Pourquoi l'impression sans contact constitue-t-elle un avantage majeur de l'impression industrielle par jet d'encre ?

La physique de l'impression sans raclette

L’impression industrielle par jet d’encre appartient à une catégorie que les ingénieurs qualifient d’impression sans impact, mais la signification pratique va bien au-delà de l’absence d’une plaque de frappe. Dans un système à contact, comme l’impression à tampon ou la dorure à chaud, un support physique transfère directement l’encre ou la feuille sur la pièce. Ce transfert nécessite une pression, un alignement précis et un substrat suffisamment rigide pour résister sans se déformer. L’impression par jet d’encre élimine chacune de ces variables. Une tête d’impression piézoélectrique éjecte des gouttelettes mesurées en picolitres à travers un espace contrôlé, généralement compris entre un et trois millimètres. Seule la gouttelette entre en contact avec la surface. Rien ne comprime le substrat, rien ne brouille l’encre encore humide, et rien ne s’use à force de contacts mécaniques répétés. Un fabricant d’appareils médicaux du Minnesota a découvert cette différence lorsqu’il est passé de l’impression à tampon à l’impression par jet d’encre pour marquer les bouchons de flacons en polypropylène. Les tampons en silicone utilisés pour l’impression à tampon se déformaient après quelques milliers de cycles sur les bouchons légèrement bombés, provoquant progressivement une déformation de l’impression. La ligne d’impression par jet d’encre a produit huit millions de bouchons avant le premier remplacement de la tête d’impression.

Impression sur des surfaces qui reculent sous la pression

Certains matériaux refusent tout simplement de tolérer un contact mécanique. Les bouteilles soufflées à paroi mince, les sachets souples, les panneaux en mousse et les feuilles composites non durcies partagent tous un trait commun : ils se déforment ou s’écrasent lorsque une plaque d’impression exerce une pression sur eux. Une imprimante à contact doit compenser ce phénomène à l’aide de tampons plus souples, de réglages de pression réduits ou de systèmes de support complexes, chacun de ces correctifs entraînant son propre décalage d’alignement et ralentissant la production. L’impression jet d’encre sans contact contourne entièrement ce problème. La tête d’impression analyse la topographie de la surface, ajuste le motif de projection grâce à une boucle de rétroaction fermée et dépose l’encre sans jamais entrer en contact avec la pièce. Une unité d’emballage électronique en Thaïlande utilise l’impression jet d’encre pour coder directement des films bulles antistatiques sans percer une seule bulle. Essayez cela avec un codeur à marquage à chaud et l’emballage sera détruit dès le premier mètre d’une série de production.

L’avantage de l’encre humide que vous n’avez jamais pris le temps de considérer

Il y a une étrange ironie dans l’impression par contact. Au moment où un tampon ou un écran entre en contact avec une couche d’encre humide provenant d’une station précédente, il floute immanquablement l’impression ou ramasse des contaminants qui se transfèrent ensuite sur la pièce suivante. Cela oblige les lignes de production à intégrer des tunnels de séchage, des zones d’air forcé ou des chaînes à picots qui séparent physiquement les impressions humides du procédé suivant. L’impression jet d’encre sans contact permet d’imprimer plusieurs couleurs en un seul passage ou en passages successifs, sans aucun contact intermédiaire avec la surface fraîchement imprimée. Un système de polymérisation UV à LED placé immédiatement derrière la tête d’impression peut fixer chaque couche avant que la couleur suivante ne soit déposée. Le résultat est une séquence « humide sur sec » qui élimine le besoin de séchage interstation. Pour un transformateur d’étiquettes du nord de l’Italie, le passage à une ligne d’impression jet d’encre UV en un seul passage a permis de supprimer trois unités de séchage à air chaud de l’agencement de l’atelier, libérant ainsi 18 m² d’espace de production.

