能量固化型噴墨油墨探討，及噴頭技術與未來

單通道噴墨印刷系統是應用于制造領域的工業噴墨印刷的主要工具。在過去的20年中，這些應用中最常見的選擇是UV固化油墨。本文中，我們將討論其中的一些原因，并介紹所謂的“能量固化”（這種油墨有時也被稱為“輻射固化”）油墨的廣泛用途。

為什么需要UV油墨？

UV油墨最常用的短語是，您可以“在任何東西上印刷”。這可能是對的，但實際情況卻很難做到。與水性油墨完全相反，標準的UV固化油墨實際上是100%的固體，因為沒有一部分油墨會蒸發。這使它們非常適合管理噴頭性能，但前提是這些昂貴的噴頭不會意外暴露在UV下。

從歷史上看，Inca Digital確實通過在2005年首次安裝由太陽化學開發并首次安裝的FastJet單通道印刷機，在大型印刷機領域樹立了標桿。自那時以來，噴頭的不斷發展意味著從地板到瓦楞紙板和標簽，再到瓶子和3D印刷等應用領域的爆炸性增長。

從應用的角度來看，由于反應性單體和低聚物材料的選擇令人難以置信，因此UV油墨的最大優點是其可根據不同要求實現很高的可調性，正是這些成分的混合物構成了配方的主體，從而決定了固化膜的性能。

配方范圍的廣度意味著可以為大多數應用創建一種油墨，從300%可拉伸的熱成型油墨和高風化的汽車圖形，到汽車涂料和耐刮擦玻璃油墨。可固化油墨也已獲得專利，可通過3D印刷制造模擬的器官組織，盡管其中一些是我們所謂的“混合”油墨。

在過去的10年中，我們看到了取代傳統汞燈的UV-LED固化技術的穩步增長。這通常會提高效率、過程穩定性，減少熱量的產生，并且不產生臭氧。對于工業應用，仍然有充分的理由使用較舊的技術或結合使用。為了理解這一點，重要的是認識到固化光的波長與光引發劑材料的選擇與實現那些微調特性的能力緊密相關。

超越UV

UV油墨面臨的一大挑戰是健康與安全，因為越來越多的材料被歐盟的REACH法規歸類為危險物質。這影響了反應性單體和光引發劑，并導致需要不斷地重新配制，以避免對印刷操作者的風險，以及由于產生的標簽而導致的分配成本。對于敏感的應用（例如與食物接觸或皮膚接觸），通常應避免使用UV油墨，其中大部分歸結為固化不完全后材料遷移的風險。

電子束固化是解決此問題的一種方法。在這些油墨中，交聯反應是由高能電子而不是低能UV光子的相互作用引起的，這意味著不需要那些危害更大的光引發劑。電子的滲透不受顏料沉積的影響，因此電子束非常適合高顏料涂料應用，而更敏感的油墨可以通過調節電子能量來固化。在這兩種情況下，都可以實現極快的固化。

缺點是很難制造電子束所需的電子源，特別是在尺寸上，因此它們通常要昂貴得多。吸收到材料中的電子還具有足夠的能量來產生X射線，因此需要屏蔽電子束固化系統。印刷機通常只有一個電子束系統，因此必須將油墨濕碰濕，這會導致在使用最新高速Si-MEMS噴頭所需的低噴墨粘度時出現大量滲色問題。

盡管利基大得多，但一些3D印刷的特殊材料，通常可以在被UV釘扎或預固化后通過加熱（即熱能）進行固化，以便在后處理之前為3D印刷的部件提供綠色強度。

噴頭

UV配方的一個重要因素是噴頭的粘度要求，因為即使最薄的UV單體也比水濃得多。要獲得可以印刷100+kHz的UV，并以300m/min的速度固化，以匹配最新種類的水性噴墨印刷機的UV仍然是一個挑戰，但要繼續保持良好的發展勢頭。最新開發的UV標簽印刷機現在可提供超過100m/min的速度。

原材料供應商正在不斷創新材料，以幫助配方設計師應對新的挑戰，不斷增長的3D印刷市場是這些努力的最大受益者，這些工作已使功能聚合材料能夠噴墨沉積。在這些應用中，噴頭的選擇至關重要，因為公認的噴墨粘度極限已推至極限。英國噴頭生產商賽爾透露，在噴頭溫度升高時，巴斯夫材料的印刷速度超過50cP。

未來

由于UV油墨提供的廣泛可能性，它將繼續成為噴墨制造的支柱。隨著3D印刷的高速增長，以及更多創新的出現，這將成為噴墨難題中越來越重要的一部分。

電子束在噴墨應用中的滲透率，很大程度上是成本和所使用墨水的可用性的一個因素。盡管通過濕到濕印刷有一些實際困難需要克服，但是速度的顯著優勢為未來的應用提供了明顯的潛力，其中包括我們將來會討論的混合水性UV油墨。