厚膜網(wǎng)版印刷和設(shè)備的進(jìn)步之淺見
韓仁志
隨著人們對(duì)生活水平的日益提高，對(duì)美好生活向往的追求不斷提升，對(duì)一些高精尖的技術(shù)和產(chǎn)品提出了更高的要求，而高精尖的產(chǎn)品更需要高精尖的工藝、設(shè)備來(lái)配套制造。網(wǎng)版印刷技術(shù)在高精尖制造的一些領(lǐng)域里就起到了特殊作用。
一、厚膜印刷與高精尖領(lǐng)域
在航空航天、軍工、新能源領(lǐng)域、家用電器等方面的厚膜網(wǎng)版印刷，可以節(jié)省空間，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，做到輕、小、精，從而節(jié)省了成本，提升產(chǎn)品的性能。比如，厚膜網(wǎng)印被廣泛應(yīng)用于速熱熱水器的，可以減少能源的浪費(fèi)，做到即開即熱；應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域中的電池，可以做到更小的體積，更優(yōu)的導(dǎo)電性和儲(chǔ)電；應(yīng)用于GPS定位系統(tǒng)，以更小的體積獲得更優(yōu)的信號(hào)；還有電子煙中的發(fā)熱管等等。至于航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，涉及保密不作表述。
由于厚膜印刷的漿料，多采用銀、金、鈀、鎳、鉻等元素，從而達(dá)到良好的導(dǎo)電性，而厚膜印刷的涂布膜厚的要求一般在0.01～0.05 mm之間不等，但對(duì)于膜厚的均勻性、一致性卻是有更高的要求，一般會(huì)在0.015 mm的限值。傳統(tǒng)的工藝技術(shù)是人工把網(wǎng)版貼緊產(chǎn)品表面，用膠刮把漿料均勻地涂布在產(chǎn)品表面；但這種方式對(duì)一些平面產(chǎn)品還能勉強(qiáng)使用，對(duì)于現(xiàn)代化電子產(chǎn)品對(duì)網(wǎng)印技術(shù)的日益提高的要求，以及對(duì)于圓柱面、錐面以及一些異形面肯定是行不通的。
針對(duì)這種情況就要求有一種穩(wěn)定優(yōu)異的厚膜網(wǎng)印機(jī)器來(lái)進(jìn)行，本文只對(duì)平面、圓面、錐面網(wǎng)印厚膜作逐個(gè)分析，有些異形面要做移印等，后敘再論。
一、厚膜印刷的決定因素
膜層厚度會(huì)影響到結(jié)合力、可焊性、電阻率等，是電子產(chǎn)品、電子元件生產(chǎn)工藝的一個(gè)不可或缺的指標(biāo)。影響膜層厚度的因素很多：絲網(wǎng)版張力、膠刮運(yùn)行的平穩(wěn)性、漿料的適印性、承印物材質(zhì)、印刷機(jī)的穩(wěn)定性等，這些都是要一個(gè)長(zhǎng)期測(cè)試過(guò)程，并且穩(wěn)定后再不能改變。
刮刀角度、壓力運(yùn)行的平穩(wěn)性、網(wǎng)距、印刷速度，這些直接牽涉到印刷機(jī)，由此可以看到印刷設(shè)備的重要性。
1.厚膜印刷網(wǎng)印機(jī)的要求
網(wǎng)版印刷機(jī)由印頭結(jié)構(gòu)、網(wǎng)版、工作臺(tái)三部分組成，而厚膜網(wǎng)銀的膜厚0.015 mm的均勻性硬性指標(biāo)，就要求網(wǎng)印機(jī)的印頭、網(wǎng)版、工作臺(tái)這三部分的平行性，各方面的指標(biāo)一定要在一個(gè)類似絕對(duì)平行的數(shù)值范圍內(nèi)，才有可能做出符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的絲印機(jī)很難做到以上數(shù)據(jù)，并且穩(wěn)定性差，也就是烘干后的膜厚極限差值一直飄忽不定，不能穩(wěn)定地量產(chǎn)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格上升。
筆者走訪了很多家企業(yè)，綜合分析、研究得出，印頭刮刀與平臺(tái)平行度 0.02 mm，網(wǎng)框底部與平臺(tái)平行度0.02 mm，網(wǎng)版張力一定要在一個(gè)可控的范圍內(nèi)，誤差不得大于1 um，就屬于可以做出符合產(chǎn)品印刷膜厚要求的機(jī)器。達(dá)到以上的數(shù)據(jù)，則產(chǎn)品烘干膜厚極差值≤0.015 mm就可以得到一個(gè)穩(wěn)定的控制。
