分享喷墨打印领域新技术、新工艺、新产品
喷墨技术的领先创新者Xaar推出了两款新型打印头Xaar eX和Nitrox eX，专为涂覆电动汽车 (EV) 和储能系统中使用的新一代电池而设计。
此次发布标志着赛尔成为首家进入电池领域的喷墨公司，并推出专门用于该应用的打印头，为涂层技术树立了新的标杆。
Xaar在其产品组合中增加的两款新打印头，即Xaar eX和Nitrox eX，但与大多数打印头不同的是，它们针对的是非常具体的市场应用——电池生产，主要用于电动汽车或电动汽车，但也用于其他储能用途。
为了理解这些新头，首先有必要看一下这个特定的应用。大多数电池由几个电池单元组合在一起组成，以形成更大的电池组。这些单独的电池单元外部有一层绝缘层，以降低电和热传递的风险。该绝缘层通常是 PET 薄膜，一侧有一层压敏粘合剂层，用于将其固定在电池上。
然而，这种方法也有一些缺点，比如塑料层后面可能会产生气泡。如果电池变热，这些气泡就会膨胀，从而降低绝缘性。这也使得在狭小空间内装入更多电池变得更加困难，随着汽车制造商试图转向更大、更强大的电池，这个问题变得越来越严重。
Xaar 首席运营官 Graham Tweedale 解释道：“如今，电池单元可能被包装在一个框架中，并用紧固件固定在一起，而他们希望使用更具结构性的粘合剂将电池单元粘合在一起，以形成电池组。问题是，用于粘合电池单元的粘合剂的强度高于 PET 薄膜，因此存在薄膜可能分层和脱落的风险，尤其是在发生某种机械冲击的情况下，而这种情况在汽车中很常见。”
电池单元组装方式的这种变化是因为大多数电动汽车制造商现在都转向更高的电压，通常约为800伏，并且充电速度更快。这也会增加电池单元周围的温度。Tweedale指出：“因此，在较高温度的环境中处理这种组装会加剧PET薄膜带来的任何问题。”
这促使电池制造商寻找更易于制造且能更好地应对这些问题的工艺。一种选择是用液体涂层代替塑料薄膜。一些制造商使用喷涂来涂抹这种液体，尽管很难精确控制液体喷洒的位置。这对电池来说是一个问题，因为你想绝缘整个电池单元，但无法喷涂带有端子的表面。因此，过去使用喷涂的地方，带有端子的顶面没有绝缘层，这限制了电池单元的组合方式，从而无法形成成品电池组，从而避免短路风险。
因此，许多制造商将喷墨视为一种更有效的液体涂层涂覆方式。通常这意味着单程喷墨，以适应现有的生产线，该生产线每隔几秒钟生产一个电池单元。Tweedale 指出：“这需要相当高的吞吐量，以确保有足够的正常运行时间来支持这一点。”
喷墨技术的缺点是它比喷涂技术更复杂。无论何种应用，总有一个过程来找到液体的最佳配方，以确保它可以通过打印头喷射，同时仍能满足最终应用的所有性能特征。
Tweedale表示，Xaar已经致力于这个项目好几年了，他指出：“我们与该应用领域的每个人都合作过。显然，你必须与液体公司合作，因为打印头中的液体是关键。我们与电池公司合作，因为他们也必须承认这是可行的，最终他们是最终客户。但我们的客户是制造机器的 OEM，他们会购买打印头进行安装。因此，我们必须与该领域的所有不同参与者合作才能找到解决方案。”
该涂层使用紫外线将其从可喷射流体固化为最终涂层，该涂层本身厚度可超过100微米。因此，这种涂层内的化学性质与标准UV墨水截然不同。流体必须提供电气隔离和热保护，而不能受到用于将各个电池单元粘合在一起的粘合剂的影响。
电池单元本身通常有两种形状，圆柱形或棱柱形（矩形）。如今，大多数电动汽车电池单元都是圆柱形的，但对棱柱形电池的需求正在增加，主要是因为矩形形状使制造商更容易将多个电池直接装入车辆底盘，这意味着在相同的空间内可以提供更大的功率。然而，矩形形状带来了一个问题，即无法在角落周围施加涂层，同时保持涂层的连续性和均匀性。因此，Xaar 开发了两种打印头，分别用于圆柱形和棱柱形电池。
eX 打印头
Xaar必须专门为该应用开发打印头的主要原因是液体涂层中的化学物质可能会损坏打印头的结构，特别是用于粘合打印头内不同元件的环氧树脂。Tweedale 解释道：“我们与液体公司合作，在打印头中添加了特殊涂层，以便我们能够处理电池外部的这些紫外线液体，这些液体具有非常特殊的属性。我们必须为电池公司进行各种验证和测试，以证明它们能够胜任工作并提供所需的功能。”
