Druckergebnis im High Speed Inkjet-Druck

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1 Bilder: KBA Digitale Druckverfahren nehmen an Bedeutung zu und stellen hohe Anforderungen an die zum Einsatz kommenden Druckpapiere. Druckergebnis im High Speed Inkjet-Druck Die digitalen Druckverfahren gewinnen durch die zunehmende Individualisierung von Druckprodukten, breit gefächerte Auflagengrößen und erhöhte Anforderungen an die Flexibilität eine wachsende Bedeutung. Die Anforderungen an grafische Druckprodukte, die bei hoher Geschwindigkeit im Inkjet-Verfahren (High Speed Inkjet-Druck (HSI-Druck)) hergestellt werden, sind dabei sehr hoch und komplex. In enger Zusammenarbeit mit der Industrie wurde an der PTS ein labortechnischer HSI-Druckversuchsstand aufgebaut, der die realen, industriellen Druckbedingungen abbildet. Für die Bewertung der Ver- und Bedruckbarkeit der Papiere wurden entsprechende Druckformen sowie dazugehörige Bewertungsmethoden entwickelt, über die im folgenden Beitrag ein Überblick gegeben wird. 1 Einleitung Der bedeutendste Anteil der erzeugten Papiere in Europa sind mit ca. 38 Mio. t in 2013 grafische Papiere 1, die unter Nutzung verschiedener Druckverfahren vorwiegend Rollen- und Bogenoffsetdruck, Tiefdruck bedruckt werden. Oft werden die Papiere für das zum Einsatz kommende Druckverfahren optimiert, wobei jedoch der Trend zu Druckverfahren unabhängig ausgerüsteten Papieren geht. Auf Grund der zunehmenden Individualisierung von Druckprodukten, der breiten Fächerung der Auflagengröße und der erhöhten Flexibilitätsanforderungen gewinnen die digitalen Druckverfahren immer mehr an Bedeutung. Bei diesen konkurrieren vorwiegend der Inkjet-Druck und die Elektrofotografie (Tonerdruck). Dr.-Ing. Rainer Klein; PTS Heidenau, Germany; rainer.klein@ptspaper.de, Dr. Daniel Weinzierl; PTS Heidenau, Germany; daniel.weinzierl@ptspaper.de Die Papierindustrie charakterisiert ihre Druckpapiere heute mit mehreren elementaren Eigenschaften, deren Druckrelevanz unterschiedlich hoch ist. Fakt ist, dass diese Eigenschaften, auch in ihrer Summe, keine eindeutige Abschätzung der Ver- und Bedruckbarkeit im Vorfeld des Druckens gestatten. D. h. Aussagen zum Laufverhalten des Papiers in der Druckmaschine und zum Druckergebnis liegen erst beim Druck oder nach erfolgtem Druck vor, was bei Problemen in der Regel mit hohen Kosten verbunden ist. Deshalb wird auch heute noch sehr oft der Weg beschritten, den Praxisdruck labortechnisch zu simulieren (Probedruckgeräte), um das Druckergebnis kostengünstig zu prognostizieren. Die visuelle und/ oder messtechnische Bewertung des Druckproduktes ist dabei jedoch immer zwingend erforderlich. Auch für den Inkjet-Druck im Pharmabereich wird mit dem labortechnischen Data Matrix Code Druck dieser Weg erfolgreich beschritten. 2, 3 Die Anforderungen an grafische Druckprodukte, die bei hoher Geschwindigkeit im Inkjet-Verfahren (High Speed Inkjet-Druck (HSI-Druck)) hergestellt werden, sind jedoch wesentlich höher und komplexer als bei der Verpackungscodierung, weshalb mit dieser Methode nur eine kleine Teilmenge der Anforderungen an die grafischen Papiere abgedeckt werden kann. Um die Lücke zu schließen wurde in enger Zusammenarbeit mit der Industrie an der PTS ein labortechnischer HSI-Druckversuchsstand, der die realen, industriellen Druckbedingungen abbildet, aufgebaut. Für die Bewertung der Ver- und Bedruckbarkeit der Papiere