Dlaczego drukowanie bezkontaktowe jest główną zaletą przemysłowego druku atramentowego?

Fizyka drukowania bez użycia rakla

Przemysłowe drukowanie atramentowe należy do kategorii, którą inżynierowie nazywają drukowaniem bezdotykowym, ale praktyczne znaczenie tej technologii wykracza daleko poza brak płytki uderzeniowej. W systemie kontaktowym, takim jak drukowanie tamponowe lub tłoczenie gorące, nośnik fizyczny przenosi farbę lub folię bezpośrednio na element. Ten proces przenoszenia wymaga nacisku, precyzyjnego pozycjonowania oraz podłoża wystarczająco sztywnego, aby wytrzymać nacisk bez odkształcenia się. Drukowanie atramentowe eliminuje wszystkie te zmienne. Głowica drukująca z elementem piezoelektrycznym wyrzuca krople o objętości mierzonej w pikolitrach przez kontrolowaną przestrzeń, zwykle wynoszącą od jednego do trzech milimetrów. Jedynym elementem stykającym się z powierzchnią jest kropla farby. Nic nie uciska podłoża, nic nie rozsmarowuje jeszcze mokrej farby i nic nie ulega zużyciu w wyniku wielokrotnego kontaktu mechanicznego. Producent urządzeń medycznych w Minnesocie odkrył tę różnicę, gdy przeszedł z drukowania tamponowego na drukowanie atramentowe w celu oznaczania pokrywek do butelek wykonanych z polipropylenu. Silikonowe tampony do drukowania tamponowego ulegały odkształceniom po kilku tysiącach cykli pracy na lekko kopulastych pokrywkach, co powodowało stopniowe zniekształcenie nadruku. Linia drukowania atramentowego wykonała osiem milionów pokrywek przed pierwszą wymianą głowicy drukującej.

Drukowanie na powierzchniach, które się cofają pod wpływem nacisku

Niektóre materiały po prostu odmawiają tolerowania kontaktu mechanicznego. Butelki wytłaczane metodą dmuchania o cienkich ściankach, elastyczne torebki, płyty piankowe oraz nieutwardzone arkusze kompozytowe mają jedną wspólną cechę – uginają się lub ulegają zgnieceniu, gdy forma drukująca wciska się w ich powierzchnię. Drukarka kontaktowa musi kompensować to za pomocą miększych podkładów, niższych ustawień nacisku lub skomplikowanych urządzeń wspierających, co każde z tych rozwiązań wprowadza własne przesunięcia wyrównania i spowalnia produkcję. Druk atramentowy bezkontaktowy całkowicie omija ten problem. Głowica drukująca analizuje topografię powierzchni, dostosowuje wzór strumienia atramentu za pomocą sprzężenia zwrotnego w pętli zamkniętej i nanosi atrament bez jakiegokolwiek fizycznego kontaktu z elementem. W jednej z operacji opakowaniowych sprzętu elektronicznego w Tajlandii kodowanie atramentowe jest stosowane bezpośrednio na antystatycznej folii piankowej bez uszkodzenia ani jednej komórki. Spróbujcie wykonać to samo za pomocą kodera gorącym stemplem – folia zostanie zniszczona już w ciągu pierwszego metra produkcji.

Przewaga mokrego atramentu, o której nigdy się nie myśli

Istnieje dziwna ironia w drukowaniu przez kontakt. W momencie, gdy podkładka lub sitodruk dotyka jeszcze mokrej warstwy farby z poprzedniej stacji, albo rozmywa nadruk, albo pobiera zanieczyszczenia, które przenoszone są następnie na kolejny element. To zmusza linie produkcyjne do instalowania tuneli suszących, stref wymuszonego przepływu powietrza lub łańcuchów szpikulców, które fizycznie oddzielają mokre nadruki od kolejnego etapu procesu. Druk atramentowy bezkontaktowy (inkjet) umożliwia nanoszenie wielu kolorów w jednym przejściu lub kolejnych przejściach bez jakiegokolwiek pośredniego kontaktu z dopiero co wydrukowaną powierzchnią. Natychmiastowe utwardzanie farb UV za pomocą diod LED umieszczonych tuż za głowicą drukującą pozwala na utrwalenie każdej warstwy przed rozpoczęciem drukowania kolejnego koloru. Efektem jest sekwencja „mokre na suche”, która eliminuje konieczność suszenia między stacjami. Dla producenta naklejek z północnej Italii przejście na jednoprzejściową linię drukarską UV inkjet oznaczało usunięcie z układu produkcyjnego trzech jednostek suszenia gorącym powietrzem i odzyskanie 18 metrów kwadratowych powierzchni produkcyjnej.

