Digitale Drucktechnologie. 8.1 Inkjet

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1 Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet

2 Gliederung der Vorlesung - Aktualisierung 1. Einführung 2. Terminologie der digitalen Druckverfahren 3. Übersicht über Digitale Druckverfahren 4. Wertschöpfungskette und Workflow (Frau Hafner) 5. Grundlagen der Bildübertragung (Prof. Dörsam) 6. Rasteralgorithmen (Prof. Dörsam) 7. Elektrofotografie 8. Inkjet 9. Thermografie 10.E-Books und E-Book-Reader 11.Digitaldruckverfahren im Funktionalen Drucken Achtung! Vorlesung am fällt aus Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 2

3 Gliederung 1. Einführung Entwicklung Vergleich mit anderen Verfahren 2. Inkjet Verfahren Continuous Inkjet Binary Deflecting Multi Deflecting Hertz Aerosol Print Drop on Demand Thermo-Inkjet Piezo-Inkjet Elektrostatischer Inkjet Akustischer Inkjet Weitere Technologien Sonderformen Indirekter Inkjet - Nanografie Düsenloser Inkjet - LaserSonic Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 3

4 Einführung: Inkjet Verfahren Inkjet ist ein digitales Druckverfahren auf Basis der NIP 1) - Technologie Tintenstrahldrucker sind Matrixdrucker, das Druckbild wird durch das Setzen einzelner kleinen Bildpunkte erzeugt Bebilderungssystem, Bildträger und Farbwerk sind in einem System zusammengefasst Es wird kein Bildträger benötigt, die Bebilderung erfolgt direkt auf den Bedruckstoff Es lassen sich viele Fluide auf beliebigen Oberflächen drucken Das wichtigste digitale Druckverfahren (neben Elektrofotografie) mit großem Entwicklungspotenzial hinsichtlich Anwendungen, Geschwindigkeit etc. 1) Non-Impact-Printing Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 4 Bilder: Hydanis AG

5 Einführung: Entwicklung des Inkjets 1749: Bericht über die Effekte der statischen Energie auf einen Tropfenstrom, Abbé Jean Antoine Nollet 1948: Die erste Tintenstrahlvorrichtung; Siemens Elema; 1955: Der erste Textdrucker auf Tintenstrahlbasis, Ascoli 1964: Elektrostatisch deflektierendes Inkjet, Richard G. Sweet 1965: Die erste Tintenstrahl-Schreibmaschine, Paillard 1967: Der erste Tintenstrahldrucker, IBM 1972: Mit Impulstechnik arbeitendes Tintenstrahlverfahren, Zoltan 1973: Das erste Tintenstrahl-Identifikations- system, IPD 1977: Der erste Printer mit einer Mehrkopf- Technologie, IPD 1987: Der erste Farbdrucker, HP Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 5 Bild:

6 Einführung: Vergleich mit anderen Verfahren Vorteile: günstiger als konventionelle Druckverfahren (meist bei kleinen bis mittleren Auflagen) Personalisierung der Druckerzeugnisse möglich Direkte Ausgabe der Dateien mit geringen Maschinenrüstzeiten Anpassung der Fluide auf Bedruckstoff und Anwendung teilweise möglich Druck auf nichtsaugfähige Materialien (Folien, Filme, Metalle, harte Gegenstände) möglich Möglichkeit zur Erstellung von 3D-Drucken Berührungsloses, rückwirkungsfreies Druckverfahren; begrenzt auch auf nicht-planaren Oberflächen Nachteil: Reinigung der Druckköpfe ist aufwendig Fluide und Druckköpfe müssen aufeinander abgestimmt werden Tinten z. T. nicht dokumentenecht, bleichen aus Druckgeschwindigkeit vs. Qualität Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 6 Bilder: Hydanis AG