wurden entsprechende Druckformen sowie dazugehörige Bewertungsmethoden entwickelt, über die hier ein Überblick gegeben wird. 2 Mögliche Druckfehler im HSI-Druck Bei der Entwicklung von Papieren für den HSI-Druck gilt es verschiedene, teils entgegengesetzt wirkende Effekte so zu optimieren, dass eine optimale Ver- und Bedruckbarkeit sowie Weiterverarbeitbarkeit erreicht wird. Voraussetzung für diese Aufgabe sind genaue Kenntnisse über die beim HSI-Druck denkbaren Druckfehler inklusive ihrer Ursachen. Wesentliche Druckprobleme sind in Abb. 1 benannt und visualisiert. Die Mehrzahl der möglichen Probleme resultiert aus dem Zusammenspiel von Papier, Tinte und drucktechnischen Parametern (Nr. 1 13, Abb. 1). 472 Wochenblatt für Papierfabrikation 7/2015

2 Bei den Nummern 14 und 15 handelt es sich ausschließlich um Druckerprobleme, die sich in der Druckqualität niederschlagen. Im HSI-Druck spielen die Tintentrocknung, -fixierung eine wesentliche Rolle und sind neben der Produktivität (Druckgeschwindigkeit) für mehrere Qualitätsprobleme verantwortlich. Bei nicht ausreichender Tintenaufnahme durch das Papier kann es zu Ablagerungen auf Umlenkrollen in der Druckmaschine und zur Farbrückübertragung auf das Papier bzw. im Extremfall zum Verwischen des Druckbildes kommen (Nr. 8, 10). Eine wesentliche Herausforderung beim HSI- Druck besteht somit darin eine schnelle Tintenpenetration bzw. Tintentrocknung bei Garantie eines hohen Kontrasts und einer brillanten Farbwiedergabe (Tinte verschwindet nicht im Papier, sondern wird an der Oberfläche fixiert) zu gewährleisten. Dies stellt eine sehr anspruchsvolle Abb. 1: Mögliche Druckfehler im HSI-Druck (keine Vollständigkeit) Aufgabe dar, die nur mit verlässlicher Messtechnik und dem Verständnis der zugrunde liegenden Zusammenhänge gelöst werden kann. 3 HSI-Labordrucker Abb. 2 enthält eine Überblicks-/Detailansicht des an der PTS in Kooperation mit der Industrie entwickelten HSI-Druckers sowie seine wichtigsten technischen Daten. Bei den Druckköpfen handelt es sich um Originaldruckköpfe, wie sie auch in großtechnischen HSI-Druckern Verwendung finden. Die Untersuchungen für diesen Artikel wurden mit den originalen, pigmentierten Tinten von Océ in den Farben Schwarz (K) und Cyan (C) durchgeführt. Die Erweiterung zum vollständigen Vierfarbdrucker (K, C, M, Y) wurde im ersten Quartal 2015 abgeschlossen. Das Papier (DIN A4) wird auf einem Probenschlitten befestigt und kann mit bis zu 100 m/min unter den Druckköpfen hindurch bewegt werden. Nach dem Bedrucken kann das Druckbild in einer Wischeinheit einem definierten Wischtest unterzogen werden. Die Verwendung industrieller Druckköpfe und Tinten garantiert, dass der Druck mit identischer Druckauflösung in Querrichtung und identischer(n) Tropfengröße(n) wie in der Praxis erfolgt. Mit den seitenbreiten Druckköpfen und der Linearachse mit praxisüblicher Druckgeschwindigkeit werden auch bei kompakter Bauweise die praxisrelevanten Zeitabstände zwischen den Druckköpfen beim Mehrfarbendruck und somit reale Trocknungszeiten erreicht. Diese Punkte sind für die Bewertung der Tintentrocknung und die Beurteilung von Druckfarbenwechselwirkungen von großer Bedeutung. Mit den beiden Druckköpfen ist eine maximale Tintenbelegung von 200% möglich. Durch die Erweiterung um zwei Druckköpfe können höhere Belegungen gefahren werden, wobei in der Praxis Tintenmengen bis zu 240% üblich sind. 4 