这一点的重要性,尤其是在其 Samba 喷头方面。富士胶片不仅在英国最先进的工厂生产 UV油墨,而且富士胶片的应用开发中心也配备了在 Samba 印刷机环境中广泛测试新油墨配方的设备,如下所示。

  保持运转

  Samba JPC 系列超出了 Printbar 的机制。它提供硬件和支持软件,用于实现和监控印刷质量优化,包括喷嘴更换技术。

  尽管超出了本文的范围,但保养这些最重要的喷头的重要性怎么强调都不过分。在连续生产的现实世界中,总是有可能发生意想不到的事情。对于任何喷墨印刷系统来说,最糟糕的情况是基材与喷头碰撞,造成永久性机械损坏。因此,拥有一种有效的方法来预测这种碰撞可以很快收回成本。Samba JPC 防碰撞传感器系统可用于停止传输系统,或与 Printbar 的自动提升功能结合使用,在继续运行的同时暂时抬起喷头。

  同样重要的是能够从不太严重的印刷质量问题原因中恢复。尽管优化了喷嘴润湿涂层以减少墨雾累积的影响,但在某些时候,喷嘴方向和喷射可能会在长时间印刷后恶化。然后,自动清洁系统成为减少对生产力的连锁反应的有效方法。

  喷墨解决方案的开发得益于系统方法。将油墨和硬件完全分开定义是极具挑战性的。与像富士胶片这样可以提供两者专业知识的组织合作可能是一个很大的优势。在印刷工艺组合方面也是如此,无论是全数字化还是数字和模拟技术的混合。

  能够通过多种解决方案满足市场需求的吸引力在标签印刷市场中得到了最令人信服的证明,独立 CMYK 喷墨印刷机、混合柔印/数字解决方案和印刷系统改造推动了该市场的增长,其中大部分使用 UV 或 UV-LED油墨。

  Printbar 及其附带的硬件和软件已被证明可以缩短新应用的上市时间,无论是基于热发泡式喷头(HP、Memjet)还是压电技术。市场上许多提供高分辨率选项的产品仅限于水性油墨,提供 1,200dpi 的 UV 系统相对较少。

  凭借其新的 Samba JPC UV 关键印刷模块系列,富士胶片增加了可寻址应用的潜在数量,这些应用可以从印刷质量、速度和可靠性的无与伦比的组合中受益。Samba JPC 系列与其他 1,200dpi UV 印刷引擎的不同之处在于可用于完全集成系统的补充模块,以及可用于帮助缺乏经验的用户的各种油墨和技术支持。

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