Тампонная печать на силиконе: управление процессом, химия чернил и то, где она перестаёт работать.

В большинстве запросов на коммерческие предложения тампонная печать на силиконе рассматривается как отдельная позиция — “напечатать наш логотип на клавиатуре” — так же, как и печать на ABS-пластике. Силикон ведет себя не так, как ABS. Его поверхностная энергия Его сопротивление составляет около 20–24 мН/м, к нему не прикрепляются никакие стандартные соединения, и деталь деформируется при каждом использовании.

Проблема редко проявляется на первом экземпляре. Она проявляется на третий месяц: надписи истончаются под большим пальцем, края на изогнутой верхней части клавиши размываются, одна партия становится глянцевее предыдущей. К тому времени оснастка уже изготавливается, клише выгравировано, а ремонт обходится дороже, чем само украшение.

Вот как этот процесс на самом деле работает в нашем цехе — глубина, подложка, соотношение чернил, окно отверждения — и конкретные моменты, когда тампонная печать перестает быть правильным решением.

Управляющее резюме

• Метод тампонной печати выигрывает за счет кривизны, а не площади. При толщине примерно 80 × 80 мм за один ход и радиусе, который может обернуть подушка с твердостью по Шору А 40–60, она превосходит другие аналоги. трафаретная печать; выше этого — нет.
• Адгезия — это химия, а не давление. Единственным надежным связующим веществом является двухкомпонентная силиконовая краска с соотношением катализатора 10:1 и полным циклом отверждения; грунтовка и плазменная обработка фиксируют поверхность, а не краску.
• Причина сбоя — недостаточное количество чернил, а не их полное отсутствие. Клише, протравленное на глубину менее ~25 мкм, выглядит хорошо при первом использовании, но стирается при эксплуатации в полевых условиях.

Как тампонная печать переносит чернила на силиконовую деталь

Тампонная печать — это непрямая глубокая печать. Изображение находится на вытравленной стальной или полимерной пластине (избитый термин), силиконовая подушка вытягивает краску из травленого слоя, и именно подушка, а не пластина, соприкасается с деталью. Именно это непрямое воздействие позволяет использовать тампон для печати выпуклых клавиш, изогнутых браслетов и нестандартных промышленных деталей, недоступных для плоской печати.

Четыре этапа, каждый со своим собственным стилем:

1. Заливка чернильной чашкой и обработка чернилами.

Герметично закрытая емкость с краской заливает зону травления и очищает поверхность за один проход. Если кольцо ракеля изнашивается, краска остается на поверхности печатной формы и печатается в виде дымки вокруг изображения. При работе с силиконовыми красками мы проверяем герметичность кольца при каждой смене цвета, поскольку силиконовые краски обладают высокой вязкостью и заполняют кольцо быстрее, чем сольвентные краски для пластика.

2. Захват чернил

Подложка прижимается к залитому травильному раствору. Растворитель вспыхивает из открытой пленки чернил в травильном растворе в течение нескольких сотен миллисекунд перед захватом — именно эта вспышка делает чернила достаточно липкими, чтобы отделиться от пластины и прилипнуть к подложке.

3. Перевод

Подушечка прокатывается по детали. Поскольку поверхность подушечки также покрыта силиконом, энергия отталкивания чернил у нее ниже, чем у детали после предварительной обработки — чернила предпочитают деталь. Этот баланс хрупкий. Подушечка, впитавшая силиконовое масло с плохо отвержденной детали, начнет отталкивать чернила примерно через 500 движений.

4. Лечение

Печать не считается завершенной, когда она выглядит завершенной. Двухкомпонентные силиконовые чернила на этом этапе еще не сшиты и будут размазываться под ногтем в течение нескольких часов.

Почему глубина клише определяет непрозрачность и резкость контуров?

Потому что только процесс травления регулирует объем чернил. Силиконовые чернила непрозрачны, но мягкие; на цветной силиконовой детали толщина белой маркировки должна определяться глубиной слоя.

