การลดขนาดอนุภาคหมึกด้วยอัลตราซาวนด์ (เช่น สำหรับการพิมพ์อิงค์เจ็ต)

คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่มีประสิทธิผลในการกระจายตัวและการบดละเอียด (การบดแบบเปียก) ของเม็ดสีในหมึก เครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราซาวนด์ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จทั้งในงานวิจัยและการผลิตหมึกอิงค์เจ็ตชนิด UV ชนิดใช้น้ำเป็นตัวกลาง หรือชนิดใช้ตัวทำละลายเป็นตัวกลางในระดับอุตสาหกรรม

หมึกอิงค์เจ็ตที่มีอนุภาคกระจายตัวระดับนาโน

อัลตราซาวนด์มีประสิทธิผลสูงในการลดขนาดอนุภาคในช่วงตั้งแต่ 500µm ลงไปจนถึงประมาณ 10nm
เมื่อใช้การทำอัลตราซาวนด์เพื่อกระจายอนุภาคนาโนในหมึกอิงค์เจ็ต ขอบเขตสี ความทนทาน และคุณภาพการพิมพ์ของหมึกสามารถดีขึ้นได้อย่างมาก ดังนั้น เครื่องอัลตราซาวนด์แบบโพรบจึงถูกใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตหมึกอิงค์เจ็ตที่มีอนุภาคนาโน หมึกเฉพาะทาง (เช่น หมึกนำไฟฟ้า หมึกสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ หมึกสัก) และสีทา
 

กราฟด้านล่างแสดงตัวอย่างเปรียบเทียบเม็ดสีดำในหมึกอิงค์เจ็ตที่ไม่ได้ผ่านการทำอัลตราซาวนด์กับเม็ดสีที่กระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ การบำบัดด้วยอัลตราซาวนด์ดำเนินการโดยใช้โพรบอัลตราซาวนด์ UIP1000hdT ผลที่ได้คือขนาดอนุภาคเล็กลงอย่างเห็นได้ชัด และมีการกระจายขนาดอนุภาคที่แคบมาก

การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ทำให้เม็ดสีในหมึกมีขนาดเล็กลงอย่างมีนัยสำคัญและสม่ำเสมอมากขึ้น (กราฟสีเขียว: ก่อนทำอัลตราซาวนด์ – กราฟสีแดง: หลังทำอัลตราซาวนด์)

การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงคุณภาพหมึกอิงค์เจ็ตได้อย่างไร?

เครื่องอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงมีประสิทธิภาพสูงในการกระจายตัว การลดขนาด และการกระจายอนุภาคนาโนอย่างสม่ำเสมอ
ซึ่งหมายความว่าการกระจายอนุภาคนาโนด้วยอัลตราซาวนด์ในหมึกอิงค์เจ็ตสามารถปรับปรุงสมรรถนะและความทนทานของหมึกได้ อนุภาคนาโนเป็นอนุภาคขนาดเล็กมากที่มีขนาดในช่วง 1 ถึง 100 นาโนเมตร และมีสมบัติเฉพาะที่สามารถช่วยปรับปรุงหมึกอิงค์เจ็ตได้หลายด้าน

• ประการแรก อนุภาคนาโนสามารถเพิ่มขอบเขตสีของหมึกอิงค์เจ็ต ซึ่งหมายถึงช่วงของสีที่สามารถสร้างได้ เมื่ออนุภาคนาโนกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอด้วยเครื่องอัลตราซาวนด์แบบโพรบ หมึกจึงให้สีที่สดใสและมีความอิ่มตัวมากขึ้น เนื่องจากอนุภาคนาโนสามารถกระเจิงและสะท้อนแสงในลักษณะที่สีย้อมและเม็ดสีแบบดั้งเดิมไม่สามารถทำได้ จึงช่วยให้การสร้างสีดีขึ้น
• ประการที่สอง อนุภาคนาโนที่กระจายตัวเป็นเนื้อเดียวกันสามารถเพิ่มความทนทานของหมึกอิงค์เจ็ตต่อการซีดจาง น้ำ และการเลอะเปื้อน เนื่องจากอนุภาคนาโนสามารถยึดเกาะกับกระดาษหรือวัสดุรองรับอื่นได้อย่างแข็งแรงกว่า ทำให้ภาพมีความทนทานมากขึ้นและคงอยู่ได้นานขึ้น นอกจากนี้ อนุภาคนาโนยังสามารถป้องกันหมึกซึมแผ่เข้าไปในกระดาษ ซึ่งอาจทำให้เกิดการเลอะเปื้อนและลดความคมชัดของภาพพิมพ์
• ประการสุดท้าย อนุภาคนาโนที่กระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ยังสามารถปรับปรุงคุณภาพและความละเอียดในการพิมพ์ของหมึกอิงค์เจ็ตได้ เครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราซาวนด์มีประสิทธิภาพสูงเป็นพิเศษในการบดและผสมอนุภาคนาโนในของเหลว การใช้อนุภาคที่เล็กลงช่วยให้หมึกสร้างเส้นที่ละเอียดและแม่นยำมากขึ้น ส่งผลให้ภาพคมชัดและชัดเจนยิ่งขึ้น ซึ่งมีความสำคัญเป็นพิเศษในงานต่าง ๆ เช่น การพิมพ์ภาพถ่ายคุณภาพสูงและการพิมพ์งานวิจิตรศิลป์

การควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการและผลการกระจายตัว

ขนาดอนุภาคและการกระจายขนาดอนุภาคของเม็ดสีในหมึกมีผลต่อคุณลักษณะหลายประการของผลิตภัณฑ์ เช่น กำลังการให้สีหรือคุณภาพการพิมพ์ ในการพิมพ์อิงค์เจ็ต อนุภาคขนาดใหญ่กว่าแม้มีเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้การกระจายตัวไม่เสถียร เกิดการตกตะกอน หรือทำให้หัวฉีดอิงค์เจ็ตทำงานขัดข้องได้ ด้วยเหตุนี้ การควบคุมกระบวนการลดขนาดที่ใช้ในการผลิตให้ดีจึงมีความสำคัญต่อคุณภาพของหมึกอิงค์เจ็ต

การแปรรูประบบกระจายตัวระดับนาโนสำหรับหมึกอิงค์เจ็ตแบบในสายการผลิต

เครื่องปฏิกรณ์อัลตราซาวนด์ของ Hielscher มักใช้งานแบบในสายการผลิต หมึกอิงค์เจ็ตจะถูกสูบเข้าสู่ภาชนะปฏิกรณ์ และสัมผัสกับคาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ที่ควบคุมความเข้ม ระยะเวลาที่สัมผัสขึ้นอยู่กับปริมาตรเครื่องปฏิกรณ์และอัตราการป้อนวัสดุ การทำอัลตราซาวนด์ในสายการผลิตช่วยขจัดการไหลลัดผ่าน เนื่องจากอนุภาคทั้งหมดผ่านห้องปฏิกรณ์ตามเส้นทางที่กำหนด เนื่องจากอนุภาคทั้งหมดได้รับพารามิเตอร์การทำอัลตราซาวนด์เดียวกันเป็นระยะเวลาเท่ากันในแต่ละรอบ โดยทั่วไปการทำอัลตราซาวนด์จึงทำให้เส้นโค้งการกระจายแคบลงและเลื่อนตำแหน่ง แทนที่จะกว้างขึ้น การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ทำให้ได้การกระจายขนาดอนุภาคที่ค่อนข้างสมมาตร โดยทั่วไปไม่พบการลากหางไปทางขวา – ความเบ้เชิงลบของเส้นโค้งที่เกิดจากการเลื่อนไปทางวัสดุที่มีขนาดหยาบกว่า (“หาง” ทางด้านขวา) – ในตัวอย่างที่ผ่านการทำอัลตราซาวนด์

การกระจายตัวภายใต้อุณหภูมิที่ควบคุม: การระบายความร้อนของกระบวนการ

สำหรับตัวกลางของหมึกที่ไวต่ออุณหภูมิ Hielscher มีเครื่องปฏิกรณ์แบบโฟลว์เซลล์ที่มีแจ็กเก็ตสำหรับอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรมทุกรุ่น การทำให้ผนังด้านในของเครื่องปฏิกรณ์เย็นลงช่วยระบายความร้อนจากกระบวนการได้อย่างมีประสิทธิผล

ภาพด้านล่างแสดงเม็ดสีคาร์บอนแบล็กที่กระจายตัวในหมึก UV ด้วยโพรบอัลตราซาวนด์ UIP1000hdT

การกระจายตัวด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการลดขนาดอนุภาคอย่างมีประสิทธิผลและการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของเม็ดสีคาร์บอนแบล็กในหมึก UV

การกระจายตัวและการสลายกลุ่มอนุภาคของหมึกอิงค์เจ็ตในทุกระดับการผลิต

Hielscher ผลิตอุปกรณ์กระจายอนุภาคด้วยอัลตราซาวนด์สำหรับการแปรรูปหมึกในทุกปริมาตร เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์สำหรับห้องปฏิบัติการใช้กับปริมาตรตั้งแต่ 1.5mL ถึงประมาณ 2L และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาสูตรหมึก ตลอดจนการทดสอบคุณภาพ นอกจากนี้ การทดสอบความเป็นไปได้ในห้องปฏิบัติการยังช่วยให้เลือกขนาดอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการผลิตเชิงพาณิชย์ได้อย่างแม่นยำ
เครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราซาวนด์ระดับอุตสาหกรรมใช้ในการผลิตแบบแบตช์ตั้งแต่ 0.5 ถึงประมาณ 2000L หรือที่อัตราการไหลตั้งแต่ 0.1L ถึง 20m³ ต่อชั่วโมง การทำอัลตราซาวนด์สามารถขยายกำลังการผลิตได้ง่าย ต่างจากเทคโนโลยีการกระจายตัวและการบดอื่น ๆ เนื่องจากพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญทั้งหมดสามารถปรับตามขนาดการผลิตได้แบบเชิงเส้น