Druckformen Grundlage der Untersuchung der Eignung von Papieren für den HSI- Druck sind speziell entwickelte Druckelemente, die in vier Druckformen zusammengefasst wurden. (Abb. 3) Druckform 1 und 4 dienen der Ermittlung der Tintenpenetration, -trocknung, wobei verschiedene Druckelemente und Tintenmengen gedruckt werden. Die Druckform 2 wurde zur Bestimmung von Ausfranseffekten sowie dem Ausbluten beim mehrfarbigen Nass-in-Nass- Druck erstellt. Die Elemente der Druckform 3 sind für die Beurteilung Abb. 2: Labor HSI-Drucker mit 11 cm breiten Piezo-Druckköpfen Abb. 3: Druckformen der Mottlingneigung (Koaleszenz) sowie der Druckdichte und des Farborts entwickelt worden. 5 Drucktechnische Bewertung 5.1 Allgemeine Aspekte An der PTS wurden verschiedene Methoden zur Bewertung der Eignung von grafischen Papieren für den HSI-Druck entwickelt, wobei in einem iterativen Prozess die in Abb. 3 gezeigten vier Druckformen entstanden sind. Tab. 1 enthält eine Zusammenstellung der entwickelten Methoden, die Zuordnung zur Druckform sowie die Zielrichtung der Bewertungsmethode. 7/2015 Wochenblatt für Papierfabrikation 473

3 Tab. 1: Entwickelte Bewertungsmethoden Abb. 4: Ergebnisse des DMC-Wischtests und des erweiterten Wischtests für drei sehr ähnliche, inkjet-optimierte Papiere Datamatrix-Wischtest Eine einfache Bewertung des Verwischens stellt der sogenannte Datamatrix-Test dar. Bei diesem Test werden Datamatrix-Codes (DMC) gedruckt und anschließend verwischt. Die Druckqualität der Codes kann anhand der Norm ISO/IEC mit einem Verifyer objektiv beurteilt werden. Die Norm definiert 8 Parameter, mit denen die Lesbarkeit eines DMC ausgedrückt werden kann. Jede Einzelbewertung kann einen Wert zwischen 0 und 4 annehmen, wobei 4 der beste Wert ist. Sieben dieser Parameter sind Einzelbewertungen (Kontrast, Modulation, Defekte feste Muster, Axiale Verzerrung, Allgemeine Verzerrung, Fehlerkorrektur, Wachstum). Der achte Parameter ist die Zusammenfassung der einzelnen Auswertungen und stellt als Minimum der Einzelbewertungen sozusagen das Gesamtergebnis der Lesbarkeit dar. Zur Bewertung des Verwischens / der Tintentrocknung wird die Gesamtbewertung des DMC herangezogen. Die verwendete Druckform (Abb. 3) besteht aus sechs Datamatrix- Codes, von denen jeweils drei gewischt werden. Die Codes werden mit unterschiedlichen Tintenbelegungen (100 % K, 150 % (75 % K + 75 % C) und 200 % (100 % K % C)) gedruckt. Die Beurteilung der DMC- Lesbarkeit der gewischten und ungewischten Codes dient anschließend zur Beurteilung der Tintentrocknung. Die Druckform enthält zudem ein Druckelement zur Messung der Farbdichte der Ausdrucke. Durch die standardisierte Auswertung der DMC-Lesbarkeit mittels eines Verifyers werden schnell und zuverlässig grundsätzliche Aussagen über die Tintentrocknung erhalten. Daher eignet sich der Datamatrix-Wischtest im HSI-Druck vor allem zur Papierbewertung während der Papierentwicklung, um erkennen zu können, ob Veränderungen in der Rezeptur die gewünschte Verbesserung bringen. Für Papiere mit sehr ähnlichem Trocknungsverhalten stößt die Methode allerdings an die Grenzen der Differenzierbarkeit. Abb. 5: Korrelation der Wegschlagzeit einer Modellinkjettinte (Tropfenvolumen ca. 150 pl, bestimmt mit HFC) und Wischlänge aus dem erweiterten Wischtest In der Regel werden 8 bis 10 Blatt je Druckform und Seite für eine komplette Papieranalyse gedruckt. Die Anzahl ist erforderlich, da die Druckqualität, wie jede andere Messgröße auch, entsprechenden Schwankungen unterworfen ist. Für die Methodenentwicklung wurden 7 (9) Papiere herangezogen. 