Γιατί η μη επαφής εκτύπωση αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα της βιομηχανικής inkjet;

Η φυσική της εκτύπωσης χωρίς σπάτουλα (squeegee)

Η βιομηχανική inkjet ανήκει σε μια κατηγορία που οι μηχανικοί αποκαλούν «μη επαφόμενη εκτύπωση», αλλά η πρακτική σημασία της εκτείνεται πολύ πέρα από την απουσία ενός πλάκας κρούσης. Σε ένα σύστημα βασισμένο σε επαφή, όπως η εκτύπωση με προσαρμοστικό πάδ (pad printing) ή η θερμή επισήμανση (hot stamping), ένα φυσικό μέσο μεταφέρει μελάνι ή φόλιο απευθείας στο εξάρτημα. Αυτή η μεταφορά απαιτεί πίεση, ακριβή στοίχιση και ένα υπόστρωμα αρκετά σκληρό ώστε να αντιστέκεται χωρίς παραμόρφωση. Η inkjet εξαλείφει όλες αυτές τις μεταβλητές. Ένα πιεζοηλεκτρικό κεφάλι εκτύπωσης εκτοξεύει σταγόνες μεγέθους πικολίτρων διαμέσου ενός ελεγχόμενου κενού, συνήθως 1 έως 3 χιλιοστών. Η σταγόνα είναι το μοναδικό πράγμα που έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια. Τίποτα δεν συμπιέζει το υπόστρωμα, τίποτα δεν προκαλεί σμίκρυνση του υγρού μελανιού και τίποτα δεν φθείρεται λόγω επαναλαμβανόμενης μηχανικής επαφής. Ένας κατασκευαστής ιατρικών συσκευών στο Μινεσότα ανακάλυψε αυτή τη διαφορά όταν μεταβάστηκε από την εκτύπωση με προσαρμοστικό πάδ στην inkjet για τη σήμανση καπακιών φιαλών από πολυπροπυλένιο. Τα παδ εκτύπωσης από πυριτικό καουτσούκ παραμορφώνονταν μετά από λίγες χιλιάδες κύκλους επάνω στα ελαφρώς κυρτά καπάκια, προκαλώντας σταδιακή παραμόρφωση της εκτύπωσης. Η γραμμή inkjet εκτύπωσε οκτώ εκατομμύρια καπάκια προτού απαιτηθεί η πρώτη αντικατάσταση του κεφαλιού εκτύπωσης.

Εκτύπωση σε Επιφάνειες που Συρρικνώνονται υπό Πίεση

Ορισμένα υλικά αρνούνται απλώς να ανεχθούν μηχανική επαφή. Οι λεπτοτοίχες φυσητές φιάλες, οι εύκαμπτες σακούλες, η αφρώδης πλάκα και οι μη επεξεργασμένες σύνθετες πλάκες έχουν όλες ένα κοινό χαρακτηριστικό: παραμορφώνονται ή συμπιέζονται όταν μια πλάκα εκτύπωσης πιέζει την επιφάνειά τους. Ένας εκτυπωτής επαφής πρέπει να αντισταθμίσει αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας πιο μαλακά προστατευτικά, χαμηλότερες ρυθμίσεις πίεσης ή περίπλοκα συστήματα υποστήριξης, τα οποία όλα εισάγουν δική τους παρέκκλιση στην ευθυγράμμιση και επιβράδυνση της παραγωγής. Η μη επαφική εκτύπωση με μελάνη αποφεύγει εντελώς το πρόβλημα. Η κεφαλή εκτύπωσης αναγνωρίζει την τοπογραφία της επιφάνειας, προσαρμόζει το μοτίβο εκτόξευσης μέσω ανάδρασης κλειστού βρόχου και τοποθετεί τη μελάνη χωρίς να έρθει ποτέ σε επαφή με το αντικείμενο. Μια εγκατάσταση συσκευασίας ηλεκτρονικών στην Ταϊλάνδη εκτυπώνει απευθείας με μελάνη σε αντιστατική φυσαλίδα χωρίς να σπάσει ούτε μία φυσαλίδα. Δοκιμάστε το με έναν κωδικοποιητή θερμής επισήμανσης και η συσκευασία καταστρέφεται μέσα στο πρώτο μέτρο της παραγωγικής διαδικασίας.