而想達(dá)到以上數(shù)據(jù)的設(shè)備則需要印刷導(dǎo)軌的精密性，導(dǎo)軌安裝板的變形程度都是要考慮進(jìn)去。印頭的導(dǎo)軌采用更精密的進(jìn)口導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的安裝板采用鑄造，并且經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，以求長(zhǎng)期穩(wěn)定的平行效果；而且網(wǎng)版的安裝基準(zhǔn)面則需要和印刷基板盡可能采用一個(gè)部件，這樣才能得到平行的一致性。
刮刀的壓力力度，以及下壓的深度是一個(gè)至關(guān)重要的因素，此處建議采用伺服電機(jī)＋電動(dòng)缸來(lái)完成，一是可以對(duì)下壓的力度得到控制，二是對(duì)下壓的深度得到一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)值，使刮刀始終緊密地貼合于承印物表面。回墨刀從節(jié)省成本的角度上考慮可以使用氣缸，但要用電氣比例閥來(lái)控制，從而得到一個(gè)恒定的氣壓，以便更精準(zhǔn)地控制回墨刀的力度和深度。
產(chǎn)品運(yùn)行平臺(tái)與印頭的平行、承印物的運(yùn)行，運(yùn)動(dòng)動(dòng)力建議采用高性能的直線電機(jī)，一是與網(wǎng)版和印頭的平行性得到保障，二是運(yùn)行的平穩(wěn)性，直線電機(jī)可以很輕快地動(dòng)行，從而避免了產(chǎn)品的抖動(dòng)，減少因抖動(dòng)而造成的位置偏差，承印物的平行性則可以在平臺(tái)安裝水平調(diào)節(jié)螺絲來(lái)完成(見圖1)。
整機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)行均要求平穩(wěn)，不得有過(guò)大的抖動(dòng)，在此建議采用直線電機(jī)來(lái)做運(yùn)行，氣動(dòng)件采用電氣比例閥來(lái)控制，并且各機(jī)械部件的調(diào)節(jié)要安裝可視百分表，以便得到數(shù)據(jù)化的技術(shù)參數(shù)。
2.厚膜網(wǎng)版印刷流程
1)制版和印刷
根據(jù)產(chǎn)品涂布要求出底片并制做網(wǎng)版，此處網(wǎng)版建議采用廣東恒錦智能裝備有限公司開發(fā)的鑄鋁網(wǎng)框，經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，磨床加工，水平度高，不易變形。
印刷流程為承印物投料---網(wǎng)印---低溫烘干---根據(jù)工藝重復(fù)網(wǎng)印和低溫烘干---高溫?zé)Y(jié)。
此流程網(wǎng)印、烘干的循環(huán)，建議采用一字流水線式，或者環(huán)型線、U形線的結(jié)構(gòu)，一是提高工作效率，二是減少空間的占用，三是能源的節(jié)省，避免使用一些人工搬運(yùn)工作，以達(dá)到生產(chǎn)和自動(dòng)化和智能化。
如果量產(chǎn)穩(wěn)定的話可以采用機(jī)械自動(dòng)化，比如機(jī)器人來(lái)完成傳遞和搬運(yùn)動(dòng)作。因?yàn)橛∷⒘鞒讨幸邷責(zé)Y(jié)，溫度冷卻需要一定的時(shí)間，也會(huì)占用更多的空間，利用機(jī)械自動(dòng)化，就不用擔(dān)心高溫燙傷的問(wèn)題，讓散溫的過(guò)程交給機(jī)械來(lái)完成，大大節(jié)省空間和提高效率，更能體現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性和產(chǎn)能的穩(wěn)定性。
2)膜厚的檢測(cè)
膜厚的檢測(cè)分為濕膜檢測(cè)和干膜檢測(cè)，濕膜檢測(cè)一般采用破壞性測(cè)試，即用酒精擦除一部分濕膜，然后用千分表測(cè)出膜厚面的高度和擦除后的高度，從而得出濕膜的厚度，這種方法簡(jiǎn)單、易用，成本低。
干膜測(cè)試一般采用激光膜厚儀來(lái)完成。
二、厚膜網(wǎng)印機(jī)的現(xiàn)狀
針對(duì)上述對(duì)印刷技術(shù)和設(shè)備的高標(biāo)準(zhǔn)要求，市場(chǎng)上幾乎沒(méi)有專業(yè)的網(wǎng)印機(jī)來(lái)做這種厚膜印刷，而傳統(tǒng)的網(wǎng)印機(jī)的重點(diǎn)在于位置的精準(zhǔn)度和印刷的效率，不會(huì)在印刷膜厚上投入更多。