5.2 Bewertung der Penetration/Tintentrocknung Allgemeine Aspekte Zur Bewertung der Tintentrocknung, -penetration ist das Labor-HSI- Drucksystem mit einer Wischeinheit ausgestattet. Eine definierte, variable Zeit nach dem Druck (>_ 0,5 s, je nach Druckgeschwindigkeit) wird eine Wischeinheit mit Wischmedium (Papier oder Folie) mit definierter Kraft auf das bedruckte Papier gedrückt. Die Tintentrocknung kann anschließend anhand des Verwischens des Druckbildes mit den entwickelten Bewertungsmethoden beurteilt werden Erweiterter Wischtest Für eine detailliertere Bewertung der Tintentrocknung wurde in Erweiterung zum DMC-Wischtest Druckform 3 entworfen. Für diesen Test werden Balken der Größe 2 cm x 10 cm mit unterschiedlicher Tintenmenge und -zusammensetzung gedruckt. (Abb. 3) Nach dem definierten Verwischen der Balken werden die Länge der Wischspur, sowie der mittlere Grauwert in der Tintenspur bestimmt. In Abb. 4 sind die Ergebnisse der beiden Wischtests von drei sehr ähnlichen, inkjet-optimierten Papieren gegenübergestellt. Mit dem Datamatrixtest sind diese Papiere aufgrund der begrenzten Differenzierung und der Streuung der Messwerte nur schlecht zu unterscheiden. Beim erweiterten Wischtest ist die Streubreite der Messwerte aufgrund der größeren bewerteten Fläche deutlich geringer. Hier ist nun eine sichere Abgrenzung des Papiers 3 von den Papieren 1 und 2 möglich, eine zweifelsfreie Unterscheidung zwischen Papier 1 und 2 gelingt jedoch auch hier nicht in ausreichendem Maße. 5.3 Penetrationsbewertung mit High Speed Kamera (HFC) Wie im vorhergehenden Beispiel gezeigt, kommen die Wischverfahren bei sehr ähnlichen Papieren hinsichtlich des Penetrationsverhaltens an ihre Auflösungsgrenze. In solchen Fällen ist eine zusätzliche Untersuchung der Papiere mit dem direkten Highspeedkamera-Messverfahren zur Untersuchung der Penetration von einzelnen Tintentropfen sinnvoll (Messprinzip und weitere Informationen 4, 5, 6 ). In Abb. 5 sind die Wegschlagzeit (HFC Messung) und die Bewertung der Papiere mit dem erweiterten Wischtest miteinander korreliert. 474 Wochenblatt für Papierfabrikation 7/2015

4 Tab. 1: Entwickelte Bewertungsmethoden Abb. 4: Ergebnisse des DMC-Wischtests und des erweiterten Wischtests für drei sehr ähnliche, inkjet-optimierte Papiere Datamatrix-Wischtest Eine einfache Bewertung des Verwischens stellt der sogenannte Datamatrix-Test dar. Bei diesem Test werden Datamatrix-Codes (DMC) gedruckt und anschließend verwischt. Die Druckqualität der Codes kann anhand der Norm ISO/IEC mit einem Verifyer objektiv beurteilt werden. Die Norm definiert 8 Parameter, mit denen die Lesbarkeit eines DMC ausgedrückt werden kann. Jede Einzelbewertung kann einen Wert zwischen 0 und 4 annehmen, wobei 4 der beste Wert ist. Sieben dieser Parameter sind Einzelbewertungen (Kontrast, Modulation, Defekte feste Muster, Axiale Verzerrung, Allgemeine Verzerrung, Fehlerkorrektur, Wachstum). Der achte Parameter ist die Zusammenfassung der einzelnen Auswertungen und stellt als Minimum der Einzelbewertungen sozusagen das Gesamtergebnis der Lesbarkeit dar. Zur Bewertung des Verwischens / der Tintentrocknung wird die Gesamtbewertung des DMC herangezogen. Die verwendete Druckform (Abb. 3) besteht aus sechs Datamatrix- Codes, von