Continuous Inkjet im Akzidenzdruckmarkt fest etabliert

Die meisten Produktankündigungen im letzten Jahr im Bereich des Inkjet-Produktionsdrucks waren auf den Akzidenz- und Verpackungsdruck ausgerichtet. Bei jeder Produkteinführung wird die erzielbare „Akzidenzqualität“ betont. Das ist doch überraschend, dass sich mit Continuous-Inkjet-Druckköpfe schon seit Jahren Akzidenzqualität erzielen lässt. Von Elizabeth Gooding und Alexandra Pekar

Inkjet-Produktionsdruck

Continuous Inkjet (CIJ) ist die im Akzidenzdruckbereich am häufigsten installierte Inkjet-Technologie, wobei ein- oder mehrfarbig arbeitende Druckkopf-Konfigurationen auf Offset-, Flexo- und Tiefdruckmaschinen montiert sind. CIJ-Druckköpfe sind erwiesenermaßen fähig, mit Rollen- und Bogenoffsetdruckmaschinen Schritt zu halten und Resultate zu liefern, die vom Offsetdruck praktisch nicht zu unterscheiden sind.

Die Lettershop Group (TLG) in Leeds, Großbritannien, produziert seit 2012 vierfarbig mit CIJ-Druckköpfen, die in Offsetdruckmaschinen eingebaut sind. TLG-Geschäftsführer Simon Cooper dazu: „Um unsere Kunden vom Offset- auf den Digitaldruck umstellen zu können, musste die Qualität stimmen, sie musste der des Offsetdrucks entsprechen.“ Laut Cooper kann TLG auf diese Weise 90 % statische Inhalte im Offset und 10 % personalisierte Inhalte im mehrfarbigen Inkjet drucken. Nach der anschließenden UV-Lackierung können die Kunden keinen Unterschied zwischen den offset- und inkjetgedruckten Teilen erkennen. Die Kunden wollten jedoch mehr als 10 % Flexibilität, weshalb TLG das Marktangebot der CMYK-Inkjetdruckmaschinen unter Berücksichtigung der Eignung für den Druck auf ungestrichenen sowie seidenmatt und glänzend gestrichenen Offsetpapieren sondierte.

Simon Cooper erläutert: „Die Frage war, kann ich mit meinen normalen Druckpapieren, die eine Primer-Vorbehandlung erhalten, in meinem normalen Produktionsablauf etwas produzieren, das ich verkaufen kann? Erhalte ich etwas, das für den Kunden wie Offset aussieht und das keine Erwartungen aufwirft, die zu bewältigen sind?“ Deshalb war Continuous Inkjet im Jahr 2017 erneut die Lösung, und das Unternehmen investierte in eine Kodak PROSPER 6000c Druckmaschine, der eine Primerstation vorgeschaltet wurde. Die Installation wurde mit einer Lackierstation ergänzt. Zu dieser Zeit „war Kodak das einzige Unternehmen, das es mir ermöglichte, von speziell formulierten Inkjetpapieren wegzukommen“, versichert Simon Cooper.

Die Herausforderung betrifft nicht nur die Qualität

Qualität ist nicht die einzige Hürde für Inkjetdruckmaschinen, wenn es darum geht, Offsetdruckmaschinen im Bereich der hochqualitativen Produktion mit hohem Farbauftrag zu ergänzen oder Konkurrenz zu machen. Es gibt verschiedene Erfolgsfaktoren, und alle sind wichtig.

  • Druckqualität
  • Geschwindigkeit und Produktivität
  • Kompatibilität mit Druckmedien
  • Betriebskosten

Es bestehen oft Missverständnisse darüber, wie verschiedene Druckkopftechnologien diesen Herausforderungen begegnen und warum dies von Bedeutung ist.

Druckkopftechnologien, die heute auf Spitzenqualität ausgerichtet sind
Die führenden Druckkopftechnologien Continuous Inkjet (CIJ) sowie piezoelektischer und thermischer Inkjet-Druck erfüllen Anforderungen hinsichtlich Qualität, Effizienz und Zuverlässigkeit auf unterschiedliche Weise. Hier zunächst eine kurze Übersicht über die Funktionsweisen der verschiedenen Technologien.

Beim CIJ-Verfahren befindet sich die Tinte in einem kontinuierlichen Kreislauf durch den Druckkopf. Beim Austritt der Tinte aus der Düse wird die Oberfläche der Tinte aufgeheizt, wodurch der Tintenstrom in Tröpfchen aufgebrochen wird, die entweder drucken oder abgelenkt und wieder dem Kreislauf zugeführt werden.