1.新型厚膜網(wǎng)印機(jī)
廣東恒錦智能裝備有限公司把思維從傳統(tǒng)的網(wǎng)印機(jī)中解放出來(lái)，用全新的思路來(lái)重新定義厚膜網(wǎng)印機(jī)，打造一款適合平面、圓面的通用型網(wǎng)印機(jī)，來(lái)適應(yīng)厚膜印刷的要求，并且可以自動(dòng)組合成全自動(dòng)、半自動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的自動(dòng)化、智能化、模塊化。
廣東恒錦智能裝備有限公司的厚膜網(wǎng)印機(jī)，特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)如下。
1)網(wǎng)框整體升降采用四柱式電缸伺服升降，可以滿足網(wǎng)版和印頭在不同高度作出不同的動(dòng)作，而下限位的0對(duì)0的限位，確保每一次的網(wǎng)版和承印物之間的距離是牢固穩(wěn)定的。
2)左上料工位可以接受片狀的承印物單片來(lái)料方式和多片放一個(gè)托盤的來(lái)料方式，帶有對(duì)位卡位，確保來(lái)料的定位點(diǎn)的固定。機(jī)械手抓取承印物的運(yùn)行采用最先進(jìn)的直線電機(jī)，輕、柔、快、準(zhǔn)地把承印物放置于承印平臺(tái)并進(jìn)行定位；而下料機(jī)械手和上料機(jī)器手采用相同的模式，從承印平臺(tái)上取下承印物，并傳遞出去，實(shí)現(xiàn)上料和下料的自動(dòng)化和模塊化。
3)前后運(yùn)行的承印平臺(tái)，可以對(duì)承印物的網(wǎng)印情況，進(jìn)行平臺(tái)彈出，抽檢承印物。
4)對(duì)于承印物的定位，恒錦智能裝備自制研發(fā)了一種超強(qiáng)的真空定位系統(tǒng)，能源只是一條12 mm的進(jìn)氣管，而功率卻可以達(dá)到5.5KW的真空泵，具有抽氣快，吸力大，能耗小，燥聲低，體積小，安裝方便的特點(diǎn)，屬于行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)。
2.解決方案多元化
整體機(jī)械由上料模塊、印頭模塊、網(wǎng)版模塊、承印平臺(tái)模塊、下料模塊、機(jī)架等模塊化組合而成，整機(jī)密封，上置FFU空氣凈化系統(tǒng)，為環(huán)保做貢獻(xiàn)。單一機(jī)臺(tái)可對(duì)接任何上料機(jī)、下料機(jī)，實(shí)現(xiàn)多元化的要求。
恒錦智能裝備可以根據(jù)實(shí)際承印物（如片狀、橢圓形、圓柱形等）而設(shè)計(jì)自動(dòng)上料系統(tǒng)，因每家產(chǎn)品不同，此處不做表述。
三、厚膜印刷的展望
厚膜印刷經(jīng)過(guò)前些年的試制，己日趨成熟，面對(duì)日益劇烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，厚膜印刷現(xiàn)在己經(jīng)達(dá)到了一個(gè)爆發(fā)的臨界點(diǎn)，急需要一些實(shí)力雄厚強(qiáng)勁的有技術(shù)、有生產(chǎn)能力設(shè)備工廠、生產(chǎn)工廠出現(xiàn)。
比如以電子煙為例，中國(guó)正在大量的制造霧化型的電子煙出口，和一些實(shí)體店的內(nèi)銷，價(jià)格卻是越來(lái)越低，也越來(lái)越不被人們認(rèn)可，究其原因是霧化型的電子煙與真煙的口感對(duì)比，只能達(dá)到真煙的60%左右。相比國(guó)外的萬(wàn)寶路電子煙，采用厚膜印刷技術(shù)，使加熱溫度瞬間達(dá)到300 ℃左右，與真煙口感對(duì)比達(dá)到90%左右，而其售價(jià)卻高達(dá)千元，其中利潤(rùn)可窺見一斑。中國(guó)國(guó)內(nèi)也在大力投入去研發(fā)這種類型的電子煙，急需要有研發(fā)能力的設(shè)備商和有生產(chǎn)能力的制造商來(lái)配合。
再如加熱浴室鏡、速熱熱水器等的厚膜印刷應(yīng)用等等，研發(fā)生產(chǎn)階段仍屬商業(yè)機(jī)密在此不便敘述太多。筆者寫此文章，目的就是想和同道中人共同研究，討論厚膜印刷工藝，以求為社會(huì)的進(jìn)步、技術(shù)的革新貢獻(xiàn)一份力量。文中有不對(duì)、不妥之處敬請(qǐng)指正，期待能有更專業(yè)的工藝技術(shù)、網(wǎng)印漿料等來(lái)為厚膜印刷的發(fā)展助力。