denen jeweils drei gewischt werden. Die Codes werden mit unterschiedlichen Tintenbelegungen (100 % K, 150 % (75 % K + 75 % C) und 200 % (100 % K % C)) gedruckt. Die Beurteilung der DMC- Lesbarkeit der gewischten und ungewischten Codes dient anschließend zur Beurteilung der Tintentrocknung. Die Druckform enthält zudem ein Druckelement zur Messung der Farbdichte der Ausdrucke. Durch die standardisierte Auswertung der DMC-Lesbarkeit mittels eines Verifyers werden schnell und zuverlässig grundsätzliche Aussagen über die Tintentrocknung erhalten. Daher eignet sich der Datamatrix-Wischtest im HSI-Druck vor allem zur Papierbewertung während der Papierentwicklung, um erkennen zu können, ob Veränderungen in der Rezeptur die gewünschte Verbesserung bringen. Für Papiere mit sehr ähnlichem Trocknungsverhalten stößt die Methode allerdings an die Grenzen der Differenzierbarkeit. Abb. 5: Korrelation der Wegschlagzeit einer Modellinkjettinte (Tropfenvolumen ca. 150 pl, bestimmt mit HFC) und Wischlänge aus dem erweiterten Wischtest In der Regel werden 8 bis 10 Blatt je Druckform und Seite für eine komplette Papieranalyse gedruckt. Die Anzahl ist erforderlich, da die Druckqualität, wie jede andere Messgröße auch, entsprechenden Schwankungen unterworfen ist. Für die Methodenentwicklung wurden 7 (9) Papiere herangezogen. 5.2 Bewertung der Penetration/Tintentrocknung Allgemeine Aspekte Zur Bewertung der Tintentrocknung, -penetration ist das Labor-HSI- Drucksystem mit einer Wischeinheit ausgestattet. Eine definierte, variable Zeit nach dem Druck (>_ 0,5 s, je nach Druckgeschwindigkeit) wird eine Wischeinheit mit Wischmedium (Papier oder Folie) mit definierter Kraft auf das bedruckte Papier gedrückt. Die Tintentrocknung kann anschließend anhand des Verwischens des Druckbildes mit den entwickelten Bewertungsmethoden beurteilt werden Erweiterter Wischtest Für eine detailliertere Bewertung der Tintentrocknung wurde in Erweiterung zum DMC-Wischtest Druckform 3 entworfen. Für diesen Test werden Balken der Größe 2 cm x 10 cm mit unterschiedlicher Tintenmenge und -zusammensetzung gedruckt. (Abb. 3) Nach dem definierten Verwischen der Balken werden die Länge der Wischspur, sowie der mittlere Grauwert in der Tintenspur bestimmt. In Abb. 4 sind die Ergebnisse der beiden Wischtests von drei sehr ähnlichen, inkjet-optimierten Papieren gegenübergestellt. Mit dem Datamatrixtest sind diese Papiere aufgrund der begrenzten Differenzierung und der Streuung der Messwerte nur schlecht zu unterscheiden. Beim erweiterten Wischtest ist die Streubreite der Messwerte aufgrund der größeren bewerteten Fläche deutlich geringer. Hier ist nun eine sichere Abgrenzung des Papiers 3 von den Papieren 1 und 2 möglich, eine zweifelsfreie Unterscheidung zwischen Papier 1 und 2 gelingt jedoch auch hier nicht in ausreichendem Maße. 5.3 Penetrationsbewertung mit High Speed Kamera (HFC) Wie im vorhergehenden Beispiel gezeigt, kommen die Wischverfahren bei sehr ähnlichen Papieren hinsichtlich des Penetrationsverhaltens an ihre Auflösungsgrenze. In solchen Fällen ist eine zusätzliche Untersuchung der Papiere mit dem direkten Highspeedkamera-Messverfahren zur Untersuchung der Penetration von einzelnen Tintentropfen sinnvoll (Messprinzip und weitere Informationen 4, 5, 6 ). In Abb. 5 sind die Wegschlagzeit (HFC Messung) und die Bewertung der Papiere mit dem erweiterten Wischtest miteinander korreliert. 474 Wochenblatt für Papierfabrikation 7/2015