Piezoelektrische Druckköpfe repräsentieren eine Drop-On-Demand (DOD) Technologie, bei der die Düsen nur dann Tröpfchen erzeugen und ausstoßen, wenn diese für den Druck benötigt werden. Ausgelöst durch einen elektrischen Impuls, verursacht ein Piezokristall eine Ausdehnung und Kontraktion der Düsen-Tintenkammer, wodurch ausreichend Druck entsteht, damit ein Tintentröpfchen ausgetrieben wird.

Bei thermischen Druckköpfen handelt es sich ebenfalls um Drop-On-Demand-Technologie. Thermische Systeme verwenden ein Heizelement in der Düse (anstelle eines Piezokristalls) zum Erzeugen eines Druckimpulses, wodurch ein Tintentröpfchen generiert wird.

Unterschiede bei Druckkopftechnologien

Es gibt wesentliche qualitätsbestimmende Unterschiede zwischen CIJ- und DOD-Systemen hinsichtlich Druckkopfpositionierung, Tröpfchenbildung, Tröpfchengrößen und Tröpfchenplatzierung. CIJ-Köpfe sind weiter vom Bedruckstoff entfernt positioniert, und ihre Tröpfchengeschwindigkeit beträgt mehr als das Doppelte von DOD-Köpfen (über 20 gegenüber 6–10 Meter pro Sekunde). Die höhere Geschwindigkeit bedeutet, dass CIJ-Systeme für die nötige Tröpfchendynamik sorgen, um runde, gleichmäßige Tröpfchen auf den Bedruckstoff aufzutragen und sie genauer zu platzieren. Außerdem bietet der größere Abstand zwischen Druckmedium und Druckköpfen Schutz vor Beschädigung durch Papier-Klebestellen, schwere Bedruckstoffe und Lageänderungen oder Flattern des Bedruckstoffs sowie vor Verschmutzung durch Staub.

Eine exakte Tröpfchenbildung ist ebenfalls qualitätsentscheidend. Die Tröpfchen sollten perfekt rund sein, eine konsistente Größe haben (basierend auf dem ausgestoßenen Tröpfchenvolumen) sowie glatte Kanten ohne zusätzliche Punkte, Satellitentröpfchen oder Störeffekte aufweisen. Bei DOD-Systemen, die näher am Bedruckstoff arbeiten als CIJ (etwa 1 mm bei DOD gegenüber 8 mm bei CIJ), müssen Anpassungen gegen Luftturbulenzen vorgenommen werden. Dies kann zusammen mit der geringeren Tröpfchengeschwindigkeit zu Satellitentröpfchen und unrunden Tröpfchen führen. Wenn Tröpfchen aufgrund niedriger Geschwindigkeiten ihren eigentlichen Kurs verlassen, kann dies zu einer Streifenbildung in der Produktion führen. CIJ-Systeme können vollkommen runde Tröpfchen mit einheitlicher Größe sehr genau bei hoher Geschwindigkeit platzieren.

„Unsere Tröpfchen haben bedingt durch die Art ihrer Erzeugung keine Satelliten, und sie sind sehr kreisförmig sowie gut ausgeformt“, sagt Randy Vandagriff, Senior Vice President, Digital Print bei Eastman Kodak. „Die Tröpfchen anderer Technologien haben typischerweise Ausbuchtungen und Ausläufer oder Satellitentröpfchen, was die Tröpfchenform und die Einheitlichkeit des Tröpfchenvolumens beeinträchtigt.“

Kleine Tröpfchenvolumen werden benötigt, um feine Einzelheiten in Bildern wiederzugeben. Randy Vandagriff erklärt: „Um eine sehr hohe oder fotografische Bildqualität zu erzielen, sind Tröpfchen von vier bis sechs Picoliter oder weniger erforderlich.“ Einige Druckköpfe generieren Tröpfchengrößen von weniger als zwei Picoliter. Eine Kombination aus kleinen und größeren Tröpfchen ist hilfreich, um die Wiedergabe feiner Details mit dem Druck glatter Volltonflächen und einem hohen Farbauftrag auszubalancieren. Die Anzahl erzeugter Tröpfchengrößen und die gesamten Tröpfchen pro Längeneinheit sind im Hinblick auf die Qualität wichtig, aber manchmal verwechseln Kunden die dpi-Auflösung mit Qualität.

Viele Piezo-Systeme sind in der Lage, mehrere Tröpfchenvolumen auszustoßen, um die „Tröpfchen pro Punkt“ zu variieren. Die Platzierung von Tröpfchen mit verschiedenen Volumen erzeugt eine Reihe unterschiedlicher Punktgrößen auf dem Druckmedium. Diese Fähigkeit, welche oft als Graustufenwiedergabe bezeichnet wird, verbessert Randschärfe, Tonwertumfang und die Halbtonsimulation. Die Anzahl von Graustufen, welche ein Druckkopf produzieren kann, ergibt sich aus der Anzahl druckbarer Punktgrößen plus 1, wenn überhaupt kein Tröpfchen ausgestoßen wird. Ein Kopf, der drei Punktgrößen produzieren kann, bietet demnach vier Graustufen.

