Je zde zásadní rozdíl v odolnosti inkoustů, protože jde o polymerizační proces v chemické formuli inkoustu, který je potřeba aktivovat a vytvrdit inkoust UV LED světlem, aby získal extrémně odolné vlastnosti na chemii, ale i slunce nebo praní v pračce.

Vlevo je cartridge systém s bílým polymerním inkoustem. Vpravo je UV LED lampa sloužící k aktivaci procesu polymerizace inkoustu, kdy se z tekutého plastu vytvoří pevný odolný plast.
Vlevo je cartridge systém s bílým polymerním inkoustem. Vpravo je UV LED lampa sloužící k aktivaci procesu polymerizace inkoustu, kdy se z tekutého plastu vytvoří pevný odolný plast.

Jak zajistit z tekutého plastu pevný a odolný plast za pomoci UV LED světla?

Procesně to není vůbec nic složitého. Máte jen standardní cartridge tiskárnu doplněnou o UV LED lampu. Veškerý požadovaný identifikační údaj vytiskne na standardní tiskárně od TS Electronics Zlín a jen použijete speciální polymerní inkoust v HP cartridge, který obsahuje fotoiniciátor pro polymerní reakci.

Fotochemická reakce působením UV světla změní tekutý inkoust na tvrdý, odolný polymer. Stačí jen inkoust krátce nasvítit UV LED lampou, kterou vyrábíme také v TS Electronics Zlín. Po vytvrzení dochází k zesíťování polymerů (cross-linking), což dává inkoustu odolnost vůči rozpouštědlům, benzínu a mnoha chemikáliím. UV složka (fotoiniciátory a oligomery) zajistí okamžité "zatuhnutí" a chemickou odolnost ihned po průchodu pod UV LED lampou.

Tyto polymerní inkousty jsou navrženy tak, aby překonaly limity čistého solventového inkoustu, mají totiž fotoiniciátory k zasíťování polymerů. Polymerní UV LED vytvrditelné inkousty obsahují organická rozpouštědla nebo oleje, které udržují inkoust v trysce tekutý a tzv. "decap time" (čas otevření trysky, než zaschne) u HP cartridgí může být až 60+ minut.

Oligomer jako základ monomerů inkoustu ovlivňuje vlastnosti inkoustu

Oligomer není fotoiniciátor. V inkoustu plní zcela odlišnou funkci. Oligomer molekula, která se skládá z malého počtu opakujících se základních jednotek (monomerů), je to pryskyřice v inkoustu. Stojí na pomezí mezi malou molekulou a velkým polymerem. Zatímco monomery v inkoustu fungují jako ředidla, oligomery tvoří strukturní základ (páteř) výsledného tiskového inkoustového filmu. Určují hlavní fyzikální vlastnosti UV LED vytvrzené polymerní vrstvy inkoustu, jako jsou:

  • Pružnost - Zda se tisk při ohybu materiálu zlomí, nebo se přizpůsobí, tedy jeho plastičnost, ohebnost.
  • Tvrdost a odolnost - Jak moc bude tisk odolný proti poškrábání a otěru.
  • Chemická odolnost - Právě typ použitého oligomeru rozhoduje o tom, jak dobře tisk odolá chemii, alkoholu nebo slunečnímu záření a ozonu.

Oligomery můžou být jako Epoxy akryláty, Urethan akryláty (nejčastější použití), Polyester akryláty, alifatický urethan akrylát, Polyether akryláty... prostě chemické koktejly určující vlastnosti inkoustu a každý vhodný na něco jiného.

Poslední zmiňovaný Polyether akryláty mají nízkou viskozitu, a tedy potřebují méně solventu (ředidla), proto nezasychá inkoust na tryskách a mají delší Decap-time. Polyether akryláty jsou skvělé, protože jsou přirozeně "řídké", což šetří trysky nízkým obsahem ředidla. Z celkového objemu inkoustu tvoří polyether akrylát 20–40 % směsi a lépe se mísí s oleji. Zajišťuje rychlé vytvrzení a nízkou viskozitu.