5 Man erkennt sehr gut, dass im Bereich von Wegschlagzeiten kleiner ca. 30 ms für das 150% Feld bzw. kleiner ca. 40 ms für das 200% Feld kein Verwischen auftritt, die Papiere mit dem HFC aber noch differenziert werden können. Mit steigender Wegschlagzeit kommt es zum Verwischen, wobei Wischlänge und Wegschlagzeit mit Ausnahme eines Papieres sehr gut korrelieren. Bei diesem Papier ist die Wischlänge alleine durch die Penetrationszeit nicht erklärbar. Die Ursache dafür soll durch detaillierte HFC-Untersuchungen (mehrere Tintentropfen auf dieselbe Stelle) gefunden werden. Insgesamt lässt sich feststellen, dass die Empfindlichkeit der Methoden von Datamatrixtest über den erweiterten Wischtest zum HFC hin zunimmt. Der DMC-Wischtest und der erweiterte Wischtest im HSI-Druck dienen der schnellen Trocknungsbewertung während der Papierentwicklung. Die Messwerte erleichtern es, richtige Entwicklungsrichtungen zu erkennen. Bei Papieren mit sehr ähnlichem Trocknungsverhalten stoßen die Methoden allerdings an die Grenzen der Differenzierbarkeit. Dann bietet sich das HFC als Entwicklungstool an, z. B. auch, um Einsparpotenziale bei zu schnellem Wegschlagen zu erkennen. Der erweiterte Wischtest und das HFC gestatten es, die jeweilige Messwertskala mit dem Trocknungsverhalten in der realen Druckmaschine zu kalibrieren. Damit ist gemeint, dass durch ein geeignetes Referenzpapier, das in der großtechnischen Druckmaschine gerade noch schnell genug trocknet, um problemlos bedruckbar zu sein, ein Grenzwert der Penetrationszeit bzw. der Wischlänge definiert werden kann. Anhand dieser Grenze kann dann sehr gut abgeschätzt werden, wie sich ein Papier im realen Druckprozess verhalten wird. Da die Benotung des ungewischten DMC nicht bei allen Papieren identisch ist oder zwingend der Bestnote entspricht, ist ein solches Vorgehen für Notendifferenzen im DMC-Wischtest nicht möglich. 5.4 Bewertung der Druckungleichmäßigkeit (Mottling, Koaleszenz) Wie bereits erwähnt, ist die Ungleichmäßigkeit, insbesondere in Volltonflächen, ein wesentliches Qualitätskriterium für Druckprodukte, wobei diese Ungleichmäßigkeit in allen Druckverfahren auftreten kann. In Abb. 6 ist der PSA-Index (PowerSpektrumsAnalyse), ermittelt mit dem Bildverarbeitungssystem DOMAS, für 100K und 100C für sieben Papiere aufgetragen. Die sieben Papiere konnten mit dem PSA-Index ausreichend differenziert werden, wobei zu erkennen ist, dass aus der Bewertung in K nicht zwingend auf die anderen Tinten, hier C, geschlossen werden kann, wie Muster G zum Ausdruck bringt. Ein absoluter Vergleich der PSA- Indices von K und C ist nicht möglich, da in die Analyse der Grauwert des gescannten Volltonfeldes, der für die Tinten unterschiedlich ist, eingeht. Weiterhin muss vermerkt werden, dass die Inkjet-Drucke im Gegensatz zum Tief- und Offsetdruck verfahrensbedingt eine gewisse Streifigkeit aufweisen. Diese Streifigkeit beeinflusst den Druckungleichmäßigkeitsmesswert und kann in seinem Einfluss durch entsprechende bildanalytische Filteroperationen minimiert aber nicht vollständig eliminiert werden. 