Este artículo fue escrito en colaboración entre Keiron Printing Technologies y LMNS por Roland Biemans y publicado originalmente en Specialist Printing Worldwide: Número 2: 2022.
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La impresión por transferencia directa inducida por láser (LIFT) es un método de alta precisión y sin contacto para imprimir materiales que no pueden depositarse mediante los procesos de impresión existentes. Roland Biemans, fundador/propietario de LMNS, un grupo que ofrece experiencia independiente en el sector de la impresión, profundiza en esta tecnología y sus usos.
La piel electrónica inteligente
La industria de la impresión se expande cada vez más hacia nuevos campos de aplicación. Además de los procesos tradicionales aceptados desde hace tiempo, la tecnología innovadora allana el camino hacia métodos digitales e híbridos que permiten ir más allá de la impresión promocional y decorativa. En particular, en lo que respecta a la impresión funcional e industrial, la búsqueda de alternativas continúa cuando los procesos de serigrafía, transferencia o inyección de tinta no pueden ofrecer una solución. Una de estas alternativas es la impresión LIFT, o Laser-Induced Forward Transfer, un método de alta precisión y sin contacto para imprimir materiales demasiado viscosos, demasiado caros o simplemente demasiado difíciles de depositar mediante los procesos de impresión existentes.
"El LIFT se basa en el principio de utilizar pulsos de láser para lanzar material desde una placa donante para depositarlo en un sustrato receptor"
La inyección de tinta es conocida por su versatilidad en varios sectores, sobre todo en el de los gráficos promocionales y la impresión decorativa de imágenes a todo color, en los que las fórmulas de las tintas se adaptan para imitar los procesos tradicionales, pero con las características necesarias para pasar por las pequeñas boquillas de los cabezales de impresión. La mayoría se basa en tintes o tiene una cantidad relativamente baja de pequeñas partículas de pigmento como colorante. El contenido de sólidos suele ser mínimo para favorecer la estabilidad y la fluidez. Las formulaciones suelen basarse en un portador primario, como el agua o el aceite, y en aditivos para controlar la estabilidad de la composición y el proceso, como disolventes, humectantes, tensioactivos, resinas e iniciadores. En todos los casos, las tintas de inyección se desarrollan teniendo en cuenta la aplicación y deben ser compatibles con el sustrato sobre el que se imprimen, o con la imprimación o el pretratamiento del soporte al que se unirá el colorante. Se trata de un delicado equilibrio entre tener un fluido que tenga la reología adecuada para ser inyectado sin problemas y, al mismo tiempo, ofrecer las características adecuadas de humectación y secado y la calidad del material para que, una vez depositado en la superficie receptora, se comporte de acuerdo con las propiedades de solidez requeridas.
Una placa donante contiene el material que debe depositarse en el sustrato. Un pulso láser agita el material para formar un chorro. Visite la cabina virtual de Keiron
Desafíos de la declaración
Uno de los mayores retos ha sido formular una tinta que permita la formación de gotas con el tamaño, la velocidad, la direccionalidad y la frecuencia adecuados al ser lanzadas por el cabezal de impresión sin que las partículas sólidas acaben bloqueando las boquillas. La aparición de los cabezales de recirculación ha mejorado enormemente el ancho de banda del rendimiento de la inyección de tinta y, sin duda, ha reducido los problemas de obstrucción. Por ello, la investigación en inyección de tinta se dirige cada vez más a la impresión de fluidos industriales y funcionales no decorativos con mayores cargas de partículas sólidas o componentes funcionales como la plata, el oro, el cobre o el grafeno. Pero, ¿qué ocurre si la aplicación requiere un método de deposición sin contacto con una precisión ultra alta que supere las capacidades de la inyección de tinta? ¿Y si el tamaño de las partículas o el volumen del contenido sólido impiden un chorro adecuado con una boquilla? ¿Y si el coste por gota en relación con el volumen de tinta es tan elevado que la precisión y la exactitud son más importantes que la productividad?
Apilar o estratificar partículas sólidas en un patrón con una precisión de posicionamiento de menos de cinco micras no es una hazaña fácil. En un campo de aplicación en el que, por ejemplo, se necesita conductividad en líneas finas, hay que garantizar tanto la exactitud como la precisión para evitar la interrupción del circuito. Este requisito de repetibilidad de la deposición es uno de los factores clave a la hora de elegir un proceso de impresión. Y el chorro de tinta a menudo no es capaz de alcanzar con éxito este nivel de precisión; ciertamente no cuando se trata de inyectar material con una viscosidad de 300cP o superior, y una carga de partículas del 50wt% o más.