Dobrá přilnavost k materiálu díky chemické aktivitě komponent inkoustu

Při použití polyether akrylátů se solventem je potřeba dát si pozor na bobtnání vnitřních těsnění cartridge. Polyethery jsou chemicky velmi aktivní, což je dobré pro reakci s potiskovaným materiálem a velmi dobře dělají vazbu s materiálem, tedy inkoust dobře drží na materiálu.

Inkoust v HP cartridgi se tak skládá z oligomeru a zbytek jsou barevné pigmenty, solvent (ředidlo), monomery, fotoiniciátory a stabilizátory bránící gelování v cartridge. Ano, inkoust v cartridge musí být tekutý s nízkou viskozitou, ale chemické reakce z něj můžou vytvořit gel a proto stabilizátory zabraňují gelování.

Solventový nebo olejový inkoust?

Zásadní pro typ inkoust v cartridge je použití solventu nebo oleje a podle toho se dělí na solventový nebo olejový inkoust, který nezaschne, neodpařuje se. Olej je stále tekutý a dělá vazbu s póry materiálu. Pokud je olejový inkoust s polymerní složkou, je možné jej vytvrdit UV LED světlem. Pravdou je, že dělení je možné rozšířit o akrylové, latexové a jiné inkousty.

  • Solvent - Jako solvent se často používá Diethoxypropan nebo Glycerol ethery. Jsou méně agresivní k plastům cartridge, ale dobře rozpouštějí akryláty.
  • Olejová složka - Může jít o bílé minerální oleje nebo rostlinné estery, které fungují jako nosič pigmentu a zabraňují odpařování. Ve všeobecnosti mají delší decap time, tedy nezasychají na tryskách.

Monomery, ředidla řeší tekutost inkoustu a zesíťovače jeho tvrdost

Monomery pomáhají polyether akrylátu vytvořit pevnou síť, zesíťovat plast (cross-linking) a nejčastěji jsou dva typy:

  • DPGDA (Dipropylenglykol diakrylát) - Velmi častý monomer pro snížení viskozity, který je kompatibilní s polyethery.
  • TMPTA (Trimethylolpropantriakrylát) - Přidává se v malém množství pro zvýšení tvrdosti a odolnosti na chemii, protože vytváří hustší síť. Vytvrzený plast musí být, ale pružný s materiálem, na který se tiskne, jinak by se odlupoval a nedržel.

Fotoiniciátory jsou spouštěče polymerní reakce vyvolané UV LED světlem

Jak jsme si již řekli, fotoiniciátor není oligomer. Fotoiniciátory musí být citlivé na vlnovou délku UV LED, typicky je u HP cartridge tiskáren vlnová délka 395 nm. Používá se jako fotoiniciátor například:

  • TPO (Ethyl-trimethylbenzoyl-phenylphosphinát) - Skvělý pro hloubkové vytvrzení i v přítomnosti pigmentů. Skvěle vytvrzuje i silnější vrstvy a "prosvítí" pigment, proniká mezi pigmenty a zesíťuje se tak celá tloušťka plastu.
  • ITX (Isopropylthioxanthon) - přidával se jako senzibilizátor pro zrychlení reakce v barevných inkoustech. Nyní je již zakázaný a je na černé listině pro svou toxicitu což jej diskvalifikovalo zejména z obalového a potravinářského průmyslu.
  • Omnipol 910 / 9210 (Polymeric ITX alternatives) - Jedná se o polymerní fotoiniciátory. Mají vysokou molekulární hmotnost, takže nemigrují a jsou považovány za mnohem bezpečnější variantu "v duchu ITX".
EPDM plast potištěný bílým inkoustem z cartridge tiskárny TS Electronics, který je UV LED světlem zesíťovany polymer, který je odolný na chemii a velmi odolává i otěru.
EPDM plast potištěný bílým inkoustem z cartridge tiskárny TS Electronics, který je UV LED světlem zesíťovany polymer, který je odolný na chemii a velmi odolává i otěru.

Na jaký plast tiskneme polymerním inkoustem? Jaká odolnost na polymerní potisk je vyžadována?

