Perché la stampa senza contatto rappresenta un importante vantaggio dell’inkjet industriale?

La fisica della stampa senza raschietto

La stampa inkjet industriale appartiene a una categoria che gli ingegneri definiscono stampa non a impatto, ma il significato pratico va molto oltre la semplice assenza di una piastra d’impatto. In un sistema a contatto, come la stampa a tampone o la stampa a caldo, un supporto fisico trasferisce direttamente inchiostro o foglia metallica sul pezzo. Questo trasferimento richiede pressione, allineamento preciso e un substrato sufficientemente rigido da opporre resistenza senza deformarsi. L’inkjet elimina tutti questi fattori variabili. Una testina di stampa piezoelettrica espelle gocce misurate in picolitri attraverso un intervallo controllato, tipicamente compreso tra uno e tre millimetri. La goccia è l’unico elemento che entra in contatto con la superficie. Nulla comprime il substrato, nulla sfoca l’inchiostro ancora umido e nulla si consuma a causa del contatto meccanico ripetuto. Un produttore di dispositivi medici nel Minnesota ha scoperto questa differenza passando dalla stampa a tampone alla stampa inkjet per la marcatura dei tappi per fiale in polipropilene. I tamponi in silicone utilizzati nella stampa a tampone si deformavano dopo alcune migliaia di cicli sui tappi leggermente bombati, causando progressivamente una distorsione della stampa. La linea inkjet ha prodotto otto milioni di tappi prima della prima sostituzione della testina di stampa.

Stampa su superfici che si ritraggono sotto pressione

Alcuni materiali semplicemente rifiutano di tollerare il contatto meccanico. Bottiglie soffiate a parete sottile, sacchetti flessibili, pannelli in schiuma e fogli compositi non induriti condividono tutti una caratteristica comune: si deformano o si schiacciano quando una piastra da stampa preme su di essi. Una stampante a contatto deve compensare utilizzando tamponi più morbidi, riducendo la pressione o impiegando complessi sistemi di supporto, ciascuno dei quali introduce propri errori di allineamento e rallentamenti nella produzione. La stampa inkjet senza contatto evita del tutto il problema. La testina di stampa rileva la topografia della superficie, regola il modello di erogazione dell’inchiostro tramite un sistema di feedback in loop chiuso e deposita l’inchiostro senza mai toccare il pezzo. Un’operazione di imballaggio per componenti elettronici in Thailandia esegue la codifica inkjet direttamente sulla pellicola antistatica a bolle senza scoppiare neppure una singola bolla. Provate a fare lo stesso con una codificatrice a caldo e la pellicola verrà distrutta già nei primi metri di una corsa produttiva.

Il vantaggio dell’inchiostro umido che non considerate mai

Esiste un curioso paradosso nella stampa a contatto. Nel momento in cui un tampone o una maschera entra in contatto con uno strato di inchiostro umido proveniente da una stazione precedente, o macchia la stampa oppure raccoglie contaminazioni che vengono trasferite successivamente sul pezzo successivo. Ciò costringe le linee di produzione a inserire tunnel di essiccazione, zone a getto d’aria forzata o catene a perni che separano fisicamente le stampe umide dal processo successivo. La stampa inkjet senza contatto consente di stampare più colori in un’unica passata o in passate sequenziali, senza alcun contatto intermedio con la superficie appena stampata. L’essiccazione UV LED posizionata immediatamente dietro la testina di stampa può fissare ogni strato prima che venga depositato il colore successivo. Il risultato è una sequenza ‘umido su asciutto’ che elimina la necessità di essiccazione tra le stazioni. Per un convertitore di etichette nel Nord Italia, il passaggio a una linea inkjet UV a singola passata ha comportato la rimozione di tre unità di essiccazione ad aria calda dal layout dello stabilimento, recuperando 18 metri quadrati di spazio produttivo.