Figura 1: Foto de cerca de una superficie de vidrio impresa con LIFT, utilizando tinta de nanopartículas de plata de PV Nano Cell. El grosor de la línea es de aproximadamente 100 micras / 0,1 mm. Visite la cabina virtual de Keiron
Una alternativa viable podría ser la impresión LIFT, en la que el contenido sólido y la viscosidad no están limitados por las restricciones de un cabezal de impresión. En lugar de tratar de adaptar un fluido al ancho de banda relativamente estrecho de la inyección de tinta, la LIFT se basa en el principio de utilizar pulsos láser para lanzar un chorro de material desde una placa donante para depositarlo en un sustrato receptor.
El proceso de impresión del ascensor
La placa donante, que suele ser un sustrato transparente como el vidrio, el cuarzo o la sílice fundida, se recubre de forma homogénea con el material de deposición. La mayoría de las veces, esto se hace mediante un recubrimiento por rotación o por cuchilla. El material donante puede ser sólido, fluido o en pasta. La placa donante se coloca directamente sobre el sustrato receptor, que puede ser una lámina flexible, un soporte rígido o cualquier otro objeto, como un panel, un componente de máquina o un producto (semi) acabado. Se enfoca un rayo láser sobre la capa donante y un pulso inicia una bolsa de gas que se expande para formar un chorro. Dependiendo del tipo y la combinación del rayo láser y la óptica, se configura el diámetro del punto, la frecuencia del pulso y la intensidad. La velocidad del chorro depende de la configuración del sistema LIFT; el ejemplo utilizado en este artículo (véase la figura 1) ha sido impreso por Keiron Printing Technologies, con sede en Eindhoven, con una frecuencia de disparo de hasta 300 kHz y un único rayo láser que produce un chorro de 100 micras de diámetro.
"Apilar o superponer partículas sólidas en un patrón con una precisión de posicionamiento de menos de cinco micras no es una hazaña fácil"
Mientras que la inyección de tinta suele utilizar una misma formulación de tinta en la configuración de un sistema y un modo de impresión preestablecido (paso único/múltiple, resolución/tamaño de la gota, difuminado/tramado, etc.), el sistema LIFT permite el intercambio de placas donantes y materiales donantes variables en la misma tirada de producción. El apilamiento o la superposición de diferentes fluidos y materiales utilizando la misma tecnología de deposición abre las posibilidades de un enfoque de impresión híbrido.
Se pueden imprimir patrones y estructuras complejas a gran velocidad y con gran precisión. La calidad de la deposición depende de la calidad del recubrimiento de la placa donante. Visite el stand virtual de Keiron
Campos de aplicación
Aunque el LIFT parece prometedor, ha sido, en gran medida, una tecnología de nicho que ha tardado en ganar adeptos entre un público más amplio. La técnica no es nueva: de hecho, a finales de los años 60 se registró la primera patente que describía el principio de funcionamiento del LIFT. En la década de 1980 se acuñó el acrónimo LIFT y se probó el proceso como tecnología novedosa para depositar metales y óxidos.
"El LIFT se ha utilizado con éxito para la deposición de material inorgánico, orgánico y vivo"
En la actualidad, el LIFT se ha utilizado con éxito para la deposición de material inorgánico, orgánico y vivo. Para los campos de aplicación médica y farmacéutica, la bioimpresión es un área de interés, con posibilidades en la ingeniería de tejidos celulares y la deposición de proteínas. Por otra parte, la electrónica impresa es un campo de aplicación en el que el LIFT ha realizado numerosas pruebas. Pensemos en sensores, antenas y células solares, por ejemplo. Gracias a su rendimiento de chorro sin contacto, de alta precisión y alta velocidad, el LIFT es una tecnología de impresión prometedora que permite depositar materiales viscosos y valiosos.
Vídeo: LIFT utiliza pulsos de láser para expulsar material de una placa donante y depositarlo en un sustrato receptor. Visite el stand virtual de Keiron
En la conferencia ESMA IPI que tendrá lugar los días 18 y 19 de mayo de 2022 en Düsseldorf, Keiron mostrará su plataforma tecnológica y los diversos campos de aplicación que ha estado investigando. Como parte del programa de creación de empresas de alta tecnología HighTechXL en Brainport Eindhoven, con socios como el Centro TNO Holst, Keiron comenzó con la intención de crear una plataforma para la producción de dispositivos "lab on a chip". Más recientemente, la empresa emergente ha conseguido financiación que le ha permitido construir su primera herramienta alfa. [This is automatically translated from English]
Festival de innovaciones: electrónica impresa, híbrida, 3D, InMold, textil
24 de junio de 2022 | 13:00 - 19:00 CET | Plataforma de eventos virtuales
Keiron tendrá un stand virtual en el Festival de la Innovación.
Visite el stand virtual de Keiron