他补充道：“这就是我们发布这两款新打印头的原因，因为我们做了很多工作来验证这些液体的喷射效果，确保它们不会出现任何使用寿命问题。”
因此，实际上这些新喷头实际上是现有打印头的变体。因此，Nitrox eX基于Nitrox喷头。这是一个相对紧凑的喷头，有两排1000个喷嘴，分辨率为每英寸360个喷嘴。它专为圆柱形电池单元而设计，电池在喷头前面旋转，因此可以一次性喷射均匀的涂层，覆盖整个电池单元。
eX喷头更大，基于Xaar 2002的设计，共有四排喷嘴，总共2000个，分辨率为720npi。该喷头专为矩形电池而设计。有两个通道，但该工艺使用单一流体类型。Tweedale表示：“这真的与喷洒有关。在圆柱形电池上，由于它在旋转，因此使用两排喷嘴仍可获得正确的吞吐量。而在方形电池上，我们有四排喷嘴，因此我们可以足够快地喷洒足够的流体。”
两种喷头均提供12pl或40pl原生液滴大小供选择，喷射频率分别高达 36kHz和24kHz。这使得Nitrox eX喷射量高达42g/sqm，而较大的eX 喷射量高达85g/sqm。
两个喷头均采用Xaar的ThroughFlow墨水循环系统，该系统可使液体直接流向喷嘴板，并采用极高的流速，以减少堵塞和气泡。SureFlow技术对此进行了补充，该技术以更高的速率推动液体通过，以清除任何堵塞。
另一个问题是功能性液体的粘度往往相当高，远高于当今大多数打印头所能处理的粘度。Xaar以其处理高粘度液体的能力而闻名，这个项目很好地证明了这一点。这些涂层的粘度通常在50cP左右及以上，而Xaar打印头能够处理高达100cP的液体。作为参考，大多数打印头通常会为平面艺术油墨报价约5-10cP。
Xaar还与Quantica建立了合作伙伴关系，后者开发了NovoJet打印头，能够处理粘度高达400cP的液体。这可以开拓其他应用，例如喷射粘合剂。
大多数OEM都会对打印系统施加一定程度的热量，以提高墨水的流速。Tweedale表示，出于这个原因，UV流体的喷射温度通常在45ºC左右，而 Xaar无需针对此电池单元应用对温度控制做出任何改变。
他补充道：“我们带来的潜在性能使这一目标成为可能，是我们的 ThroughFlow 技术和高粘度能力。”他继续说道：“能够喷射高粘度涂料的优势在于，它能够在整个电池角落保持非常均匀的涂层。” eX 喷头主要以二进制模式运行，但灰度功能可以帮助管理角落，以确保在整个电池单元周围保持一致的涂层。
Tweedale 表示：“我们有四家不同的液体供应商，他们配制的液体均已获得电池公司的批准。因此，这些液体必须符合他们目前的所有标准，包括电池的使用寿命和抗撞击性。”
其他应用
除了电动汽车，电池还可用于储能，Tweedale表示，未来该工艺可应用于消费电子产品。他补充道：“我们正在与人们合作，寻找喷墨技术在电池制造过程中可以发挥作用的其他领域。目前有各种工艺，比如在制造电池中的某些活性组件时涂抹浆料，我们研究是否有一些领域可以通过喷墨完成。如果你能喷射，我们就有很大的机会做到这一点，因为我们可以处理高粘度，这扩大了喷墨技术的应用范围。”
他总结道：“我们认为这对我们来说是一个规模合理的市场。我认为这是一个我们可以带来真正价值的市场。从模拟生产过程转向数字生产过程，需要我们的特质来实现。对我们来说，这是一个有趣的领域，电池总体而言，不仅仅是涂层，还包括电池内的活性元素。”
未来似乎不可避免地会有更多打印头制造商开发专门的打印头变体，以应对特定行业的特定液体。我们已经看到喷墨打印从图形打印扩展到工业打印，现在我们看到同样的技术直接用于工业制造。这并不奇怪，因为喷墨打印已经广泛应用于增材制造，也就是3D打印。这引出了一个显而易见的问题：有多少其他制造业将从从模拟流程转向数字流程中受益？
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