Το Πλεονέκτημα της Υγρής Μελάνης που Δεν Σκέφτεστε Ποτέ

Υπάρχει μια παράξενη ιρωνεία στην εκτύπωση με επαφή. Τη στιγμή που ένας μαξιλάρι ή μια οθόνη έρχεται σε επαφή με ένα υγρό στρώμα μελάνης από προηγούμενο σταθμό, είτε το εκτυπωμένο αντίτυπο μπλέκεται είτε απορροφά ρύπους που μεταφέρονται στο επόμενο κομμάτι. Αυτό αναγκάζει τις γραμμές παραγωγής να ενσωματώνουν σωλήνες στεγνώματος, ζώνες υποχρεωτικής ροής αέρα ή αλυσίδες καρφιών που διαχωρίζουν φυσικά τα υγρά εκτυπωμένα αντίτυπα από την επόμενη διαδικασία. Η μη επαφική εκτύπωση με inkjet εκτυπώνει πολλαπλά χρώματα σε μία μόνο διέλευση ή σε διαδοχικές διελεύσεις, χωρίς καμία ενδιάμεση επαφή με την πρόσφατα εκτυπωμένη επιφάνεια. Η στιγμιαία θεραπεία με UV LED αμέσως πίσω από την κεφαλή εκτύπωσης μπορεί να στερεώνει κάθε στρώμα πριν από την εκτόξευση του επόμενου χρώματος. Το αποτέλεσμα είναι μια ακολουθία «υγρό επί στεγνού», η οποία εξαλείφει την ανάγκη για ενδιάμεσο στεγνωμα. Για έναν μετατροπέα ετικετών στη Βόρεια Ιταλία, η μετάβαση σε μια γραμμή UV inkjet με μία μόνο διέλευση σήμαινε την αφαίρεση τριών μονάδων στεγνώματος με ζεστό αέρα από τη διάταξη της εγκατάστασης, αποκτώντας πίσω 18 τετραγωνικά μέτρα χώρου παραγωγής.

Γιατί η απόσταση μεταξύ κεφαλής και αντικειμένου αποτελεί χαρακτηριστικό

Η απόσταση ανάμεσα στην κεφαλή εκτύπωσης και το υπόστρωμα συχνά θεωρείται ασήμαντος περιορισμός σχεδιασμού. Στην πράξη, αποτελεί έναν από τους πιο αποτελεσματικούς παράγοντες που διευκολύνουν την παραγωγή μεγάλης ποικιλίας προϊόντων. Αυτό το κενό αντισταθμίζει την ανωμαλία της επιφάνειας, την παραμόρφωση και τις διαστατικές ανωμαλίες, οι οποίες θα ανάγκαζαν μια μηχανή εκτύπωσης επαφής να σταματήσει λειτουργία για επαναβαθμονόμηση. Μια γραμμή διακόσμησης κεραμικών πλακιδίων αποτελεί σαφές παράδειγμα. Τα πλακίδια που έχουν υποστεί καύση σε φούρνο παρουσιάζουν απόκλιση επίπεδου έως και 1,5 χιλιοστόμετρο ανά 300 χιλιοστόμετρα μήκους. Μια μηχανή σεριγκράφ (screen printing) που λειτουργεί σε αυτά τα πλακίδια απαιτεί ρύθμιση της πίεσης του σκληρού ράστερ (squeegee) κάθε φορά που αλλάζει η παρτίδα, και ακόμη και τότε, οι άκρες των μεγάλων πλακιδίων χάνουν κάλυψη, καθώς το πλέγμα δεν μπορεί να έρθει πλήρως σε επαφή με το κοίλο κέντρο. Μια γραμμή inkjet με απόσταση εκτύπωσης (standoff) δύο χιλιοστομέτρων εκτυπώνει το ίδιο πλακίδιο χωρίς καμία αλλαγή στη ρύθμιση και με συνεχή πυκνότητα από άκρο σε άκρο. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει πώς αυτό το κενό μεταφράζεται σε λειτουργικές διαφορές σε συνηθισμένα μετρικά παραγωγής.