7 Einführung: Vergleich mit anderen Verfahren Verfahren Schichtdicke Auflösung Druckform Druckgeschwindigkeit Viskosität der Farben Am häufigsten eingesetzte Bedruckstoffe Elektrofotografie Nein 2 bis 30 µm 1) Bis 250 Linien/cm 0,16 m/s 15 mpa s (Flüssigtoner) Papier Inkjet Nein 0,5 bis 15 µm Bis 500 Linien/cm 1,75 m/s 2) 0,5 bis 50 mpa s Papier, Folie, Karton Textilien, Leder, Glas, Holz, Metall Tiefdruck Ja 0,5 bis 2 μm 40 bis 140 Linien/cm 5 bis 15 m/s 50 bis 100 mpa s Papier, Karton, Folie Flexodruck Ja 0,5 bis 2 μm 200 bis 600 Linien/cm Bis 15 m/s 50 bis 100 mpa s Kunststoff- und Aluminiumfolie, Papier Siebdruck Ja 20 bis 100 μm 90 bis 200 Linien/cm Bis 15 m/s 1 bis 40 Pa s Papier, Karton, Folie, Textilien, Leder, Filz, Glas, Holz, Metall Bogenoffsetdruck Ja 1 µm Bis 1000 Linien/cm Bis 15 m/s 40 bis 100 Pa s Papier, Karton, spezielle Folie 1) Durch den Durchmesser der Tonerpartikel begrenzt 2) Océ «JetStream» Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 7

8 Einführung: Funktionsprinzip Beim Inkjet Verfahren sind Bebilderungssystem, Bildträger und Farbwerk in einem System zusammengefasst Es werden Tropfen erzeugt, die mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus dem Druckkopf austreten Die Tropfen landen nach Bebilderungssignal auf dem Bedruckstoff und erzeugen Druckmuster Die Tropfen können mit verschiedenen Technologien erzeugt werden Somit unterscheiden sich die einzelnen Inkjet- Druckköpfe in ihrem Aufbau von einander Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 8 Bild: Handbuch der Printmedien, Kipphan, 2000

9 Wertschöpfungskette Printmedien z.b. Text Grafik Bild z.b. Bildbearbeitung Layout Ausschießen z.b. Proof RIP Belichter CD/DVD Internet z.b. Offset Siebdruck Digitaldruck z.b. Kleben Schneiden Falzen Eingabe Pre-Press (Vorstufe) Verarbeitung Ausgabe Press Drucken Weiterverarbeitung Post- Press Distribution Digitale Drucktechnologie 1. Einführung 9

10 Einführung: Funktionsprinzip Beim Inkjet Verfahren sind Bebilderungssystem, Bildträger und Farbwerk in einem System zusammengefasst Es werden Tropfen erzeugt, die mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus dem Druckkopf austreten Die Tropfen können mit verschiedenen Technologien erzeugt werden Die Tropfen landen nach Bebilderungssignal auf dem Bedruckstoff und erzeugen Druckmuster Elektronische Daten (aus Vorstufe) Druckkopf (Bebilderung, Bildträger, Farbwerk) Somit unterscheiden sich die einzelnen Inkjet- Druckköpfe in ihrem Aufbau voneinander Tropfen Bedruckstoff Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 10 Bild: Handbuch der Printmedien, Kipphan, 2000

11 Übersicht Inkjet-Verfahren Inkjet Verfahren Continuous Drop-on- Demand Sonderformen Multiple Deflection Binary Deflection Hertz Mist Magnetic Deflection Thermisch Piezoelektrisch Elektrostatisch Akustisch Indirekter InkJet Single Jet Squeeze Tube (Hollow Tube) Edge bzw. Side Shooter Düsenloser InkJet Multijet Bend-Mode (Bending Plate) Roof bzw. Top Shooter Push-Mode (Extending Member) Back Shooter Shear Mode Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 11 Nach: Pond, Stephen F.: Inkjet Technology, Torry Pines Research 2000