Perché il distanziamento tra testina e pezzo è una caratteristica

La distanza di separazione tra la testina di stampa e il substrato è spesso considerata una limitazione secondaria nella progettazione. Nella pratica, invece, rappresenta uno dei fattori più determinanti per consentire una produzione ad alta variabilità. Questo spazio consente di compensare le irregolarità della superficie, le deformazioni e le variazioni dimensionali che costringerebbero una stampante a contatto a interrompere l’attività per essere ricalibrata. Una linea di decorazione per piastrelle in ceramica offre un esempio chiaro. Le piastrelle cotte in forno presentano una variazione di planarità fino a 1,5 millimetri ogni 300 millimetri di lunghezza. Una macchina da serigrafia che opera su tali piastrelle richiede un aggiustamento della pressione della racletta ogni volta che cambia il lotto; eppure, anche in questo caso, i bordi delle piastrelle di grande formato perdono copertura perché la maglia non riesce a entrare completamente in contatto con il centro concavo. Una linea inkjet con una distanza di separazione di due millimetri stampa la stessa piastrella senza alcuna modifica dell’impostazione e con una densità uniforme da bordo a bordo. La tabella seguente illustra come tale distanza si traduca in differenze operative misurabili rispetto ai principali parametri produttivi.

Quando prodotti fragili incontrano linee ad alta velocità

Le linee di produzione ad alta velocità amplificano le conseguenze del contatto fisico. Una linea per fiale in vetro che opera a 400 pezzi al minuto sottopone ogni flacone a microurti con guide, ruote stellari e qualsiasi meccanismo di stampa presente sul suo percorso. L’introduzione della stampa a contatto in questa catena aggiunge un ulteriore punto d’impatto in cui la pressione, per quanto lieve, concentra sollecitazioni su una parete sottile. La stampa a getto d’inchiostro senza contatto elimina tale concentrazione di sollecitazione. La testina di stampa è posizionata sopra il nastro trasportatore e spara verso il basso, generando nessuna forza laterale sul prodotto. Ciò risulta particolarmente rilevante nell’imballaggio farmaceutico, dove una fiala crepata comporta la messa in quarantena dell’intero vassoio. I dati forniti dalla Parenteral Drug Association indicano che i guasti all’integrità del contenitore attribuibili alla manipolazione e alle attrezzature di stampa rappresentano circa il tre percento dei rigetti di linea negli ambienti di riempimento asettico. La tecnologia a getto d’inchiostro non risolve tutti questi guasti, ma elimina la stazione di stampa come fattore contribuente.

Oltre le parti piane e nella terza dimensione

La natura non a contatto della tecnologia inkjet consente inoltre di realizzare geometrie che i metodi a contatto faticano a raggiungere. Uno stampo concavo, un canale incassato o l’interno di un coperchio possono tutti ricevere marcature inkjet purché la testina di stampa possa essere orientata verso la cavità. La tampografia può gestire alcune di queste forme utilizzando tamponi sagomati su misura, ma ogni nuova geometria richiede un tampone specifico e l’usura del tampone modifica nel tempo le caratteristiche di trasferimento dell’inchiostro. I sistemi industriali inkjet dotati di robot a più assi o di sistemi di puntamento del fascio controllati da galvanometro possono stampare all’interno di recessi inaccessibili fisicamente a qualsiasi tampone. Un produttore europeo di interruttori per il settore automobilistico stampa legende chiare e ad alto contrasto all’interno di recessi poco profondi dei pulsanti mediante un sistema inkjet montato su una struttura a ponte mobile (gantry). Il precedente processo di tampografia richiedeva la sostituzione quotidiana del tampone e verifiche costanti della densità dell’inchiostro. La linea inkjet opera su tre turni con manutenzione programmata ogni due settimane.

La stampa senza contatto non è una soluzione universale. Non elimina la necessità di trattamenti superficiali sulle plastiche a bassa energia e richiede un ambiente pulito intorno alla testina di stampa per prevenire l’accumulo di polvere sulla piastra degli ugelli. Ciò che offre, tuttavia, è una relazione fondamentalmente diversa tra la stampante e il prodotto, in cui la macchina si adatta al pezzo anziché costringere il pezzo ad adattarsi alla macchina. Nova Inkjet costruisce le proprie piattaforme inkjet su questo principio, progettando l’integrazione del motore di stampa e i sistemi di gestione del substrato per massimizzare il vantaggio del gap su una gamma di velocità di produzione e tipologie di materiale.