Pourquoi l’écart entre la tête d’impression et la pièce constitue une caractéristique

La distance de maintien entre la tête d'impression et le substrat est souvent considérée comme une contrainte de conception mineure. En pratique, elle constitue l'un des facteurs les plus déterminants pour la production à forte variété. Cet écart permet de compenser les irrégularités de surface, les déformations et les variations dimensionnelles qui obligeraient une imprimante à contact à s'arrêter pour recalibrage. Une ligne de décoration de carreaux en céramique illustre clairement ce point. Les carreaux cuits au four varient en planéité jusqu'à 1,5 millimètre par 300 millimètres de longueur. Une machine sérigraphique travaillant sur ces carreaux nécessite un ajustement de la pression de la raclette à chaque changement de lot, et même ainsi, les bords des carreaux de grand format perdent de la couverture, car le tamis ne peut pas entrer entièrement en contact avec le centre concave. Une ligne d'impression à jet d'encre dotée d'une distance de maintien de deux millimètres imprime le même carreau sans aucun changement de configuration et avec une densité uniforme du bord à bord. Le tableau ci-dessous montre comment cet écart se traduit par des différences opérationnelles sur les principaux indicateurs de production.

Lorsque les produits fragiles rencontrent des lignes à haute vitesse

Les lignes de production à grande vitesse amplifient les conséquences des contacts physiques. Une ligne de flacons en verre fonctionnant à 400 pièces par minute soumet chaque flacon à des micro-collisions avec les guides, les étoiles tournantes et tout mécanisme d’impression situé sur son parcours. L’intégration d’une impression par contact dans cette chaîne ajoute un autre point d’impact où la pression, aussi faible soit-elle, concentre des contraintes sur une paroi fine. L’impression par jet d’encre sans contact élimine cette concentration de contrainte. La tête d’impression est positionnée au-dessus du convoyeur et projette l’encre vers le bas, sans exercer de force latérale sur le produit. Cela revêt une importance particulière dans l’emballage pharmaceutique, car un flacon fissuré entraîne la mise en quarantaine de toute la plaque. Selon des données de la Parenteral Drug Association, les défaillances d’intégrité des récipients imputables à la manutention et aux équipements d’impression représentent environ trois pour cent des rejets de ligne dans les environnements de remplissage aseptique. L’impression par jet d’encre ne résout pas l’ensemble de ces défaillances, mais elle élimine la station d’impression comme facteur contributif.

Au-delà des pièces planes et vers la troisième dimension

Le caractère non contact de l'impression par jet d'encre permet également d'accéder à des géométries que les méthodes de marquage par contact peinent à atteindre. Une empreinte concave, un canal en creux ou l'intérieur d'un capuchon peuvent tous recevoir des marquages par jet d'encre, à condition que la tête d'impression puisse être orientée vers la cavité. La tampographie peut traiter certaines de ces formes à l'aide de tampons spécialement conçus, mais chaque nouvelle géométrie exige un tampon différent, et l'usure du tampon modifie progressivement ses caractéristiques de transfert. Les systèmes industriels d'impression par jet d'encre équipés de robots à plusieurs axes ou de systèmes de déviation du faisceau contrôlés par miroirs galvanométriques permettent d'imprimer dans des creux inaccessibles physiquement à tout tampon. Un fabricant européen d'interrupteurs automobiles imprime, à l'aide d'un système d'impression par jet d'encre monté sur une structure à chariot, des légendes transparentes et à fort contraste à l'intérieur de creux peu profonds situés sur des boutons. Le procédé précédent de tampographie nécessitait le remplacement quotidien des tampons ainsi que des vérifications constantes de la densité d'impression. La ligne d'impression par jet d'encre fonctionne en trois postes avec une maintenance programmée toutes les deux semaines.

L'impression sans contact n'est pas une solution miracle. Elle n'élimine pas le besoin de traitement de surface sur les plastiques à faible énergie, et elle exige un environnement propre autour de la tête d'impression afin d'empêcher l'accumulation de poussière sur la plaque de buses. Ce qu'elle offre, en revanche, est une relation fondamentalement différente entre l'imprimante et le produit, une relation dans laquelle la machine s'adapte à la pièce au lieu d'obliger la pièce à se conformer à la machine. Nova Inkjet construit ses plates-formes d'impression à jet d'encre autour de ce principe, en concevant l'intégration du moteur d'impression et des systèmes de manutention des substrats pour maximiser l'avantage de l'espace intermédiaire sur une large gamme de vitesses de production et de types de matériaux.