12 Gliederung 1. Einführung Entwicklung Vergleich mit anderen Verfahren 2. Inkjet Verfahren Continuous Inkjet Binary Deflecting Multi Deflecting Hertz Aerosol Print Drop on Demand Thermo-Inkjet Piezo-Inkjet Elektrostatischer Inkjet Akustischer Inkjet Weitere Technologien Sonderformen Indirekter Inkjet - Nanografie Düsenloser Inkjet - LaserSonic Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 12

13 Continuous Inkjet: Einführung Anwendung: Herstellung von Barcodes und Nummern Adressierung und Personalisierung Superbreite Large Format Drucker Anspruchvoller digitaler Proof Merkmale: Kontinuierliche Tropfenbildung Druckköpfe basieren auf Piezotechnologie Vorteile: Schnelles Drucken Personalisierung, keine feste Druckform Direkte Ausgabe von Dateien, keine Umformzeiten Nachteil: Für den Einsatz einer Tintensorte ausgelegt, die Reinigung kann sehr aufwendig sein Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 13 Bild:

14 Continuous Inkjet: Übersicht Inkjet Druckköpfe Continuous Drop-on- Demand Multiple Deflection Videojet, Diconics, Domino Amjet, Linx Binary Deflection Elmtex, Scitex, Image Hertz Mist Iris Graphics, Stork Magnetic Deflection Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 14 nach: m-real, 5/06

15 Continuous Inkjet: Einführung Merkmale: Durchmesser der Düse ist etwa µm groß Es können bis zu 1 Million Tropfen pro Sekunde gebildet werden, jedoch meistens: khz Tropfen sind beim Austritt aus der Düse etwa µm groß Geschwindigkeit der Tropfen kann bis zu 50 m/s betragen Abstand Düse-Bedruckstoff variiert zwischen 3 und 15 mm Tinte befindet sich in einem Hydraulik- bzw. Pneumatikteil und wird durch eine Pumpe in den Druckkopf gefordert Die nicht verwendete Tinte wird aufgefangen, gereinigt und dem Reservoir wieder zugeführt Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 15

16 Continuous Inkjet: Binary Deflecting Funktionsprinzip: Die Tinte wird aus einem Behälter durch die Pumpe in den Druckkopf gefordert und aus der Düse herausgepresst Der Piezo-Kristall wird durch die Stromimpulse angeregt und leitet die hochfrequente Anregung an die Flüssigkeit weiter Aufgrund strömungsmechanischer Effekte schnürt sich der Strahl ein, sodass sich aus dem Strahl einzelne Tropfen absondern Die gebildeten Tropfen fliegen durch die Ladungselektrode und werden dort, je nach Bebilderungssignal, aufgeladen oder nicht Die geladenen Tropfen werden im nachfolgenden Hochspannungsfeld abgelenkt, die ungeladenen Tropfen landen auf dem Bedruckstoff und erzeugen Druckbild Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 16 Bild: Handbuch der Printmedien, Kipphan, 2000

17 Continuous Inkjet: Binary Deflecting: Beispiel Anwendung: Herstellung von Barcodes und Nummern Digitaler Proof Beispiel: Bitjet+ Version 4.5 von Domino Gewicht des Druckkopfs beträgt 11,5 kg Druckauflösung von 100 dpi bis 240 dpi Lineargeschwindigkeiten bis 16,2 Meter pro Sekunde erreichbar Einsetzbar für den Druck auf gestrichene Papiere, Plastik und Folien Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 17 Bild:

18 Continuous Inkjet: Multi Deflecting Funktionsprinzip Die Tropfen werden wie bei der Binary Deflecting Inkjet gebildet Abhängig von Bebilderungssignal werden die Tropfen unterschiedlich stark aufgeladen und je nach Ladung verschieden stark im nachfolgenden elektrischen Feld abgelenkt Die ungeladenen Tropfen landen im Tropfenfänger, die geladenen erzeugen Druckmuster auf dem Bedruckstoff Die Strahlablenkung kann in ca. 16 reproduzierbaren Positionen erfolgen und eine schmale Zeile kann auf einmal bebildert werden Höhe der geschriebenen Linie hängt vom Abstand Druckkopf zu Papieroberfläche ab, die Mindestauflösung eines Zeichens sollte 6 7 Dots sein Theoretisch lassen sich auch zweidimensionale Deflektoren bauen, in denen die Tropfen in beide Richtungen abgelenkt werden Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 18 Bild: Handbuch der Printmedien, Kipphan, 2000

19 Continuous Inkjet: Multi Deflecting: Beispiel Anwendung Herstellung von Barcodes und Nummern Digitaler Proof Large Format Printing Beispiel: Continuous Inkjet-Codierer Linx 6900 von Bluhm Systeme Gewicht etwa 21 kg Bedruckt unterschiedlichste Materialien Je nach Druckkopf sind bis zu 5 Zeilen Text mit Schriftgrößen ab 1,1 mm möglich Ist für die Beschriftung von dünnen Kabeln, Schläuchen oder Steckverbindungen geeignet Beim Einzeilendruck werden Geschwindigkeiten von 8,4 m in der Sekunde erreicht Continuous Inkjet-Codierer Linx 6900 Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 19 Bild:

20 Continuous Inkjet: Hertz Funktionsprinzip Hertz-Technologie basiert auf der Erfindung von Prof. Hertz (1976) Wird zur Erzeugung der Grauwerte mit Continuous Inkjet eingesetzt In diesem Verfahren werden die Tropfen so rausgespritzt, dass sie sich während des Flugs vereinigen können, so dass der Grauwert kontrolliert werden kann Es können bis zu 5 Grauwerte pro einen Pixel erreicht werden Anwendung: Fotodruck Werbedruck Bemerkung: Hier sind höhere Frequenzen möglich, da zum Beispiel bei der effektiven Frequenz 20 khz ein Tropfen aus 4 Tropfen besteht, beträgt die Arbeitsfrequenz bis zu 80 khz Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 20 Bild: Der Inkjet Druck, U.Currle, 2006

21 Continuous Inkjet: Aerosol Funktionsprinzip In dieser Technologie werden sehr kleine (bis 5 µm Durchmesser) und sehr einheitliche Tropfen erzeugt Dies wird durch die Zuführung von Druckluft in die Düse erreicht Druckluft mischt sich mit dem Druckfluid und diese Mischung wird in dem Druckkopf fokussiert und ausgepresst Während des Fluges entmischen sich die beide Bestandteile und es entsteht ein bis 20 µm dünner Teilchenstrom Das sorgt für sehr saubere Ausdrucke und große Auflösung Anwendung: Bedrucken von metallischen Leitungen in der Solarzellenindustrie Beispiel: M 3 D Aerosol Jet von Optomec Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 21 Bild: Produkttechniken, A.Schoth, 2007

22 Gliederung 1. Einführung Entwicklung Vergleich mit anderen Verfahren 2. Inkjet Verfahren Continuous Inkjet Binary Deflecting Multi Deflecting Hertz Aerosol Print Drop on Demand Thermo-Inkjet Piezo-Inkjet Elektrostatischer Inkjet Akustischer Inkjet Weitere Technologien Sonderformen Indirekter Inkjet - Nanografie Düsenloser Inkjet - LaserSonic Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 22

23 Drop on Demand: Allgemein Anwendung: SOHO 1) Industrielles und funktionales Drucken Werbedruck, großformatiges Drucken Merkmale: Tropfen werden nur bei Bedarf gebildet Druckköpfe basieren auf verschiedenen Technologien Vorteile: Kleiner Tintenverbrauch Personalisierung, schnelles Umformen Direkte Ausgabe von Dateien, keine Umformzeiten 1) Small Office, Home Office Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 23 Bild:

24 Übersicht Inkjet-Verfahren Inkjet Druckköpfe Continuous Drop-on- Demand Sonderformen Multiple Deflection Binary Deflection Hertz Mist Magnetic Deflection Thermisch Piezoelektrisch Elektrostatisch Akustisch Indirekter InkJet Single Jet Siemens, Gould Squeeze Tube (Hollow Tube) Matsushita, NEC, Tokyo Electric Xenix Düsen-loser InkJet Multijet Tectronix, Sharp, Epson Bend-Mode (Bending Plate) Edge bzw. Side Shooter Canon, Xerox Push-Mode (Extending Member) Roof bzw. Top Shooter HP, Lexmark, Olivetti Spectra, Xaar, Philips, Brother Shear Mode Back Shooter Canon, Xerox Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 24 Nach: Pond, Stephen F.: Inkjet Technology, Torry Pines Research 2000

25 Drop on Demand: Thermo-Inkjet Aufteilung nach dem Aufbau: Top-Shooter Side-Shooter Back-Shooter Top-Shooter Heizplatte Merkmale: Eine der erfolgreichsten Methoden auf dem Markt Durchmesser der Düsen etwa 50 µm groß Tropfengröße beim Austritt aus der Düse etwa µm Abstand Düse-Bedruckstoff variiert zwischen 3 und 15 mm Tropfen werden mit der Frequenz 4-40 khz gebildet Die Frequenz der Tropfenbildung wird durch die Wiederbefüllung der Kammer begrenzt Energieumsatz pro Tropfen: µj Side-Shooter Back-Shooter Heizplatte Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 25 Bild: Strömungstechnik, M.Fähnrich, 1/96

26 Drop on Demand: Thermo-Inkjet Funktionsprinzip: Strömungsmechanischer Impuls wird thermisch erzeugt Ein Heizelement wird durch Anlegen eines Spannungsimpulses (Energie etwa 9 µj) an die Anschlussklemmen für die Dauer von 3 bis 7 µs erhitzt Die Flächenheizleistung variiert zwischen 100 und 200 MW/m² und hängt von der Dauer des Pulses ab Die Temperatur an der Grenzfläche zwischen Heizelement und Tinte beträgt etwa 300 C Es findet ein Phasenübergang von flüssig zu gasförmig statt Die Tinte beginnt schlagartig in einem dünnen Film zu sieden und nach 15 µs hat sich eine geschlossene Dampfblase gebildet. Die wachsende Blase verdrängt die Flüssigkeit und versetzt diese in Bewegung 40 µs nach Aktivierung des Heizelementes kollabiert die Dampfblase und nach weiteren 200 µs ist die Düse durch Kapillarkräfte mit neuer Tinte gefüllt Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 26 Bild: Strömungstechnik, M.Fähnrich, 1/96

27 Drop on Demand: Thermo-Inkjet: Tropfenbildung Elektrischer Impuls (Aufheizen der Tinte) Keimbildung: die Flüssigkeit verdampft und kleine Dampfblasen werden gebildet Keimwachstum: durch weiteres Erhitzen werden die einzelnen Dampfblasen größer Filmbildung: die Dampfblasen wachsen zu einem Film zusammen Filmwachstum: beim weiteren Heizen wächst die Filmschicht Gesamtdauer der Filmbildung: 5-10 µs Die gebildete Dampfblase verdrängt die Flüssigkeit und versetzt diese in Bewegung Volumen der Dampfblase: wenige Pikoliter, proportional dem Volumen der verdrängten Flüssigkeit Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 27 Nach: Le, Hue: Progress and Trends in Ink-jet Printing Technology; Strömungstechnik, M.Fähnrich, 1/96

