Stokesian Dynamic Simulation of Pigment Flow in Ink Jet Printer Nozzle

잉크제트 프린터를 이용한 섬유인쇄 시 노즐 관에서의 입자 흐름

Textile printing prints around twenty bilion linear meters of textile each year. Rotary and flat bed screen printing requires pre and post treatments, leading to the loss of dyes and the environmental problems due to effluents. Digital ink jet printing can offer a solution to the existing problems, especially the environmental problems, in addition to its flexibility. Pigments are used as a dispersion inks in the digital inkjet textile printing. Molecular dynamic simulation like Stokesian dynamic simulation was employed to simulate the behavior of pigments and velocity distribution under the pressure driven flow in the printer nozzle. The simulation shows that the particle distribution in the flow are uniform if particle volume fraction is low, the ratio of nozzle and particle diameter is large, and the dimensionless average suspension velocity is low.

섬유염색은 전 세계적으로 매우 큰 시장이나, 염료를 사용하여 섬유염색을 수행하는 기존 인쇄 공정의 경우 염료의 손실 및 환경오염의 문제점을 갖고 있다. 기존 공정들의 경우 섬유 인쇄 시 전처리 및 후처리 공정이 필요하고 이들 공정에서 폐수가 발생하게 된다. 이런 문제점들의 해결방안으로 전처리 및 후처리 공정이 필요없고 잉크를 효율적으로 사용할 수 있는 잉크제트 프린팅 기법을 섬유염색 기술에 적용하려는 노력이 진행중이다. 섬유인쇄를 위해 잉크제트 프린터를 사용할 경우 안료를 사용하기 때문에 잉크는 액체 상에 고체입자가 분산되어 있는 서스펜션 상태로 존재한다. 분자역학 모사 기법과 유사한 Stokesian 역학 모사 방법을 사용한 전산모사를 통해 외부에서 가해진 압력구배에 의해 노즐 관에 흐르는 분산잉크 중의 입자 분포 및 속도 분포 변화를 살펴보았다. 전산모사결과 입자의 부피분율이 낮을수록, 평균 무차원 서스펜션 속도가 낮을수록, 노즐 관과 입자 크기 사이의 비(H/a)가 클수록 입자들의 분포가 상당히 균일한 것으로 나타났다. 따라서 잉크제트 프린팅 기법을 사용하여 섬유인쇄를 수행하는 경우, 노즐 관에의 유속을 작게 하고 노즐 관과 입자 사이의 크기 비를 크게 해야 균일한 인쇄 성능을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.