Druckköpfe können auch effektiv mehrere Tröpfchen pro Punkt erzeugen, indem sie Tröpfchenvolumen mit wellenförmiger zeitlicher Taktung kombinieren, um mehrere Tröpfchen auf dieselbe Position zu feuern. Zum Beispiel könnte ein Piezo-Kopf, der nur zwei verschiedene Tröpfchenvolumen erzeugt, fünf Punktgrößen (sechs Graustufen) produzieren, wenn er jede einzelne Tröpfchengröße genau platzieren kann und dabei die verschiedenen möglichen Kombinationen dieser einzelnen Tröpfchengrößen ausnutzt.

Thermische Köpfe arbeiten binär und produzieren lediglich eine Tröpfchengröße. HP hat dies bei seiner HDNA-Düsenarchitektur durch Zusammenfügen von zwei Düsensätzen kompensiert – eine produziert kleine und die andere größere Tröpfchen. Ähnlich dem Piezo-Beispiel sind hier durch die Kombination von Tröpfchengrößen drei Punktgrößen (vier Graustufen) möglich. Die thermische Technologie bietet nicht die nötige Nachfüllgeschwindigkeit, um aus ein und derselben Düse zwei Tröpfchen auf dieselbe Position abzufeuern. Deshalb kann sie nicht fünf Punktgrößen aus zwei Tröpfchenvolumen aufbauen, wie dies Piezo-Köpfen möglich ist.

CIJ-Druckköpfe können mehr als ein Tröpfchenvolumen erzeugen, aber in der praktischen Anwendung wird nur eines davon für den Druck verwendet (das andere wird rezirkuliert). Ihre erhöhte Inkjet- und Tröpfchengeschwindigkeit befähigen jedoch einige CIJ-Systeme mehrere Tröpfchen genau auf derselben Position zu platzieren, sodass sie mit einem einzigen Tröpfchenvolumen mehrere Punktgrößen generieren können. Kodak Stream und ULTRASTREAM CIJ-Köpfe können effektiv drei Punktgrößen plus einen Null-Punkt, d. h. vier Graustufen, produzieren.

Geschwindigkeit und Produktivität

Die Methode der Erzeugung und Platzierung von Tröpfchen wirkt sich auf die Geschwindigkeit aus. CIJ-Köpfe produzieren Tintentröpfchen fünf- bis zehnmal schneller als andere Technologien. Bei DOD-Technologien wird die geringere Tröpfchenerzeugung durch die Erhöhung der Anzahl von Modulen im Drucksystem ausgeglichen. Dies kann zu Verwirrung hinsichtlich der Auflösung führen, denn das Hinzufügen von DOD-Druckköpfen kann entweder der Geschwindigkeit oder der Auflösung zugutekommen, aber nicht beidem zugleich. Daher gibt es Systeme, die bei ihrer höchsten Geschwindigkeit mit der halben Auflösung oder mit ihrer höchsten Auflösung bei halber Geschwindigkeit drucken. Randy Vandagriff sagt dazu: „Sie verwenden Redundanz und versuchen damit, die Geschwindigkeit zu steigern. Wir können die Geschwindigkeitsanforderungen ohne Redundanz erfüllen, weil unsere Technik über 400.000 Tröpfchen pro Sekunde und Düse generiert.“

Produktionsunterbrechungen für Wartungsmaßnahmen stellen eine weitere Herausforderung dar. Bei DOD-Systemen ist eine häufige Reinigung nötig, um ein Verstopfen der Düsen und Ausfälle des Tintenstrahls zu vermeiden.“ CIJ-Köpfe haben sich in der Praxis als Bestandteile hybrider Systeme bewährt. „Wenn wir über Druckmaschinen reden, auf denen riesige Volumen laufen, wollen Anwender nicht jede Stunde die Maschine anhalten, um die Inkjet-Köpfe zu reinigen“, sagt Randy Vandagriff. „Deshalb entwickelten wir die Inkjet-Technologie gezielt für den kommerziellen Produktionsbereich und ein Produktivitätsniveau, das die Anwender gewohnt sind.“ Kodak CIJ-Köpfe benötigen nur alle acht bis zwölf Stunden eine Wartung, selbst wenn sie sieben Tage die Woche rund um die Uhr im Einsatz sind.

Continuous Inkjet wird seit mehr als einem Jahrzehnt für auflagenstarke Anwendungen in Akzidenzdruckumgebungen genutzt. Neu ist jedoch die Bandbreite der Anwendungen und Bedruckstoffe, die unterstützt werden können.

 

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