28 Drop on Demand: Thermo-Inkjet: Tropfenbildung Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 28

29 Drop on Demand: Piezo-Inkjet Funktionsprinzip: Die Piezoelemente werden mit elektrischen Impulsen angesteuert Vor der Verformung herrscht in dem Kanal ein leichter Überdruck Durch Anlegen einer elektrischen Spannung verformt sich das Piezoelement und ein starker Überdruck wird aufgebaut Durch den Überdruck wird die Flüssigkeit in die Bewegung gesetzt und ein Tropfen wird gebildet Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 29 Bild:

30 Drop on Demand: Piezo-Inkjet Aufteilung nach dem Aufbau: Squeeze-Tube (Hollow Tube) Bend-Mode (Bending Plate) Shear-Mode Push-Mode (Extending Member) Merkmale: Shear-Mode Technologie ist am meisten verbreitet Durchmesser der Düsen: etwa µm Tropfengröße beim Austritt aus der Düse: etwa µm Abstand Düse-Bedruckstoff: 3-15 mm Frequenz der Tropfenbildung: khz * Schnelligkeit der Tropfenbildung wird durch die Wiederbefüllung der Kammer begrenzt Energieumsatz pro Tropfen: 4-10 µj * Wobei die Frequenz 120 khz nur bei Hertz-Technologie möglich ist. Erklärung siehe: Continuous Inkjet: Hertz-Technologie Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 32 Bild: CHIP, 8/94

31 Düsen eines DoD Piezo Inkjet Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 33 Bild: IDD

32 Drop on Demand: Thermo- und Piezo-Inkjet: Vergleich Auflösung 1) Spritzfrequenz Systemlänge Düsenabstand Herstellkosten Lebensdauer Thermo Side-Shooter 5 khz 0,5 mm 64 µm 400 dpi Niedrig + Top-Shooter 4 khz 0,5 mm 169 µm 150 dpi Niedrig + Shear-Mode 5 khz 5 mm 169 µm 150 dpi Mittel ++ Piezo Push-Mode 4 khz 40 mm 282 µm 100 dpi Hoch ++ Bend-Mode 20 khz 2 mm 282 µm 100 dpi Hoch ++ Squeeze-Tube 10 khz 30 mm 353 µm 70 dpi Sehr hoch ++ 1) Auflösung, die in linearen Arrays aufgrund der Baugröße erreichbar ist Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 34

33 Drop on Demand: Thermo- und Piezo-Inkjet: Vergleich Piezo-Technologie: + Große Anzahl von Druckfluiden + Modulierbare Tropfengröße + Höhere Spritzfrequenz + Auch Partikelhaltige Fluide können gedruckt werden - Begrenzte Anzahl Düsen pro Reihe - Höhere Kosten für Erstellung der Düsen Thermo-Technologie: + Günstigere Technologie + Bessere Auflösung in linearen Arrays erreichbar - Farben müssen gegen Erhitzung resistent sein - Kleinere Farbpalette - Kleinere Anzahl möglicher Farbeigenschaften - Kürzere Lebensdauer der Druckköpfe (Ablagerung, Verschleiß) - Tropfengröße variiert stärker als bei Piezo-Technologie - Pigment-Tinten können nicht gedruckt werden Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 35

34 Drop on Demand: Elektrostatisch Funktionsprinzip Es wird ein elektrisches Feld zwischen dem Inkjet Schreibsystem und dem Bedruckstoff aufgebaut Die Oberflächenspannung und das elektrische Feld befinden sich im Gleichgewicht Die Düsen sind mit Heizelementen versehen und ansteuerbar Über einen Stromimpuls wird die Flüssigkeit aufgeheizt und ihre Oberflächenspannung wird kleiner Das Gleichgewicht wird zerstört und die Flüssigkeit tritt aus der Düse raus Das Tropfen bewegt sich im elektrischen Feld und trifft auf den Bedruckstoff Keine Anwendung bekannt Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 36 Bild: Handbuch der Printmedien, Kipphan, 2000

