Proč je bezkontaktní tisk významnou výhodou průmyslového inkjetu?

Fyzika tisku bez stíracího hřebenu

Průmyslový inkjet patří do kategorie, kterou inženýři označují jako nekontaktní tisk, avšak praktický význam je mnohem hlubší než pouhé odstranění nárazové desky. V kontaktním systému, jako je například tamponování nebo horké razítko, fyzický nosič přenáší barvu či fólii přímo na součástku. Tento přenos vyžaduje tlak, přesné zarovnání a podklad dostatečně tuhý na to, aby se při tlaku neztlačil ani nezdeformoval. Inkjet eliminuje všechny tyto proměnné. Piezoelektrická tisková hlava vystřikuje kapky o velikosti několika pikolitrů přes řízenou mezeru, obvykle jedno až tři milimetry. Dotýká se povrchu pouze tato kapka. Nic nekomprimuje podklad, nic nerozmazává čerstvou barvu a nic se neopotřebuje opakovaným mechanickým kontaktem. Výrobce zdravotnických zařízení v Minnesotě tento rozdíl objevil, když přešel od tamponování k inkjetu pro označování víček ze polypropylenu. Tamponovací silikonové tampony se po několika tisících cyklů na mírně zakřivených víčkách deformovaly, což postupně způsobovalo zkreslení tisku. Inkjetová linka vytiskla osm milionů víček, než bylo poprvé nutné vyměnit tiskovou hlavu.

Tisk na površích, které se při tlaku stahují

Některé materiály prostě odmítají tolerovat mechanický kontakt. Tenkostěnné nádoby vyrobené výfukovým litím, pružné obaly, pěnové desky a nezatvrzené kompozitní desky mají jednu společnou vlastnost – deformují se nebo se zdeformují, když tisková deska do nich zatlačí. Kontaktní tiskárna musí kompenzovat použitím měkčích podložek, nižších tlakových nastavení nebo složitých upínacích zařízení, avšak každá z těchto metod zavádí vlastní nepřesnosti zarovnání a zpomalení výroby. Bezkontaktní inkoustová tisková hlava tento problém úplně obejde. Tisková hlava snímá topografii povrchu, upravuje vzor stříkání pomocí zpětné vazby uzavřené smyčky a nanáší inkoust bez jakéhokoli fyzického kontaktu s dílem. V elektronické balicí provozu v Thajsku se inkoustové kódování provádí přímo na antistatickou bublinkovou fólii, aniž by se praskla jediná bublinka. Zkuste to udělat horkým razítkem – a fólie bude po prvním metru výrobního cyklu zničená.

Výhoda mokrého inkoustu, na kterou nikdy nepomyslíte

V kontaktovém tisku se skrývá zvláštní ironie. V okamžiku, kdy se tisková podložka nebo síť dotkne vlhké vrstvy inkoustu z předchozí stanice, buď rozmazá tisk, nebo nabere kontaminaci, která se přenese zpět na další součást. To nutí výrobní linky zařadit sušící tunely, zóny s nuceným prouděním vzduchu nebo kolíkové dopravníky, které fyzicky oddělují vlhký tisk od následujícího procesu. Bezkontaktní inkoustová tiskárna s technologií inkjet dokáže vytisknout více barev jedním průchodem nebo postupnými průchody bez jakéhokoli mezilehlého kontaktu s právě vytisknutým povrchem. UV LED sušení umístěné bezprostředně za tiskovou hlavou může každou vrstvu zafixovat ještě před tím, než bude aplikována další barva. Výsledkem je postup „vlhké na suché“, který eliminuje potřebu mezistančního sušení. Pro výrobce etiket v severní Itálii znamenalo přechod na jednopráškovou UV inkjetovou linku odstranění tří sušicích jednotek s horkým vzduchem z výrobní plochy a uvolnění 18 čtverečních metrů výrobního prostoru.