Όταν τα εύθραυστα προϊόντα συναντούν γραμμές υψηλής ταχύτητας

Οι γραμμές παραγωγής υψηλής ταχύτητας ενισχύουν τις συνέπειες της φυσικής επαφής. Μια γραμμή γυάλινων φιαλών που λειτουργεί με 400 τεμάχια ανά λεπτό υποβάλλει κάθε φιάλη σε μικροσκοπικές συγκρούσεις με τους οδηγούς, τους αστερότροχους και οποιονδήποτε μηχανισμό εκτύπωσης που βρίσκεται στη διαδρομή της. Η προσθήκη εκτύπωσης με επαφή σε αυτήν την αλυσίδα εισάγει ένα επιπλέον σημείο επαφής, όπου η πίεση — ακόμη και αν είναι ελάχιστη — εντείνει την τάση σε μια λεπτή επιφάνεια. Η εκτύπωση με μη επαφή (inkjet) εξαλείφει αυτήν τη συγκέντρωση τάσης. Η κεφαλή εκτύπωσης βρίσκεται πάνω από την ταινία μεταφοράς και εκτοξεύει μελάνι προς τα κάτω, δημιουργώντας καμία πλευρική δύναμη στο προϊόν. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στη φαρμακευτική συσκευασία, όπου μια ραγισμένη φιάλη σημαίνει ότι ολόκληρη η προσωρινή θήκη υπόκειται σε καραντίνα. Δεδομένα από την Parenteral Drug Association δείχνουν ότι οι αποτυχίες ακεραιότητας των δοχείων που οφείλονται στη χειριστική και στον εξοπλισμό εκτύπωσης αντιστοιχούν περίπου στο 3% των απορρίψεων γραμμής σε ασηπτικά περιβάλλοντα γεμίσματος. Η εκτύπωση inkjet δεν επιλύει όλες αυτές τις αποτυχίες, αλλά απαλείφει τον σταθμό εκτύπωσης ως παράγοντα συμβολής.

Πέρα από τα επίπεδα εξαρτήματα και στην τρίτη διάσταση

Η μη επαφή με το υπόστρωμα που χαρακτηρίζει την τεχνολογία inkjet ανοίγει επίσης πρόσβαση σε γεωμετρίες που οι μέθοδοι εκτύπωσης με επαφή δυσκολεύονται να επιτύχουν. Ένα κοίλο καλούπι, ένα εσοχή, ή η εσωτερική επιφάνεια ενός καπακιού μπορούν όλα να εκτυπωθούν με τεχνολογία inkjet, εφόσον η κεφαλή εκτύπωσης μπορεί να στραφεί προς το εσωτερικό της κοιλότητας. Η εκτύπωση με προσαρμοστικό πάδ (pad printing) μπορεί να αντιμετωπίσει ορισμένες από αυτές τις γεωμετρίες χρησιμοποιώντας προσαρμοστικά πάδ διαφορετικού σχήματος, αλλά κάθε νέα γεωμετρία απαιτεί ένα νέο πάδ, ενώ η φθορά του πάδ μεταβάλλει τα χαρακτηριστικά μεταφοράς με την πάροδο του χρόνου. Βιομηχανικά συστήματα inkjet εξοπλισμένα με ρομπότ πολλαπλών αξόνων ή με γαλβανόμετρα ελεγχόμενη κατεύθυνση δέσμης μπορούν να εκτυπώνουν σε εσοχές στις οποίες κανένα πάδ δεν μπορεί να εισέλθει φυσικά. Ένας ευρωπαϊκός κατασκευαστής διακοπτών για αυτοκίνητα εκτυπώνει σαφείς, υψηλής αντίθεσης ενδείξεις στο εσωτερικό επιφανειακών εσοχών κουμπιών, χρησιμοποιώντας inkjet συνδεδεμένη σε γκαντρί. Η προηγούμενη διαδικασία pad printing απαιτούσε αλλαγή πάδ κάθε μέρα και συνεχείς ελέγχους πυκνότητας. Η γραμμή inkjet λειτουργεί σε τρεις βάρδιες, με συντήρηση προγραμματισμένη κάθε δύο εβδομάδες.

Η μη επαφική εκτύπωση δεν αποτελεί πανάκεια. Δεν εξαλείφει την ανάγκη επεξεργασίας της επιφάνειας σε πλαστικά χαμηλής ενέργειας και απαιτεί καθαρό περιβάλλον γύρω από την κεφαλή εκτύπωσης για να αποτραπεί η συσσώρευση σκόνης στην πλάκα των ακροφυσίων. Αυτό που προσφέρει, ωστόσο, είναι μια ουσιαστικά διαφορετική σχέση μεταξύ του εκτυπωτή και του προϊόντος, μια σχέση κατά την οποία η μηχανή προσαρμόζεται στο εξάρτημα αντί να υποχρεώνει το εξάρτημα να προσαρμοστεί στη μηχανή. Η Nova Inkjet δημιουργεί τις πλατφόρμες inkjet της γύρω από αυτήν την αρχή, μηχανολογώντας την ενσωμάτωση της κινητήρα εκτύπωσης και τα συστήματα χειρισμού του υποστρώματος για να μεγιστοποιήσει το πλεονέκτημα της απόστασης σε μια ποικιλία ταχυτήτων παραγωγής και τύπων υλικών.