35 Drop on Demand: Akustisch Funktionsprinzip Am Düsenaustritt werden Ultraschallwellen fokussiert Es entstehen Oberflächenwellen, die kleinere Tropfen je nach Bebilderungssignal ausschleudern Durch die Höhe und Dauer des Signals kann die Anzahl und die Größe der Tropfen kontrolliert werden Mittlerer Tropfendurchmesser ist 2,5 µm bei dem Düsendurchmesser 50 µm Durch Farbnebelübertragung können bis zu 32 Graustufen erzeugt werden Die Bildpunktgröße variiert um 100 µm, was einer Auflösung von 300 dpi entspricht Keine Anwendung bekannt Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 37 Bild: Handbuch der Printmedien, Kipphan, 2000

36 Drop on Demand: Weitere Technologien Lotdruckwerk: Lotdruckkopf und der komplette Prototyp wurden bei Firma EKRA GmbH entwickelt Geschwindigkeit der Tropfen 5 m/s Durchmesser der Tropfen 70 μm Masse der Tropfen 1,6 μg Volumen der Tropfen 180 Pikoliter Mikromechanischer Druckkopf mit 10 Düsen Betriebstemperatur bis 300 C Spritzfrequenz bis 3 khz Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 38 Bilder: DoD-Bump-Herstellung IMAPS, W. Wehl

37 Drop on Demand: Weitere Technologien Microdrop-Technologie: Die Microdrop Technologie erzeugt einen feinen Flüssigkeitsstrahl mit Hilfe eines Mikroventils Die Flüssigkeit wird aus einer Vorratskammer in das Ventil gepresst Sobald das Ventil sich öffnet, tritt ein Flüssigkeitsstrahl aus, der solange strömt, bis das Ventil wieder geschlossen wird In Abhängigkeit der Zeit können so große Flüssigkeitsmengen dosiert werden Die kleinste dosierbare Menge beträgt 30 pl, was einem Tröpfchendurchmesser von etwa 120 µm entspricht Die Begrenzung liegt bei minimaler Öffnungsdauer des Ventils Die spezielle Düsenform garantiert eine laminare Strömung, so dass der Strahl die gesamte Weglänge bis zur Einschnürung stabil bleibt Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 39 Bild:

38 Drop on Demand: Weitere Technologien: 3D-Druck Mit dem 3D-Druck können die dreidimensionale Daten direkt aus der CAD-Datei ausgedruckt werden Variante 1: Es wird eine dünne Schicht (bis 0,1 mm) mineralisches Pulver aufgetragen Auf diese Schicht wird dann der Binder entsprechend dem Druckmuster aufgetragen Die Schichtdicke variiert zwischen 90 und 100 µm Nach der ersten Schicht wird eine zweite Schicht Mineralpulver aufgetragen und bedruckt Die Druckauflösung ist 600 x 540 dpi Ist das Modell fertig, wird der restliche Pulver durch den Luftstrom ausgewaschen und das Modell in spezielle aushärtende Flüssigkeiten, etwa Epoxydharze oder Superkleber getränkt Der Preis zu Erstellung eines solchen Modells variiert zwischen 0,50 und 2,00 Euro pro cm³ Variante 2: Direktes Aufschmelzen eines Kunststoffes analog dem Hot- Melt-Verfahren Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 40 Bilder:

39 Gliederung 1. Einführung Entwicklung Vergleich mit anderen Verfahren 2. Inkjet Verfahren Continuous Inkjet Binary Deflecting Multi Deflecting Hertz Aerosol Print Drop on Demand Thermo-Inkjet Piezo-Inkjet Elektrostatischer Inkjet Akustischer Inkjet Weitere Technologien Sonderformen Indirekter Inkjet - Nanografie Düsenloser Inkjet - LaserSonic Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 41

40 Sonderformen des InkJet: Übersicht InkJet Verfahren Continuous Drop-on- Demand Sonderformen Indirekter InkJet Düsenloser InkJet Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 42

