Rheological Control of the Coffee Stain Effect for Inkjet Printing of Ceramics

Abstract

The rheology of inkjet printing inks must be well controlled in order to be able to form small droplets. One solution is to use low volume fraction dispersed suspensions, but this leads to a common problem during drying called the coffee stain effect. It is caused by particle migration from the center to the edge of a drying drop and leads to nonuniform printed structures. This article describes an approach, to suppress the coffee stain effect by a sufficiently fast increase in viscosity after deposition. Due to the viscosity limitations during printing, inks with tailored rheology and drying behavior need to be developed. Ceramic inks were prepared and printed. First, a binder was added to study the influence of viscosity on printability and the coffee stain effect. Second, the use of a high vapor pressure solvent for faster drying was investigated. Eventually, an ink with the combination of binder and fast drying agent was prepared. This ink showed a considerable decrease in drying time as well as a rapid increase in viscosity after deposition and was suitable to completely suppress the coffee stain effect. Plateau‐like structures were achieved by adapting the drying temperature to permit particle movement to a certain degree.

Resolução real na impressão jato de tinta de placas cerâmicas: Avaliação preliminar do tamanho de impressão sob diferentes condições de operação

“…Frequentemente o contorno das impressões é chanfrado (Figura 2), sendo severamente afetado pelas características físicas e microestruturais da superfície alvo: molhabilidade, rugosidade, porosidade e permeabilidade [13,15,16] . Este comportamento é mais acentuado nas tintas à base de água, cujas impressões parecem ser preenchidas não uniformemente (Figura 3), talvez como consequência de um efeito do tipo mancha de café [17] . Devido à forma e contorno irregular das impressões, os valores médios de área, perímetro e circularidade são afetados por um desvio padrão tão elevado quanto 10-15% para placas não queimadas ou 15-25% para placas queimadas.…”

Requisitos para Supensões Cerâmicas para Impressão por Jato de Tinta

“…Para assegurar uma estabilidade suficiente, um dispersante do tipo alquil fosfato foi adicionado. A distribuição de tamanho de partícula após a moagem foi determinada com medições diferentes (Figura 3b), para comparar a aplicabilidade das técnicas de medição para a suspensão BST preparada 3 . Enquanto os resultados do espalhamento de luz estático (SLS), espalhamento de luz dinâmico (DLS) e da centrifugação em disco com raios X (XDC) estão próximos, a análise gráfica no MEV exibe uma fração de partículas maiores significantemente mais elevada.…”

“…Topografia de gotas secas com diferentes volumes e temperatura do substrato para a tinta de BST desenvolvida com comportamento de secagem otimizado 3 .…”

Ink-Jet Printing of Gluconobacter oxydans: Micropatterned Coatings As High Surface-to-Volume Ratio Bio-Reactive Coatings

“…The addition of water reduces the viscosity of the solvent (made up of water, glycerol and sucrose) and decreases the concentration of latex particles and cells, improving printability. However, dispersed suspensions at low concentrations can undergo the well-known "coffee ring effect" [44], which leads to a nonuniform deposition of particles. This well-known phenomenon has been observed with several systems of a solid dispersed in a drying drop and occurs for a wide range of surfaces, solvents and solutes [45].…”