Стальные пластины, изготовленные методом лазерной гравировки, сохраняют глубину рисунка более стабильно, чем фотополимерные, при длительной эксплуатации; фотополимерные пластины изнашиваются, и слой рисунка истончается в течение смены, даже если никто не меняет настройки. Эта медленная потеря толщины является наиболее распространенной причиной ситуации, когда “первые 2000 деталей получаются качественными, а последние 3000 – серыми”.

Вот где команды неправильно оценивают процесс. Глубина рассматривается как внутренний параметр принтера, поэтому она никогда не отображается на чертеже или в заказе на поставку. Затем второй поставщик предлагает тот же макет с толщиной 20 мкм, выигрывает по цене, и легенда не проходит тест на истирание, который оригинальная деталь проходила в течение двух лет.

Выбор полировальной колодки: твердость по дюрометру, форма и пределы кривизны.

Это расходный материал со специфическими характеристиками, а не обычный резиновый блок.

Форма имеет такое же значение, как и твердость. Круглая подушечка скатывает чернила от точки к периферии и является наиболее удобной в использовании; подушечка в виде бруска или буханки покрывает длинные линейные изображения с меньшими искажениями, но не прощает наклона. Подушечки с крутым углом удаляют захваченный воздух; плоские подушечки задерживают его и образуют точечные отверстия.

Также происходит приработка подушек. Новая подушка печатает немного по-другому в течение примерно первых 200-300 движений, пока поверхность не размягчится. При работе с высокой точностью совмещения мы проводим приработку на бракованных образцах перед изготовлением первого образца — в противном случае утвержденный образец не будет соответствовать утвержденному продукту.

Реальной границей является кривизна. Как правило, сложная кривая с радиусом менее примерно 8 мм начинает заметно искажать изображение, а текст растягивается вдоль направления сворачивания. Изображение можно предварительно исказить в клише для компенсации, но это предварительное искажение привязано к геометрии одной части. Измените основной радиус верхней части, и печатная форма будет непригодна.

Чем двухкомпонентные силиконовые чернила отличаются от стандартных чернил для тампонной печати?

Стандартные сольвентные чернила — эпоксидные или акриловые системы, используемые на АБС-пластике, поликарбонате или покрытом металле — не сцепляются с силиконом. Они остаются на поверхности и отслаиваются ногтем. Печать на силиконе требует использования системы чернил на основе силикона: силиконовой смолы-носителя, пигмента и катализатора, который сшивает чернила в сетчатую структуру, совместимую с подложкой.

Операционные последствия:

• Соотношение компонентов смеси фиксировано, обычно 10:1 по весу. (чернила : катализатор) для распространенных двухкомпонентных силиконовых чернил. Чернила с недостаточным катализатором затвердевают, становятся мягкими и стираются; чернила с избыточным катализатором застывают в чашке в виде геля.
• Жизнь, проведенная за употреблением марихуаны, коротка. После катализа срок годности составляет примерно 4–8 часов в зависимости от температуры в цехе. Катализированные чернила ни в коем случае нельзя переливать обратно в некатализированную массу — это загрязняет всю емкость.
• Растворитель является частью рецепта., Обычно это 10–15% по весу, и он контролирует не только вязкость, но и скорость испарения. Слишком большое количество разбавителя приведет к тому, что краска не будет чисто отходить от печатной формы.
• Подбор цвета происходит после отверждения, а не в чашке. Силиконовые чернила меняют цвет при отверждении; одобрение Pantone, полученное на основе оценки качества чернил в мокром состоянии, не имеет смысла.

Более подробная информация о компромиссах в области химии и рецептуры приведена в Составы и инновации силиконовых печатных красок.

Нужно ли предварительно обрабатывать силикон перед тампонной печатью?

Иногда — и честный ответ заключается в том, что это зависит от того, как деталь была извлечена из формы, а не от технических характеристик краски.

Деталь, только что прошедшая постполимеризацию и обезжиренная, с нанесенными на нее силиконовыми чернилами соответствующего цвета, может печататься без предварительной обработки; несколько поставщиков чернил демонстрируют это на примере чистых силиконовых клавиатур. Детали, предназначенные для серийного производства, редко бывают настолько чистыми. Средство для снятия форм, силиконовое масло, выделяющееся из-за неполной постполимеризации, и загрязнения, возникающие при обработке, остаются на поверхности и являются истинной причиной большинства жалоб на то, что “чернила не держатся”.

