Technologien und Trends im Digitaldruck Prof. Fritz Bircher, 26. März 2014
Inhalt Kurzvorstellung des Instituts iprint Überblick Digitaldrucktechnologien Trends und Potenziale von Systemen Trends und Potenziale bei Druckköpfen, Tinten und Trocknungssystemen Ausblick 2
Das Institut iprint Neues transdisziplinäres Institut Aufbau über 4 Jahre (2013-2016) Aufbaufinanzierung durch die Ursula Wirz-Stiftung Eingebettet in das Umfeld von FH und Uni in Fribourg Integriert in den neuen Technologiepark BlueFACTORY Aktuell 4 Prof. und 5 wiss. Mitarb. iprint richtet sich auf den Digitaldruck aus mit einem klaren Fokus auf die Inkjet Technologie 3
Zielsetzungen Führendes Forschungsinstitut im Digitaldruck in der Schweiz und Errichten eines Kompetenzzentrums Forschungsaktivitäten in alle Bereiche hinein, wo Inkjet Prozesse zur Anwendung kommen können Wir unterstützen KMU mit angewandter Forschung in einem starken Netzwerk von akademischen und industriellen Partnern Ausbildung von Fachspezialisten in den Kernkompetenzen mit interdisziplinärem Verständnis Generierung von eigenen Innovationen und Umsetzung mit geeigneten Industriepartnern 4
Schlüsselprojekt 1 JumboJET Printer Golden Creativity Award 2006 MobileJET Printer Grossflächendruck SnowJET Printer 5
Schlüsselprojekt 2 Industrial Label Printer Home Printer Braille Druck 6
Grafischer Druck Themen: Verpackungsdruck Digital Finishing mit optischen und haptischen Effekten Industrieller Grossformatdruck Projects: Neue Prinzipien für hochviskoses Jetten Druck auf sphärische Objekte Universaler Primer für gleichbleibende Qualität auf verschiedenen Substraten INKJET 7
Materialdruck Themen: Gedruckte Elektronik 3D Druck Druck von MEMS Strukturen Selektive Beschichtungen Projekte: Digitaler Druck von Partikel geladenen Fluiden 3D Strukturen mit inhomogenen Eigenschaften (FGM s) Gedruckte low-cost Sensoren 8
Drucken in Life Science Themen: Mikro- und Nanodosierung Screening applications Tissue Engineering Projekte: Entwicklunng von Bio Druckköpfen Neue Prinzipien für volumetrische Nanodosierung Biodrucker für menschliche Gewebe INKJET 9
Technologie-Interessen 10
Partner Institute FH Fribourg: ChemTech Institute of Chemical Technologies irap Institute of Applied Polymers Uni Fribourg: 11
Technologiepark Fribourg www.bluefactory.ch ist eine von 3 Technologie-Plattformen 4 Plattformen: SICHH (Swiss Integrative Center for Human Health) Smart Living Lab www.inno2.ch biofactory 12
Technologien und Trends im Digitaldruck 13
Digitaldruck wächst rasant Books: +21 Mia. A4-Seiten +70% TransPromo: +9.6 Mia. A4-Seiten +140% Newspapers: +9.3 Mia. A4-Seiten +130% Magazines: +6.7 Mia. A4-Seiten +220% Immer kleinere Auflagen POD hält überall Einzug Qualität des Digitaldrucks ist heute konkurrenzfähig Digitaldrucker werden immer schneller InfoTrends 2012-2017 production digital print application forecast for U.S. and Western Europe Und Inkjet steht erst am Anfang seines Potenzials! 14
Übersicht Digitaldruck Digitaldruck-Technologien Elektrofotographie Inkjet Thermotransfer Liquid Toner Dry Toner Continuous Drop-ondemand Direkt Transfer Sublimation 15
Übersicht Inkjet Inkjet Technologie Continuous Drop-ondemand Binary deflectionl Multipledefl ection Thermal Piezo Electrostatic 16
Was ist Inkjet? Tropfengenerierung Düse Druckwelle Tintenkanal Inkjet ist Mikrofluidik in sehr kleinen Dimensionen: Tropfen von wenigen pl Anders als in der Makrowelt dominieren hier physikalisch Oberflächenspannungen, Kapillarkräfte, Elektrostatik und laminare Strömungen Mikrofluidische Material-Dosiersysteme werden zum Schlüssel der Nanotechnologie Tropfen auf dem Substrat 17
Continuous Inkjet Binary deflection Kodak Stream, Domino, VideoJet Muli-level deflection (MLD) Domino, Imaje, Hitachi, Linx, VideoJet Tropfen werden ununterbrochen erzeugt und nach Bedarf abgelenkt 18
Drop-on-demand Inkjet Canon, HP, Kodak, Lexmark, Memjet, Olivetti Brother, Epson, FF Dimatix, HP, Konica Minolta, Kyocera, Panasonic, Ricoh, SII, TTEC, Trident, Xaar, Xerox Tropfen werden nur bei Bedarf erzeugt ELEKTRO- STATISCH Seiko-Epson, Tonejet 19
Auflösung dpi Einsatz der Inkjetverfahren 1400 CIJ MLD (4 Düsen) 1200 1000 800 DOD low cost 600 400 CIJ MLD (1 Düse) DOD industrial CIJ binary 200 0 1 10 100 1000 10000 Flächenleistung m 2 /h Quelle: Industry trade and market organizations, Pivotal Resources 20
Potenzial von neuen Drucksystemen 21
Stream Inkjet Technology Mit CIJ werde grosse und kleine Tropfen mit 20 m/s generiert. Durch einen Luftstrom werden die kleinen Tropfen abgelenkt und nur die grossen erreichen das Substrat. Kodak Prosper 6000XL Auflösung 600 dpi Geschwindigkeit bis 1000 fpm 22