ตารางด้านล่างแสดงคำแนะนำทั่วไปเกี่ยวกับเครื่องอัลตราซาวนด์ตามปริมาตรแบตช์หรืออัตราการไหลที่ต้องการแปรรูป

 
เครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราซาวนด์ทำงานอย่างไร? – หลักการทำงานของคาวิเทชันจากคลื่นเสียง
คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์เป็นกระบวนการที่ใช้คลื่นเสียงความถี่สูงสร้างฟองก๊าซขนาดเล็กในของเหลว เมื่อฟองก๊าซได้รับความดันสูง ฟองอาจยุบตัวหรือยุบเข้าด้านในอย่างรุนแรง พร้อมปลดปล่อยพลังงานออกมาอย่างฉับพลัน พลังงานนี้สามารถใช้กระจายอนุภาคในของเหลว โดยทำให้อนุภาคแตกออกเป็นขนาดที่เล็กลง
ในคาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ คลื่นเสียงเกิดจากทรานสดิวเซอร์อัลตราซาวนด์ ซึ่งโดยทั่วไปติดตั้งบนโพรบหรือฮอร์น ทรานสดิวเซอร์เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลในรูปของคลื่นเสียง จากนั้นส่งคลื่นเสียงเข้าสู่ของเหลวผ่านโพรบหรือฮอร์น เมื่อคลื่นเสียงเข้าสู่ของเหลว จะสร้างคลื่นความดันสูงที่อาจทำให้ฟองก๊าซยุบเข้าด้านในอย่างรุนแรง
คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์มีศักยภาพในการประยุกต์ใช้หลายด้านในกระบวนการกระจายตัว รวมถึงการผลิตอิมัลชัน การกระจายเม็ดสีและสารเติมเนื้อ และการสลายกลุ่มอนุภาค คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์สามารถเป็นวิธีที่มีประสิทธิผลในการกระจายอนุภาค เนื่องจากสามารถสร้างแรงเฉือนสูงและส่งพลังงานเข้าสู่กระบวนการ อีกทั้งยังสามารถควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญอื่น ๆ เช่น อุณหภูมิและความดันได้อย่างแม่นยำ ทำให้ปรับกระบวนการให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะของงานได้ การควบคุมกระบวนการอย่างแม่นยำนี้เป็นข้อได้เปรียบที่โดดเด่นประการหนึ่งของการทำอัลตราซาวนด์ เนื่องจากสามารถผลิตผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงได้อย่างเชื่อถือได้และให้ผลซ้ำได้ พร้อมหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพที่ไม่ต้องการของอนุภาคหรือของเหลว

แข็งแรงทนทานและทำความสะอาดง่าย

เครื่องปฏิกรณ์อัลตราซาวนด์ประกอบด้วยภาชนะปฏิกรณ์และโซโนโทรดอัลตราซาวนด์ โซโนโทรดเป็นชิ้นส่วนเดียวที่เกิดการสึกหรอ และสามารถเปลี่ยนได้ง่ายภายในไม่กี่นาที หน้าแปลนแยกการสั่นสะเทือนช่วยให้ติดตั้งโซโนโทรดในภาชนะเปิด หรือภาชนะปิดที่สามารถเพิ่มความดันได้ หรือในโฟลว์เซลล์ได้ในทุกแนวการติดตั้ง โดยไม่จำเป็นต้องใช้ตลับลูกปืน เครื่องปฏิกรณ์แบบโฟลว์เซลล์โดยทั่วไปทำจากเหล็กกล้าไร้สนิม มีรูปทรงเรียบง่าย และสามารถถอดแยกและเช็ดทำความสะอาดภายในได้ง่าย ไม่มีช่องเปิดขนาดเล็กหรือมุมอับ

การทำความสะอาดด้วยอัลตราซาวนด์โดยไม่ถอดอุปกรณ์

ความเข้มอัลตราซาวนด์ที่ใช้ในงานกระจายอนุภาคสูงกว่าที่ใช้ในการทำความสะอาดด้วยอัลตราซาวนด์ทั่วไปมาก ดังนั้น จึงสามารถใช้กำลังอัลตราซาวนด์ช่วยทำความสะอาดระหว่างการชะล้างและการล้างน้ำได้ เนื่องจากคาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ขจัดอนุภาคและของเหลวตกค้างออกจากโซโนโทรดและผนังโฟลว์เซลล์