Что мы контролируем до того, как контактная площадка коснется детали:

• Последующая обработка (обычно при 200 °C в течение 2–4 часов в зависимости от состава) позволяет удалить летучие вещества, которые в противном случае мигрировали бы на поверхность позже.
• Протирка изопропиловым спиртом или ультразвуковая очистка, а также установленное максимальное время выдержки между очисткой и печатью.
• Грунтовка или плазменная обработка применяются только в тех случаях, когда этого требует состав, содержание пигмента или сорт наполнителя.

Плазма повышает поверхностную энергию, но её эффект ослабевает — обработанные детали, оставленные на ночь, теряют большую её часть. Грунтовка более щадящая при пакетной обработке, но добавляет дополнительный этап и время сушки. Ни один из методов не компенсирует масляный налёт; они просто разрушаются медленнее. Последовательность очистки, последующей полимеризации, активации и нанесения грунтовки подробно описана в [ссылка на источник]. предварительная обработка силиконовой поверхности.

Период отверждения: температура, время и как выглядит недоотверждение.

Нагрев превращает напечатанную пленку в готовое изделие. Обычные двухкомпонентные силиконовые чернила затвердевают при температуре отверждения. 120–150 °C в течение 3–10 минут в туннельной печи или высушивать на воздухе при комнатной температуре в течение примерно 24 часов, при этом полное сшивание может продолжаться до 72 часов.

Собственная масса детали влияет на результат. Клавиатурная лента толщиной 1 мм нагревается за секунды; промышленная втулка толщиной 6 мм – нет. Задание времени прохождения через туннельный канал по скорости ленты, а не по температуре сердцевины детали, приводит к тому, что цех получает первый пройденный образец, а затем – бракованную партию.

Вместо того чтобы полагаться на таймер, мы проводим две проверки:

• Тест на растяжение — Интенсивно сгибайте и растягивайте область печати. Полностью отвержденная деталь растягивается вместе с ней; недостаточно отвержденная трескается или отслаивается по краям.
• Проверка штриховки с помощью ленты по ASTM D3359 / ISO 2409, плюс обработка растворителем IPA. Мы фиксируем классификацию, а не заключение «прошел/не прошел».

Чрезмерное отверждение имеет свою цену: выдерживание светлых цветов при температуре выше ~180 °C приводит к их пожелтению и может сделать пленку настолько хрупкой, что она потрескается при первом же сильном сгибании.

Где тампонная печать достигает своих пределов на силиконе

Этот раздел стоит вставить в ваш проект для проверки.

При многоцветной печати чаще всего возникают ошибки в расчетах. На жестких пластиковых деталях четырехцветная тампонная печать является стандартной практикой. На силиконе деталь сжимается по-разному при каждом ударе тампона, и полотно клавиатуры из стали 40 Shore A не вернется точно в то же положение на четвертой станции, в котором оно находилось на первой. Техника «мокрое по мокрому» также ведет себя иначе: силиконовые чернила дольше остаются открытыми, поэтому нанесение второго цвета слишком рано приводит к отслаиванию первого.

Если для изображения требуется точная цветопередача на мягкой поверхности, разумнее всего переработать изображение с учетом цветоделения — преднамеренных промежутков между цветами — вместо того, чтобы покупать более дорогостоящее оборудование.

В каких случаях следует отдать предпочтение тампонной печати, а не трафаретной или термотрансферной печати?

Вкратце: выбирайте по геометрии, а не по цене за единицу. Тампонная печать — единственный из трех способов, позволяющий наносить целевое изображение на сложную кривую.

Полное сравнение методов по каждому отдельному методу — стоимость оснастки, характеристики точности совмещения, износостойкость — должно быть представлено на отдельной странице и здесь повторяться не будет.

Лазерная гравировка Это четвертый вариант, и единственный, в котором нет чернил, которые могли бы испортиться, — но он удаляет слой покрытия, а не добавляет его, поэтому визуальный результат будет другим, а не заменой.

Полный алгоритм принятия решений по всем четырем методам см. в руководстве по основным методам. Как печатать на силиконе.

Что фиксирует стоимость заказа на тампонную печать?