5.5 Streifigkeit Allgemeine Aspekte Die Streifigkeit von Inkjet-Drucken ist ein Effekt, der im Zusammenspiel von Druckkopf und Papier entsteht. Obwohl Inkjet-Druckköpfe mit sehr hoher Präzision gefertigt werden, können die einzelnen Düsen kleinste Winkelabweichungen zur Normalen aufweisen, die durch Ablagerungen am Druckkopf noch verstärkt werden können. Abb. 6: Druckungleichmäßigkeit Abb. 7: Bewertung der Streifigkeit Papiere mit ausreichender Spreitung des Tropfens werden diese Winkelabweichungen ausgleichen. Ist die Spreitung jedoch zu klein, ist die erforderliche Überlappung benachbarter Tropfen nicht mehr gegeben und es kommt zur Streifenbildung. Eine Vorhersage der Neigung eines Papiers zu streifigem Ausdruck kann durch die Bestimmung der Tropfenspreitung erfolgen. Dazu wurde eine Testfläche mit kleinen Druckpunkten (2 x 2 Pixel) in definiertem Abstand entworfen. Nach dem Druck wird die Fläche in hoher Auflösung gescannt und die Druckpunktgröße mit dem erwarteten Wert verglichen. Daraus lässt sich der Spreitungsfaktor berechnen Bewertung der Streifigkeit Die Bewertung der Streifigkeit erfolgt bildanalytisch am Volltonbild, indem die Grauwerte in Druckrichtung spaltenweise gemittelt werden. Infolge der Winkelabweichungen der Düsen zueinander gibt es nicht einen einzelnen Streifen sondern eine Streifenschar. Für den Winkel 90,0 sind in Abb. 7 das Perioden- und Amplitudenhistogramm sowie das un- und geglättete Grauwerteprofil dargestellt. Die Profile visualisieren und quantifizieren die Streifigkeit mittels absoluter Grauwerte. Die Glättung bewirkt, dass der Einfluss kleinster Abweichungen eliminiert wird. Es zeigt sich, dass der Druckkopf (K) im linken Bereich eine erhöhte Streifigkeit aufweist kein Papiereinfluss. Des Weiteren ist in Abb. 7 für die Streifenschar die Differenz der Grauwerte (Amplitude) zum mittleren Grauwert des Volltonfeldes (Abb. 6) über der Streifen (Struktur)anzahl in der Messfläche für sieben Papiere aufgetragen. Die rot umrandeten Messwerte repräsentieren das Streifenmuster mit der maximalen Grauwertabweichung für die betrachteten Papiere. Diese maximale Streifenausprägung kann auch als eindimensionale Kenngröße zur Papiercharakterisierung herangezogen werden. 7/2015 Wochenblatt für Papierfabrikation 475

6 den Cyandruck auf Schwarz in Abb. 9 aufgezeigt. Es wird deutlich, dass die Papiere ein differenziertes Wickingverhalten aufweisen. Wesentlich größer sind die Unterschiede in der Spreadrelation (Quotient aus Differenz von Abb. 8: Fehlende bzw. helle Druckpunkte in der Volltonfläche 100K; links: integrale Betrachtung; rechts: klassierende Betrachtung geglätteter und Referenzfläche zur Referenzfläche). Diese Unterschiede werden vom Anwender bei Betrachtung von K auf weißem Papier nicht wahrgenommen, da der Mensch keine Bezugsgröße als Vergleichsbasis hat. Anders sieht es aus, wenn Cyan- Elemente auf einer schwarzen Vollfläche gedruckt werden. Nun kommt die Bedeutung der Spreadrelation zum Tragen, denn es wird quantifiziert, wie die Cyan-Elemente vom schwarzen Umfeld in ihrer Fläche reduziert werden. Während die Mehrzahl der betrachteten Papiere ein ähnliches negatives Spreadverhalten aufweist, weicht Papier 7 stark ab. Abb. 9: Relationen Dabei muss jedoch gewährleistet sein, dass es sich nicht um einen einzelnen Streifen, verursacht durch einen Düsenausfall, handelt. Dies kann anhand der Streifenanzahl abgelesen werden. Die untersuchten Papiere wiesen ein breites Spektrum an Streifigkeit auf. Während Papier G mit einer Grauwertdifferenz von 24 extrem streifig war, besaß Papier E mit einer Grauwertdifferenz um 5 eine geringe Streifigkeit. 