Landa nanographic printing Inkjet Verfahren zum Aufbringen der wasserbasierten Nanotinte. Der auf dem Transferband getrocknete Film wird auf das Substrat übertragen. Geniales und sicher relevantes Verfahren. Es könnte aber noch sehr lange dauern, bis es erfolgreich am Markt ist. Wer finanziert dies? Derweil gehen andere Verfahren in die gleiche Richtung (allenfalls sogar schneller) 23
Laser sonic printing Nozzle free inkjet printing: Print resolution: up to 1200 x 1200 dpi Print speed up to 20 m/min (4 m 2 /min) Owner: Aurentum, Deutschland http://www.aurentum.de Umsetzung: DI Project AG http://www.diprojektag.com/ Das Projekt ist schon mehr als 10 Jahre unterwegs und noch nicht auf dem Markt! Interessant für den Funktionsdruck und im Packaging digitaler Tiefdruck Mangels Partner aktuell im Stand-by! 24
Markteinschätzung Inkjet 11 Unternehmen sind auf die Drupa 2012 hin neu in den Inkjet Bereich eingestiegen: KBA, Konika Minolta, Landa, Komori, MGI, Nr. 1 und 2 im aktuellen CF Farbdruck- Markt waren 2008 noch nicht unter den Top Five. Bedeutender Wechsel von schwarz-weiss zu Farbdruck mit enormem Bedarf für kostengünstigere Inkjet Substrate Inkjet Wachstum in CF color auf Kosten anderer Continuous Feed Inkjet wird in den kommenden Jahren substantiell wachsen, speziell bei Books und Transaction 25
Elektrophotographie - Inkjet Elektrophotographie (EP) hat Offsetqualität und Potential für noch mehr Inkjet hat Offsetqualität auch schon fast erreicht, wird aber EP nicht wirklich verdrängen Inkjet ist klar der schnellere Prozess Inkjet ist auch der kostengünstigere Prozess, vor allem bei weiteren Kosteneinsparungen im Substrat Inline Primer könnten Inkjet aus diesem Problem helfen Inkjet: Farben jenseits CMYK und spezielle Oberflächenveredelung Ein grosses Potenzial liegt auch in der Wertsteigerung des Drucks mit integriertem Finnishing 26
Inkjet Druckköpfe 27
Dimatix Samba Features Full MEMS Construction 1200 native dpi 2.0 picoliter drop size 2048 Nozzles per module Continuous ink recirculation Frequencies to 100 khz VersaDrop Gray Scale and Multipulse capable Designed for large arrays 28
Memjet Thermo Inkjet Prinzip: durch über 2000 Features Patente geschützt, sehr beeindruckende Qualität, Anwendung als Home- and 222.8 mm Druckbreite Officedrucker und stark im Verpackungs- 305 mm pro Sekunde und Etikettendruck. 1,600 dpi native 70 400 Düsen 5 Farben auf weniger als 1 mm Lebendauer: 30 000 A4-Seiten Preis: ca. 300$ Das Geschäftsmodell ist für SOHO ok, muss sich im industriellen Umfeld aber erst noch beweisen. 29
Epson Precision Core Features Thin film construction 600 native dpi 1.5 picoliter drop size 800 Nozzles per module Frequencies to 50 khz 11-chip 33 cm linehead 30
Tonejet Elektrostatisches Inkjet Verfahren: Skalierbar einfach (keine Düsen) Tropfengrösse 0.1 2 pl kostengünstig Hauptanwendungen liegen im Verpackungsdruck Quelle: www.tonejet.com 31
Tinte 32
Tintenentwicklung Die REACH-Verordnung (Europäische Chemikalienverordnung, in Kraft seit 2007) könnte die Tintenentwicklung in den kommenden Jahren stark beeinflussen Solvent VOC Problematik Wasser Trocknung Adhesion UV Migration Toxizität Da im Verpackungsdruck ein sehr grosser Anteil in einem entsprechend empfindlichen Bereich liegt, wird die Bedeutung von Wasser basierten Tinten deutlich zunehmen. 33
LED Härtung 34
LED Entwicklung Verschiedene Wellenlängen besitzen unterschiedliche Eigenschaften und werden daher für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Die LED Forschung wurde im vergangenen Jahrzehnt durch die multi-milliarden Dollar Beleuchtungsindustrie forciert. 35
LED Spektrum LED s können für jede Wellenlänge auf der blauen Kurve hergestellt werden. Die markierten Bereiche zeigen die kommerziell wichtigen Wellenlängen: 36
Driver für UV-C: Entkeimung Das hohe Marktinteresse an UV-C LED s für für Entkeimungsanwendungen sorgt für genügend finanzielle Mittel zu Gunsten der erforderlichen Forschung. UV-C LED s könnten daher bereits in 5-8 Jahren für die Härtung von Drucktinten zur Verfügung stehen 37
Ausblick 38
Ausblick Funktionelle Verpackungen Verpackungen übernmehmen immer mehr auch funktionelle Aufgaben, z.b. Beschichtungen zur Konservierung von Lebensmitteln, usw. Verpackungen mit integrierter Intelligenz, z.b. zur Identifikation und zum Tracken von Umgebungsbedingungen Das Potenzial des Digitaldrucks wird hier noch zu wenig genutzt 39
Ausblick 3D Druck von Verpackungen Individualisierte, kundenspezifische Verpackungen Dezentrale Produktion Smart Packaging (integriert ins Produkt) Oder gleich die Verpackung mit dem Produkt drucken? 40
Don t talk about it, just do it! Herzlichen Dank Prof. Fritz Bircher fritz.bircher@hefr.ch +41 79 272 04 38