Чому безконтактне друкування є ключовою перевагою промислових струминних принтерів?

Фізика друкування без ракеля

Промислові струминні принтери належать до категорії, яку інженери називають безударним друкуванням, але практичне значення цього терміна набагато глибше, ніж просто відсутність ударної пластини. У контактних системах, таких як тампування або гаряче тиснення, фізичний носій безпосередньо переносить фарбу або фольгу на деталь. Такий перенос вимагає тиску, точної вирівнювання та жорсткої основи, що здатна чинити опір без деформації. Струминна технологія усуває всі ці змінні. П’єзоелектрична друкова головка викидає краплі об’ємом у піколітри через контрольований проміжок, зазвичай від одного до трьох міліметрів. Єдина річ, що торкається поверхні, — це крапля. Ніщо не стискає основу, ніщо не розмазує вологу фарбу й ніщо не зношується внаслідок повторного механічного контакту. Виробник медичних пристроїв у Міннесоті виявив цю відмінність, коли перейшов від тампування до струминного друку для маркування кришок поліпропіленових флаконів. Силіконові тампи для тампування деформувалися після кількох тисяч циклів на трохи опуклих кришках, що призводило до поступової деформації зображення. Лінія струминного друку виготовила вісім мільйонів кришок до першої заміни друкової головки.

Друк на поверхнях, які стискаються під тиском

Деякі матеріали просто відмовляються терпіти механічний контакт. Тонкостінні пляшки, отримані методом видування, гнучкі пакети, пінопластова плита та невулканізовані композитні листи мають одну спільну рису: вони деформуються або сплющуються, коли друкарська форма тисне на них. Контактний друк у цьому випадку вимагає компенсації за допомогою м’якших прокладок, зниження тиску або складних опорних пристроїв — кожен із цих способів призводить до втрати точності вирівнювання й уповільнення виробництва. Безконтактний струминний друк повністю усуває цю проблему. Голівка друку сканує рельєф поверхні, коригує шаблон викиду крапель фарби за допомогою зворотного зв’язку в замкнутому контурі й наносить фарбу, не торкаючись деталі. На підприємстві з упакування електроніки в Таїланді струминне кодування виконується безпосередньо на антистатичному бульбашковому пакуванні без пошкодження жодної бульбашки. Спробуйте зробити те саме за допомогою гарячого штампування — і пакування буде зруйноване вже протягом першого метра виробничого циклу.

Перевага вологого чорнила, про яку ви навіть не замислюєтеся

У контактному друці існує дивна іронія. У той момент, коли подушка або екран торкаються вологого шару фарби з попередньої станції, це або розмазує відбиток, або забруднює поверхню, що потім передає забруднення на наступну деталь. Це змушує виробничі лінії встановлювати тунелі сушіння, зони примусового обдуву повітрям або ланцюги з шпильками, які фізично розділяють вологі відбитки від наступного технологічного процесу. Безконтактний струминний друк дозволяє наносити кілька кольорів за один прохід або послідовні проходи без будь-якого проміжного контакту з недавно надрукованою поверхнею. UV-світлодіодне затвердження, розташоване безпосередньо позаду друкарської головки, може зафіксувати кожен шар до того, як буде нанесено наступний колір. У результаті утворюється послідовність «вологий на сухому», що усуває необхідність у міжстанційному сушінні. Для виробника етикеток у Північній Італії перехід на однопрохідну UV-струминну лінію означав вилучення трьох блоків сушіння гарячим повітрям із планування виробничого приміщення, що дало змогу звільнити 18 квадратних метрів виробничого простору.

Чому відстань між друкарською головкою та деталлю — це перевага

Відстань між друкуючою головкою та підкладкою часто вважається незначним конструктивним обмеженням. На практиці це один із найпотужніших факторів, що забезпечує високу різноманітність виробництва. Цей зазор компенсує нерівності поверхні, короблення та розбіжності в розмірах, які змусили б контактний друкарський пристрій зупинитися для калібрування. Яскравим прикладом є лінія декорування керамічної плитки. Плитка, випалена в печах, може мати відхилення від площини до 1,5 мм на кожні 300 мм довжини. Для машини трафаретного друку, що працює з такою плиткою, необхідна корекція тиску ракеля при зміні партії, а навіть у цьому випадку краї великоформатної плитки втрачають повне покриття, оскільки сітка не може повністю контактувати з ввігнутою центральною частиною. Лінія струменевого друку з відстанню в 2 мм від підкладки друкує ту саму плитку без будь-якої зміни налаштувань і забезпечує однакову густину друку від краю до краю. У наведеній нижче таблиці показано, як цей зазор впливає на різні експлуатаційні параметри типового виробництва.

Коли крихкі продукти зустрічаються з високошвидкісними лініями

Лінії високошвидкісного виробництва посилюють наслідки фізичного контакту. Лінія скляних ампул, що працює зі швидкістю 400 одиниць на хвилину, піддає кожну ампулу мікрозіткненням із направляючими елементами, зірчастими колесами та будь-яким друкарським механізмом на її шляху. Додавання контактного друку до цього ланцюга створює ще одну точку удару, де навіть незначний тиск концентрує напругу на тонкій стінці. Безконтактний струминний друк усуває таку концентрацію напруги. Друкуюча головка розташована над конвеєром й друкує вниз, не створюючи бічної сили на продукт. Це особливо важливо в фармацевтичній упаковці, оскільки тріщина на ампулі означає карантин усього лотка. Дані Асоціації батьківських лікарських засобів (Parenteral Drug Association) свідчать, що порушення цілісності контейнерів, пов’язані з обробкою та друкарським обладнанням, становлять приблизно три відсотки від загальної кількості відмов лінії в умовах асептичного заповнення. Струминний друк не вирішує всіх таких відмов, але виключає друкарську станцію як один із чинників, що спричиняють їх.

Поза плоскими деталями — у третій вимір

Неконтактна природа струминного друку також розкриває геометрії, до яких контактні методи важко отримати доступ. Ввігнута форма форми, заглиблений канал або внутрішня поверхня кришки можуть отримувати маркування струминним способом, за умови, що друкуюча головка здатна спрямувати струмину в порожнину. Тампонне друкування може обробляти деякі з цих форм за допомогою спеціально виготовлених тампонів, проте для кожної нової геометрії потрібен окремий тампон, а знос тампона з часом змінює характеристики передачі зображення. Промислові струминні друкарські системи, оснащені багатоосьовими роботами або гальванометрично керованим наведенням променя, здатні друкувати всередині заглиблень, у які фізично не може проникнути жоден тампон. Європейський виробник автомобільних перемикачів наносить чіткі, висококонтрастні позначення всередині неглибоких заглиблень кнопок за допомогою струминного друку, встановленого на порталі. Попередній процес тампонного друку вимагав щоденного замінювання тампонів та постійного контролю щільності зображення. Лінія струминного друку працює у три зміни, а технічне обслуговування планується раз на дві тижні.

Безконтактне друкування не є універсальним рішенням. Воно не усуває потребу в обробці поверхні низькоенергетичних пластиків, а також вимагає чистого середовища навколо друкуючої головки, щоб запобігти накопиченню пилу на пластині сопел. Однак воно забезпечує принципово інший тип взаємодії між друкаркою та продуктом — такий, при якому машина адаптується до деталі, а не навпаки: деталь змушується відповідати вимогам машини. Nova Inkjet створює свої струминні платформи навколо цього принципу, проектуючи інтеграцію друкуючого двигуна та систем обробки заготовок таким чином, щоб максимально використати перевагу зазору при різних швидкостях виробництва й різних типах матеріалів.