Dlaczego odstęp między głowicą a elementem jest cechą funkcjonalną

Odległość robocza między głowicą drukującą a podłożem jest często pomijana jako niewielkie ograniczenie projektowe. W praktyce stanowi jednak jedno z najważniejszych ułatwień produkcji o dużej różnorodności. Ta odległość pozwala uwzględnić chropowatość powierzchni, odkształcenia oraz wahania wymiarów, które w przypadku drukarki kontaktowej wymagałyby jej wyłączenia w celu ponownej kalibracji. Typowym przykładem może być linia do dekorowania płytek ceramicznych. Płytki wypalane w piecu różnią się płaskością nawet o 1,5 mm na każde 300 mm długości. Maszyna do sitodruku pracująca na takich płytach wymaga dostosowania nacisku rakla przy każdej zmianie partii, a nawet wtedy krawędzie dużych płytek tracą pokrycie, ponieważ siatka nie jest w stanie całkowicie dotknąć wklęsłego środka. Linia druku atramentowego z odległością roboczą wynoszącą 2 mm drukuje tę samą płytkę bez konieczności jakichkolwiek zmian w ustawieniach i zapewnia spójną gęstość druku od krawędzi do krawędzi. Poniższa tabela przedstawia, jak ta odległość przekłada się na różnice operacyjne w typowych wskaźnikach produkcyjnych.

Gdy kruchy towar napotyka linie o wysokiej prędkości

Linie produkcyjne o wysokiej wydajności zwiększają skutki fizycznego kontaktu. Linia do wypełniania fiolków szklanych pracująca z prędkością 400 sztuk na minutę poddaje każdą butelkę mikrouderzeniom z prowadnicami, kołami gwiazdkowymi oraz dowolnym mechanizmem drukującym znajdującym się na jej drodze. Dodanie drukowania z kontaktem do tego procesu wprowadza kolejny punkt uderzenia, w którym nacisk – choćby najmniejszy – skupia naprężenie na cienkiej ścianie fiolki. Druk atramentowy bezkontaktowy (inkjet) eliminuje takie skupienie naprężeń. Głowa drukująca znajduje się nad taśmą transportową i strzela w dół, nie wywierając żadnej siły bocznej na produkt. Jest to szczególnie istotne w opakowaniach farmaceutycznych, ponieważ pęknięcie fiolki powoduje zakwaterowanie całej tacki. Dane Parenteral Drug Association wskazują, że awarie integralności pojemników spowodowane obsługą i urządzeniami do drukowania stanowią około trzech procent odrzuceń na liniach w środowiskach aseptycznego napełniania. Druk inkjet nie rozwiązuje wszystkich tych awarii, ale eliminuje stację drukowania jako czynnik przyczynowy.

Poza płaskimi elementami – w kierunku trzeciego wymiaru

Bezkontaktowy charakter drukowania atramentowego umożliwia również odtwarzanie kształtów, do których metody kontaktowe mają trudny dostęp. Wklęsła forma, zagłębiony kanał lub wnętrze pokrywki mogą być oznaczone za pomocą drukarki atramentowej, o ile głowica drukująca może skierować strumień atramentu do wnętrza zagłębienia. Drukowanie tamponowe potrafi obsłużyć niektóre z tych kształtów przy użyciu niestandardowych tamponów o odpowiednim kształcie, ale każdy nowy kształt wymaga osobnego tamponu, a zużycie tamponu zmienia właściwości przenoszenia nadruku w czasie. Przemysłowe systemy drukowania atramentowego wyposażone w wieloosiowe roboty lub sterowane galwanometrem układy kierowania wiązką pozwalają na nanoszenie nadruków w zagłębieniach, do których żaden tampon fizycznie nie może dotrzeć. Europejski producent przełączników motocyklowych nanosi przez druk atramentowy wyraźne, wysokiej kontrastowości legendy na wnętrzu płytkich wgłębień przycisków przy użyciu drukarki atramentowej zamontowanej na portalu. Poprzednia metoda drukowania tamponowego wymagała wymiany tamponów co dzień oraz ciągłej kontroli gęstości nadruku. Linia drukowania atramentowego pracuje w trzech zmianach, a konserwacja jest zaplanowana raz na dwa tygodnie.

Drukowanie bezkontaktowe nie jest rozwiązaniem uniwersalnym. Nie eliminuje potrzeby obróbki powierzchniowej tworzyw sztucznych o niskiej energii powierzchniowej, a także wymaga czystego otoczenia głowicy drukującej w celu zapobiegania gromadzeniu się pyłu na płycie dysz. To, co oferuje, to jednak zasadniczo inny rodzaj relacji między drukarką a wyrobem – taki, w którym maszyna dostosowuje się do części, a nie odwrotnie, czyli część musi dostosować się do maszyny. Nova Inkjet buduje swoje platformy drukowania atramentowego wokół tej zasady, projektując integrację silnika drukującego oraz systemy obsługi podłoża tak, aby maksymalnie wykorzystać zaletę dużego odstępu przy różnych prędkościach produkcji i typach materiałów.