41 Indirekter InkJet - Nanografie: Einführung Anwendung: Grafischer Druck (Massenproduktion) Merkmale: Indirekter Druck: InkJet auf Zwischenträger, Übertragung des kompletten Bildes (sämtliche Farben gleichzeitig) auf Bedruckstoff Druckköpfe? Geringe Farbschichtdicke (500 µm) Vorteile: Großer Farbumfang Nachteil: Bisher noch keine Systeme am Markt Druckqualität der Beispieldrucke mangelhaft (Streifen etc.) Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 43 Quelle: Landa Corp.

42 Indirekter InkJet - Nanografie: Verfahrensprinzip InkJet-Druck auf Transferband Benetzen, Trocknen und ggf. Verbinden der Tropfen auf dem Transferband Übertrag der (an-) getrockneten Farbe auf den Bedruckstoff Druckköpfe Transferband Substrattransportsystem Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 44 Bilder: Landa Corp.

43 Indirekter InkJet - Nanografie: Verfahrensprinzip Substrat: Rolle Bogen Maschinenabhängig (Maschine bestimmt Substrattransport) Simplex / duplex: Beides möglich Maschinenabhängig (Maschine bestimmt Substrattransport) Geschwindigkeit: < B/h (Bogensubstrate) < 200 m/min (Rollensubstrate) Farben: 4 6 Auflösung: 600 x 600 dpi x 600 dpi Maschinenabhängig Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 45 Quell: Landa Corp. Bilder: Landa Corp., smokeonthewater (fotocommunity.de); InfoTrends

44 Düsenloser InkJet - LaserSonic: Einführung Anwendung: Grafischer Druck, z. B. auf Folie Funktionales Drucken, z. B. Leiterbahnen für Solarzellen Merkmale: Funktionsprinzip: Düsenloser Thermal InkJet Tropfenerzeugung durch Laserbeschuss: Lokale Hitzeerzeugung in Farb-/Fluidschicht (Foliendruckwerk) Lokale Hitzeerzeugung auf Bildwalze (Bildwalzendruckwerk) Für laserabsorbierende und nicht absorbierende Druckfluide geeignet Vorteile: Hohe Geschwindigkeit Auch für Pigmente >100 µm geeignet Schichtdickenvariabel (5 30 µm) Großes Aspektverhältnis möglich Nachteil: Aufwendiges Druckwerk (Laser + Farbwerk) Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 46 Quelle: aurentum GmbH

45 Düsenloser InkJet - LaserSonic: Verfahrensprinzip Foliendruckwerk Bildwalzendruckwerk + Fokussierter Laserstrahl heizt lokal die Farbschicht auf Plötzliche Verdunstung des Lösemittels Tropfenerzeugung Lasertransparente Folie als Farbschichtträger Farbschicht muss laserabsorbierend sein Fokussierter Laserstrahl heizt lokal die Trommeloberfläche auf Plötzliche Verdunstung des Lösemittels Tropfenerzeugung Trommeloberfläche muss laserabsorbierend sein Für lasertransparente Farben/Fluide Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 47 Quelle: aurentum GmbH

46 Düsenloser InkJet - LaserSonic: Druckprinzip, Beispiele Foliendruckwerk Bildwalzendruckwerk Leiterplatten Vorder- und Rück- Seitenmetallisierung von Solarzellen Verpackungs- und Dekordruck Digitale Drucktechnologie 8.1 Inkjet 48 Bilder: aurentum GmbH; DI Projekt AG

47 Impressum Digitale Drucktechnologie Vorlesung im Wintersemester 2012/13 Betreuung: Dipl.-Ing. Constanze Ranfeld Prof. Dr.-Ing. E. Dörsam Technische Universität Darmstadt Fachgebiet Druckmaschinen und Druckverfahren Magdalenenstraße Darmstadt