Proč je mezera mezi tiskovou hlavou a součástí funkcí

Vzdálenost mezi tiskovou hlavou a substrátem je často považována za nepatrné konstrukční omezení. Ve skutečnosti je však jedním z nejúčinnějších faktorů umožňujících výrobu s vysokou směsí produktů. Tato mezera kompenzuje povrchovou strukturu, deformaci a rozměrové odchylky, které by u kontaktového tiskového zařízení vyžadovaly jeho odstavení pro překalibraci. Jasným příkladem je linka pro dekoraci keramických dlaždic. Dlaždice vypálené v peci se liší v rovnosti až o 1,5 mm na každých 300 mm délky. Stroj pro tisk síťovým způsobem pracující s těmito dlaždicemi vyžaduje přizpůsobení tlaku rakelka při každé změně šarží a i tak dochází u velkoformátových dlaždic ke ztrátě krytí na okrajích, protože síť nemůže plně kontaktovat konkávní střed. Linka pro inkoustový tisk s vzdáleností 2 mm tiskne stejnou dlaždici bez jakékoli změny nastavení a s konzistentní hustotou tisku od kraje ke kraji. Následující tabulka ukazuje, jak se tato vzdálenost promítá do provozních rozdílů v běžných výrobních ukazatelích.

Když se křehké výrobky setkají s vysokorychlostními linkami

Výrobní linky pracující vysokou rychlostí zvyšují důsledky fyzického kontaktu. Linka pro skleněné lahvičky běžící rychlostí 400 kusů za minutu vystavuje každou lahvičku mikrokolizím s vodítky, hvězdicovými koly a jakýmkoli tiskovým zařízením na své dráze. Začlenění kontaktního tisku do tohoto procesu přidává další bod nárazu, kde se tlak – ať už jakýkoli – soustředí na tenkou stěnu obalu. Bezkontaktní inkoustová tisková technologie tento koncentrovaný tlak odstraňuje. Tisková hlava je umístěna nad dopravníkem a tiskne směrem dolů, aniž by na výrobek působila nějaká boční síla. Tato skutečnost je zvláště důležitá v farmaceutickém balení, neboť prasklá lahvička znamená karanténu celého dílenského prostředku. Podle údajů Parenteral Drug Association (PDA) lze přibližně tři procenta odmítnutí výrobků na výrobní lince v aseptických naplňovacích prostředích přičíst poruchám integrity obalu způsobeným manipulací a tiskovým zařízením. Inkoustový tisk sice neodstraňuje všechny tyto poruchy, ale odstraňuje tiskovou stanici jako jeden z jejich příčinných faktorů.

Za rovinné díly dál – do třetího rozměru

Bezkontaktní charakter inkjetu také umožňuje tisk na geometriích, které jsou pro kontaktní metody obtížně přístupné. Vydlený formovací nástroj, vyhloubený kanál nebo vnitřní strana víčka mohou všechny přijmout inkjetové značky, pokud je tryska schopna zaměřit paprsek do dutiny. Tisk pomocí gumového razítka (pad printing) dokáže zvládnout některé z těchto tvarů pomocí speciálně tvarovaných razítek, avšak každý nový tvar vyžaduje nové razítko a opotřebení razítka postupně mění přenosové vlastnosti. Průmyslové inkjetové systémy vybavené roboty s více osami nebo galvanometricky řízeným směrováním paprsku dokážou tisknout do vyhloubenin, do nichž se žádné razítko fyzicky nedostane. Evropský výrobce automobilových spínačů tiskne jasná a kontrastní označení uvnitř mělkých vyhloubenin tlačítek pomocí inkjetového systému montovaného na jeřábovém zařízení (gantry). Předchozí proces tisku pomocí gumového razítka vyžadoval denní výměnu razítek a pravidelné kontroly hustoty tisku. Inkjetová linka pracuje ve třech směnách a údržba je plánována jednou za dva týdny.

Bezkontaktní tisk není univerzálním řešením. Neodstraňuje potřebu povrchové úpravy nízkoenergetických plastů a vyžaduje čisté prostředí kolem tiskové hlavy, aby se zabránilo usazování prachu na desce trysky. Co však nabízí, je zásadně odlišný vztah mezi tiskárnou a výrobkem – vztah, ve kterém se stroj přizpůsobuje dílu místo toho, aby díl musel odpovídat požadavkům stroje. Společnost Nova Inkjet staví své inkjetové platformy na tomto principu a konstruuje integraci tiskového motoru i systémy pro manipulaci s podkladem tak, aby maximalizovala výhodu mezi tiskovou hlavou a podkladem při různých rychlostech výroby a u různých typů materiálů.