Почему бесконтактная печать является важным преимуществом промышленных струйных принтеров?

Физика печати без ракеля

Промышленная струйная печать относится к категории, которую инженеры называют бесконтактной печатью, однако практическое значение этого метода гораздо глубже, чем просто отсутствие ударной пластины. В контактных системах, таких как трафаретная печать или горячее тиснение, физический носитель переносит краску или фольгу непосредственно на деталь. Такой перенос требует давления, точного позиционирования и жёсткого субстрата, способного противостоять нагрузке без деформации. Струйная печать устраняет все эти переменные. Пьезоэлектрическая печатающая головка выбрасывает капли объёмом в пиколитры через контролируемый зазор, обычно составляющий от одного до трёх миллиметров. Единственное, что контактирует с поверхностью, — это капля. Ничто не сжимает субстрат, ничто не размазывает ещё влажную краску и ничто не изнашивается вследствие многократного механического контакта. Производитель медицинских изделий в Миннесоте обнаружил это различие, когда перешёл от трафаретной печати к струйной для маркировки колпачков для флаконов из полипропилена. Силиконовые подушки трафаретной печати деформировались уже после нескольких тысяч циклов работы с немного выпуклыми колпачками, вызывая постепенное искажение изображения. Линия струйной печати произвела восемь миллионов колпачков до первой замены печатающей головки.

Печать на поверхностях, которые деформируются под давлением

Некоторые материалы попросту не выдерживают механического контакта. Тонкостенные изделия из полимеров, полученные методом выдувного формования, гибкие пакеты, пенопластовые плиты и неотвержденные композитные листы имеют одну общую черту: они деформируются или сплющиваются при нажатии печатной формы. Для контактного принтера это требует компенсации — использования более мягких прокладок, снижения давления или сложных опорных приспособлений; каждый из этих способов вносит собственные погрешности в позиционирование и замедляет производство. Бесконтактная струйная печать полностью обходит эту проблему. Печатающая головка сканирует рельеф поверхности, корректирует шаблон выброса чернил с помощью замкнутой обратной связи и наносит чернила, не касаясь изделия. На предприятии по упаковке электроники в Таиланде струйная маркировка выполняется непосредственно на антистатической пузырчатой упаковке без повреждения ни одной ячейки. Попробуйте сделать то же самое термопечатью — и упаковка будет разрушена уже в первом метре производственного цикла.

Преимущество жидких чернил, о котором вы никогда не задумываетесь

В контактной печати присутствует странная ирония. В тот момент, когда подушка или экран касаются влажного слоя краски с предыдущей станции, отпечаток либо размазывается, либо на инструмент попадает загрязнение, которое затем переносится на следующую деталь. Это вынуждает производственные линии устанавливать сушильные туннели, зоны принудительной подачи воздуха или цепи с штифтами, физически разделяющие влажные оттиски от следующего технологического этапа. Бесконтактная струйная печать наносит несколько цветов за один проход или последовательные проходы без какого-либо промежуточного контакта с только что напечатанной поверхностью. Светодиодное УФ-отверждение, расположенное непосредственно за печатающей головкой, позволяет зафиксировать каждый слой до того, как будет нанесён следующий цвет. В результате достигается последовательность «влажный слой на сухой», исключающая необходимость промежуточной сушки между станциями. Для производителя этикеток в Северной Италии переход на однопроходную УФ-струйную линию позволил исключить три сушильных устройства с нагревом воздуха из компоновки цеха и освободить 18 квадратных метров производственной площади.

Почему расстояние между печатающей головкой и деталью — это функциональная особенность

Расстояние между печатающей головкой и субстратом зачастую считается второстепенным конструктивным ограничением. На практике оно является одним из наиболее эффективных факторов, обеспечивающих гибкое производство изделий различного типа. Этот зазор компенсирует неровности поверхности, коробление и геометрические отклонения, которые вынудили бы контактный принтер остановиться для повторной калибровки. Яркий пример — линия декорирования керамической плитки. Плитка, обожжённая в печи, может иметь отклонение от плоскостности до 1,5 мм на каждые 300 мм длины. Для трафаретной печати на такой плитке требуется регулировка давления ракеля при каждой смене партии, а даже при этом края крупноформатной плитки теряют покрытие, поскольку сетка не может полностью соприкоснуться с вогнутым центром. Линия струйной печати с зазором 2 мм печатает ту же плитку без каких-либо изменений в настройках и обеспечивает равномерную плотность покрытия по всей площади. В приведённой ниже таблице показано, как этот зазор влияет на ключевые эксплуатационные параметры типичного производства.

Когда хрупкие продукты встречаются с высокоскоростными линиями

Высокоскоростные производственные линии усиливают последствия физического контакта. Линия по производству стеклянных флаконов, работающая со скоростью 400 единиц в минуту, подвергает каждый флакон микросоударениям с направляющими, звёздочками и любым печатным механизмом на своём пути. Добавление контактной печати в эту цепочку вводит ещё одну точку удара, где давление — даже самое незначительное — концентрирует напряжение на тонкой стенке. Бесконтактная струйная печать устраняет такую концентрацию напряжения. Печатающая головка располагается над конвейером и направляет капли чернил вниз, не оказывая бокового воздействия на продукт. Это особенно важно в фармацевтической упаковке, поскольку трещина на флаконе приводит к карантину всего лотка. Согласно данным Ассоциации производителей парентеральных препаратов (Parenteral Drug Association), нарушения целостности контейнеров, вызванные оборудованием для обработки и печати, составляют примерно три процента от общего числа отбраковок на линиях асептического розлива. Струйная печать не устраняет все такие отказы, однако исключает станцию печати как один из факторов, способствующих возникновению дефектов.

За пределы плоских деталей — в третье измерение

Бесконтактный характер струйной печати также открывает доступ к геометрическим формам, которые контактные методы затруднительно или невозможно обработать. Вогнутая форма формы, углубленный канал или внутренняя поверхность крышки могут быть маркированы методом струйной печати при условии, что печатающая головка способна направить струю чернил в полость. Тампонная печать может обрабатывать некоторые из этих форм с помощью специальных тампонов соответствующей конфигурации, однако для каждой новой геометрии требуется отдельный тампон, а износ тампона со временем изменяет характеристики переноса изображения. Промышленные струйные системы, оснащённые роботами с несколькими степенями свободы или системами управления лучом на основе гальванометрических зеркал, способны наносить изображения в углубления, недоступные для любого тампона физически. Европейский производитель автомобильных переключателей наносит чёткие, высококонтрастные надписи внутри неглубоких углублений кнопок с помощью струйного принтера, установленного на портале. Ранее использовавшийся процесс тампонной печати требовал ежедневной замены тампонов и постоянного контроля плотности изображения. Струйная линия работает в три смены, а техническое обслуживание запланировано один раз в две недели.

Бесконтактная печать — это не панацея. Она не устраняет необходимость предварительной обработки поверхности низкоэнергетических пластиков, а также требует чистой окружающей среды вокруг печатающей головки для предотвращения скопления пыли на пластине сопел. Однако она обеспечивает принципиально иное взаимодействие между принтером и изделием — такое, при котором станок адаптируется к детали, а не наоборот: деталь вынуждена соответствовать станку. Компания Nova Inkjet строит свои струйные платформы на основе этого принципа, разрабатывая интеграцию печатающего модуля и системы подачи заготовок таким образом, чтобы максимально использовать преимущество зазора при различных скоростях производства и типах материалов.