Představený projekt byl s tiskem na EPDM (ethylen-propylen-dienový kaučuk) což je syntetická pryž s vynikající odolností vůči povětrnostním vlivům, ozónu, UV záření a teplotám cca od -40 °C až +125 °C, proto je velmi oblíbený v průmyslu.

Všeobecně tento materiál nestárne a nepraská. EPDM je ceněný pro svou dlouhou životnost, často i několik desítek let bez poškození vlivem ozónu. Polymerní inkoust má také velkou odolnost na UV záření, ale ozón? Ozon je extrémně silné oxidační činidlo. Ve vysokých koncentracích může obecně degradovat polymery a organické sloučeniny. I když je UV inkoust po vytvrzení pevný, dlouhodobé vystavení ozonu může vést k jeho postupnému narušení, křehnutí nebo změně barvy. Bílá barva tak bude často pomalu žloutnout v čase působení ozónu.

Nevýhodou EPDM je špatná odolnost vůči oleji, benzínu a mazivům. Polymerní inkoust by odolal i oleji, benzínu, mazivům. Zde je velká výhoda polymerního inkoustu, že má velmi velkou odolnost na otěr, když je to přeci tuhý plast. Dobrá pružnost EPDM a nízká trvalá deformace (dobře se vrací do původního tvaru), odolnost vůči kyselinám a zásadám, stejně jako potisk polymerním inkoustem z cartridge tiskárny TS Electronics Zlín.

Malá a jednoduchá cartridge tiskárna TS Electronics Zlín s polymerním bílým inkoustem, který se po aktivaci UV LED světlem změní na zesíťovaný plast s velkou odolností na otěr a chemii.
Malá a jednoduchá cartridge tiskárna TS Electronics Zlín s polymerním bílým inkoustem, který se po aktivaci UV LED světlem změní na zesíťovaný plast s velkou odolností na otěr a chemii.

Proč samotná polymerizace inkoustu nezpůsobí vyšší soudržnost inkoustu s povrchem materiálu.

Bílý UV LED vytvrditelný inkoust je ve své formě v podstatě tekutý plast, který se změní na tuhý, extrémně pevný a velmi odolný plast jen nasvícením UV LED světlem o vlnové délce 395 nm. Fotony s velkou energií aktivují proces polymerizace, kdy se inkoust změní z jednoduchých molekul na složité molekulární řetězce, které jsou extrémně odolné.

Přesto, že je inkoust po polymerizaci velmi odolný na chemické kapaliny, jeho soudržnost s produktem je dána molekulární vazbou vytvořenou při prvním kontaktu s produktem. Musí se eliminovat jakékoliv separační látky oddělující inkoust od povrchu jako je prach, mastnota apod.

Pokud nebude molekulární vazba inkoustu dostatečná s produktem, tak po vytvrzení UV LED lampou a vzniku polymeru, inkoust se odloupne, setře dolů, nedrží na povrchu. Pokud se molekulárně spojí inkoust s povrchem, tak bude držet i po polymerizaci. Samotná polymerizace nezpůsobí vyšší soudržnost inkoustu s povrchem materiálu. Pokud nebude inkoust držet na povrchu, tak jeho polymerizace nezvýší jeho přilnavost k povrchu, pouze zabezpečí odolnost inkoustu na chemii.

Krokový pohon pojezdu tiskové hlavy s UV LED vytvrzovací lampou, která mění polymerní inkoust z tekuté formy na tuhý plast. Řídící jednotka je v levé části s dotykovým displejem pro snadnost a intuitivní ovládání.
Krokový pohon pojezdu tiskové hlavy s UV LED vytvrzovací lampou, která mění polymerní inkoust z tekuté formy na tuhý plast. Řídící jednotka je v levé části s dotykovým displejem pro snadnost a intuitivní ovládání.

Bezúdržbový systém tiskárny a výhody cartridge systému nevyžadující servis

Pracoviště na potisk hadiček EPDM je koncipováno na délky hadiček až 800 mm. Potisk je proveden standardní cartridge tiskárnou TS Electronics Zlín, ale vybavenou UV LED lampou, která zabezpečí vytvrzení inkoustu.