Три вещи, в порядке убывания влияния:

1. Количество тарелок. Один штамп на каждый цвет, на каждую правку макета. Стоимость стальной пластины с лазерной гравировкой составляет от 40 до 80 долларов США, и она сохраняет глубину тиснения при длительных тиражах; фотополимер дешевле, но используется как расходный материал, а не как оснастка. Изменения макета после гравировки пластины не являются бесплатной корректировкой; это новые пластины.
2. Смена цвета. Очистка силиконовыми чернилами занимает больше времени, чем очистка чернилами на основе растворителей, а оставшиеся в чашке катализированные чернила — это отходы. Заложите в бюджет от 20 до 40 минут на смену цвета, поэтому при выполнении четырехцветной печати небольшим тиражом больше времени на очистку, чем на саму печать.
3. Циклическая и восстановительная эксплуатация. Процесс печати занимает около секунды, а одноцветная станция с ручной загрузкой деталей обеспечивает производительность примерно от 900 до 1500 деталей в час. Ограничением является туннель для отверждения, и производство толстых деталей вытесняет лишние детали.

Минимальный объем заказа (MOQ) определяется на этапе подготовки производства, а не количеством материала. Одноцветная маркировка существующей детали возможна при заказе нескольких сотен экземпляров; четырехцветная печать новой изогнутой формы редко имеет экономический смысл при заказе менее 3000–5000 экземпляров, поскольку предварительно искаженный макет необходимо сопоставить с физическими образцами, прежде чем станет возможным воспроизведение результатов.

Типичные примеры применения на нашем этаже

• Силиконовые обозначения на клавиатуре — основное применение. Обычно один или два цвета, за которыми следует защитное покрытие. См. Технологии печати и маркировки силиконовых клавиатур и Силиконовые покрытия и отделка поверхности клавиатуры то, что наносится поверх чернил.
• Браслеты и ремешки — Небольшие логотипы на постоянно изгибающейся поверхности; эластичность чернил важнее, чем их непрозрачность.
• Нестандартные промышленные детали — уплотнительные кольца, прокладки, корпуса, куда сетка просто не может достать до поверхности.
• Товары для младенцев и продукты питания — можно распечатать, но соответствие чернил Главным ограничивающим фактором становится качество печати, а не качество печати.

Что это значит, прежде чем вы опубликуете рисунок?

В большинстве проектов ограничивающим фактором является не тампопечать на силиконе, а состояние поверхности отформованной детали. Деталь с остатками разделительного состава или неполным последующим отверждением не пройдет проверку адгезии независимо от используемых чернил, тампона или толщины пластины, и вину за решение о формовке, принятое за несколько недель до этого, возложат на типографию.

Перед тем как назвать цену, нам необходимы четыре вещи: геометрия детали с радиусом печатной поверхности, макет с минимальной толщиной линии и количеством цветов, состав и твердость подложки, а также стандарт износостойкости, которому должна соответствовать печать — количество циклов истирания, воздействие растворителя или требования соответствия. Без стандарта износостойкости цена будет лишь предположением, как и технологический диапазон, лежащий в её основе.

Если отпечаток должен выдерживать ежедневный контакт с большим пальцем в течение многих лет, то речь идет уже не о тампонной печати, а о том, следует ли печатать, покрывать лаком или гравировать надпись.

Рекомендации

• Тампонная печать (непрямая офсетная глубокая печать) — Википедия, постоянно обновляется
• ASTM D2240-15(2021), Свойства резины — Твердость по дюрометру — ASTM International, текущее издание
• Стандарт ASTM D3359-23, оценка адгезии методом ленточного теста. — ASTM International, обновлено в марте 2023 г.
• ISO 2409:2020, Краски и лаки — Испытание на поперечное сечение — ISO, текущая редакция
• 21 CFR 177.2600, Резиновые изделия, предназначенные для многократного использования — Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США / eCFR, текущий текст
• Модификация поверхности полимеров плазменной обработкой — NIH PMC, 2024 (о постобработочном старении поверхностной энергии)
• Данные об энергии поверхности полидиметилсилоксана (PDMS) — Сводные литературные данные: 20–24 мДж/м²