5.6 Bewertung von fehlenden / hellen Druckpunkten Ein weiteres Kriterium für die Qualität beim Inkjet-Druck sind Fehlstellen bzw. hellere Stellen in Volltonfeldern. Zur Quantifizierung dieses Problems wurden zwei Methoden erarbeitet. Die integrale Bewertung basiert auf der Ermittlung des Grauwertes bei dem diese Bildpunkte 10% des Flächenanteils des Volltonfeldes ausmachen (Abb. 8 links), d.h. je höher der Schwellenwert ist, desto eher wird dieser Schwellenwert erreicht, was mit einem schlechteren Druckergebnis einhergeht. Diese Betrachtungsweise ignoriert jedoch den Einfluss von Helligkeit und Flächengröße auf die Qualität. Methode 2 nimmt deshalb eine Klassierung dieser Parameter vor. In Abb. 8 (rechts) ist der Anteil der helleren Flächen in Abhängigkeit vom kreisäquivalenten Durchmesser und Grauwert (Helligkeit) dargestellt. Je größer und heller die Flächen sind, desto schlechter ist die Druckqualität. Auch extrem helle, kleine Flächen können sehr störend sein. 5.7 Bleeding und Wicking Diese Druckprobleme (Abb. 1 Nr. 1 und Nr. 3) können mittels bildanalytischer Bewertung der Druckelemente des Musters 2 quantifiziert werden. Die Wickingrelation (Differenz aus realer und geglätteter (erodierter) Druckelementfläche bezogen auf die theoretische (softwareseitige) Elementfläche) ist für den Schwarzdruck auf Papierweiß sowie 6 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Die beiden Wischtests, die der Papierbewertung hinsichtlich des Wegschlag- und des Trocknungsverhaltens der Tinten dienen, stoßen bei Papieren mit sehr ähnlichem Trocknungsverhalten an ihre Grenzen. Eine bessere Differenzierung ermöglicht hier die HFC-Messung. Neben diesen beiden Kriterien sind weitere Qualitätsparameter, die Effekte wie Bleeding, Wicking, Mottling / Koaleszenz aber auch Streifigkeit und Spreitungsverhalten quantifizieren, von großem Interesse. Hierfür wurden entsprechende Druckformen und Bewertungsmethoden entwickelt. Die summarische Anwendung dieser Methoden ermöglicht eine komplexe, quantitative Stufung der Papiere hinsichtlich ihrer Eignung für den HSI-Druck. Die Ergebnisse wurden im Rahmen der Forschungsvorhaben IK-MF und gewonnen, die im Programm zur Förderung von Forschung und Entwicklung bei Wachstumsträgern in benachteiligten Regionen mit finanziellen Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) über den Projektträger EuroNorm Gesellschaft für Qualitätssicherung und Technologie mbh aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert werden. Dafür sei an dieser Stelle herzlich gedankt. Unser Dank gilt auch den Betrieben und Institutionen, die diese Arbeiten unterstützt haben. Literaturhinweise 1 CEPI Key Statistics PTS Methode PTS-DF 103/2011, Bewertung der Codierbarkeit von Faltschachtelkarton mit DOD-Inkjet-Druckern 3 Richtlinie 2011/62/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 8. Juni 2011: Pharmaverpackungen müssen zur Fälschungssicherung von Pharmaprodukten mit einem Data- Matrix-Code versehen werden 4 Keller, G. Weinzierl, D., Penetration von Fluiden in Papieroberflächen (Teil 1), Wochenblatt für Papierfabrikation, 8/2014, S Weinzierl, D., Charakterisierung und Modellierung des Wegschlagverhaltens von Tinten auf gestrichenen Inkjet-Papieren, Abschlussbericht zu Projekt IK-VF , PTS Heidenau Weinzierl, D., Entwicklung einer Methode zur Bewertung der Bedruckbarkeit von Papieren im wasserbasierten Inkjetdruckverfahren, Forschungsprojekt IK-MF , Laufzeit: Wochenblatt für Papierfabrikation 7/2015