Díky cartridge systému, kde je hermeticky uzavřený inkoust, máte zcela čisté prostředí bez kontaminace inkoustem. Největší výhodou je, že není potřeba servis. Stačí když vyměníte cartridge za novou a máte nový inkoust, nové trysky, tedy téměř zcela novou tiskárnu. Bez servisu a bez volání externí firmy. Cartridge neobsahuje žádnou pumpu, čerpadlo, nebo ventily. Není zde žádný filtr na inkoust. Cartridge je zcela bez údržby. Tiskárna je bez údržby.

Krokový motor s řemenovým pohonem pohání vozík s tiskovou hlavou a UV LED lampou. Zrychlení a zpomalení lze nastavit a tisk probíhá v lineární oblasti pojezdu, takže není potřeba řešit snímání rychlosti enkodérem.
Krokový motor s řemenovým pohonem pohání vozík s tiskovou hlavou a UV LED lampou. Zrychlení a zpomalení lze nastavit a tisk probíhá v lineární oblasti pojezdu, takže není potřeba řešit snímání rychlosti enkodérem.

Pojezd tiskové cartridge hlavy nad produktem s krokovým motorem

V projektu bylo potřeba vkládat jednotlivé hadičky do držáku a řešit tisk na statický produkt. Musela se rozpohybovat tisková cartridge hlava. Celý manipulátor tiskové hlavy je řešen elektricky s krokovým motorem s řemenovým pohonem, který pohání vozík s tiskovou hlavou.

Precizní pojezd a lehkost pojezdu vozíku zabezpečí umístění na lineárním vedení. Elektronické řešení ovládání je z TS Electronics Zlín. Na krokovém pohonu je možné definovat zrychlení a i zpomalení. Tisk je řešen v lineární části rychlosti, kdy rychlost pojezdu je stabilní a nekolísá, proto není potřeba snímání rychlosti enkodérem a není potřeba kompenzovat rychlost tisku.

Vlnová délka UV LED na 395 nm je v průmyslu k vytvrzování (curingu) inkoustů a polymerů považována za standard z několika klíčových důvodů, které společně dělají nespornou výhodu k jeho použití. Prvním je ekonomika a použití výkonných UV LED s velkou účinností a nízkou spotřebou.

Světlo o 395 nm tyto vrstvy „propálí“ tím, že proniká hluboko do kapičky inkoustu až k podkladu a zajistí rovnoměrné vytvrzení v celém objemu inkoustové kapičky. Nicméně polymerizace inkoustu je nevratná a začíná prvním začátkem, který se spustí UV LED nasvícením. Polymerní řetězec pak postupuje dále a hluboko v inkoustu a inkoust se stává velmi odolným plastem.

UV LED lampa na vlnové délce 395 nm vytvrdí inkoust procesem polymerizace. Tekutý inkoust se změní na zesíťovaný polymer, který je odolný na chemii i otěr.
UV LED lampa na vlnové délce 395 nm vytvrdí inkoust procesem polymerizace. Tekutý inkoust se změní na zesíťovaný polymer, který je odolný na chemii i otěr.

Pomůžeme s výběrem vhodného inkoustu a tiskárny na značení a identifikaci produktů.

Nevíte si rady s výběrem inkoustové tiskárny a inkoustu? Máte speciální dotazy na unikátní inkousty a ojedinělé řešení vašich problémů s tiskem? Kontakt je na Jaroslav Židlík nebo volej 577 220 630.

Vlastní výroba a vlastní vývoj, dlouhodobě testovaný systém. Nejsme jen lokální výrobce průmyslových tiskáren ze Zlína. Jsme celosvětovým dodavatelem elektroniky, desek plošných spojů a vlastních průmyslových tiskáren na cartridge systémy. Jsme TS Electronics Zlín s.r.o. Umíme i výrobu a osazení plošných spojů ve vysokém standardu pro civilní i vojenské použití. Jsme český výrobce s více než 35 letou tradicí v oblasti průmyslových tiskáren a zakázkové elektroniky.