L`InkJet verso la massa critica

Inkjet Printing approaches
the tipping point
Terry O’Keeffe*, Bailey Smith, Henrik Lauridsen - Fujifilm Dimatix (Hoofddorp, Netherlands)
L’InkJet verso la
massa critica
Commercial ceramic tiles are mass-produced and decorated mainly on production lines using screen printing systems.
Key strengths of this type of printing production lie in its ability to apply a wide range of decorative materials onto unique
surfaces and achieve economies of scale by producing
large quantities of a single design. A drawback is that it is a
contact printing method, meaning the screens must come
into direct contact with the tile, once for each color in the
design. This can have an impact on yield as a result. This process is time-consuming and labor-intensive but effective, especially for very long runs. However, when viewed through
the prism of rapid market changes, increasing global competition and ever increasing cost pressures, this approach
struggles to keep up with new demands. When viewed by
today’s standards for printing efficiency, even a semi-automated screen printing production line requires a comparatively long setup, tight control and close monitoring.
However, the ceramics industry is quickly recognizing the
benefits associated with non-impact printing technology in
general and piezoelectric drop-on-demand (Piezo DOD)
inkjet technology in particular.
Piezo DOD inkjet technology promises to increase production flexibility and lower costs on several fronts while maintaining and in some cases, improving ceramic printing product quality, production versatility and increased yield. In
short, Piezo DOD inkjet technology offers the ability to meet
demand in current markets and pave the way to new oppor-
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Per la decorazione delle piastrelle ceramiche si impiegano
per lo più sistemi di stampa piana o rotativa che offrono il
grande vantaggio di poter applicare una vasta gamma di materiali decorativi su un’unica superficie, oltre a consentire economie di scala in caso di grandi lotti della stessa grafica. Per
contro, si tratta di metodi di stampa a contatto, in cui, per trasferire la grafica, i retini entrano in contatto diretto con la piastrella, uno per ogni colore presente nel design, con possibili
ripercussioni sulla resa. È un processo lungo e laborioso, ma
efficace, soprattutto per grandi produzioni. Tuttavia, complici
i rapidi cambiamenti del mercato, la concorrenza globale in
aumento e la crescente pressione dei costi, questo approccio
fatica a rispondere pienamente alle nuove esigenze. Secondo
gli standard attuali di efficienza di stampa, perfino una linea
semiautomatica di stampa serigrafica richiede set up relativamente lunghi, controlli e monitoraggio rigorosi.
Anche per questi motivi, l’industria ceramica sta cominciando
ad apprezzare i benefici della tecnologia di stampa senza contatto e, in particolare, di quella a getto d’inchiostro piezoelettrica drop-on-demand (Piezo DOD), in grado di aumentare la
flessibilità produttiva e ridurre alcuni costi, pur mantenendo,
e in alcuni casi migliorando, qualità di stampa, versatilità di
produzione e resa.
In sintesi, una tecnologia che consente di soddisfare l’attuale
domanda del mercato ma anche di aprire la strada a nuove
opportunità e possibili applicazioni.
L’uso sempre più diffuso di tecnologie digitali per la produ-
focus on
digital decoration
Pictures in this pages: Prototype realised by System with Dimatix printhead, 200 dpi, greyscale
Foto in queste pagine: Prototipo realizzato da System con testina Dimatix 200 dpi in scala di grigio
tunities and applications. The growing adoption of digital
technology for ceramic tile production will soon reach a tipping point, causing a transformation experienced by the
printing industry more than a decade ago.
Inkjet technology benefits
zione di piastrelle di ceramica raggiungerà presto una massa
critica tale da provocare una trasformazione simile a quella già
vissuta dal settore della stampa su carta più di un decennio fa.
I benefici della tecnologia a getto d’inchiostro
Although digital technology is not expected to completely
replace analog production anytime soon, its inherent advantages make it particularly well suited to supplant many
analog methods of ceramic tile decoration. These include
the ability to:
• Make short production runs for prototyping and trial
marketing.
• Accommodate shorter design life cycles and shifting
market demands.
• Reduce inventories, warehouse space.
• Accommodate new designs through the use of software
tools accessible to a broad range of people and
possibilities.
• Eliminate breakage and marring by avoiding contact
with substrates.
• Significantly reduce print setup costs.
• Ability to print onto uneven surfaces.
• Make just one tile of a set/range.
Anche se non si prevede che la tecnologia digitale sostituirà
completamente la produzione analogica nel breve periodo,
i suoi vantaggi la rendono particolarmente adatta a sostituire molti metodi analogici di decorazione delle piastrelle di
ceramica. Tra questi la possibilità di:
• Realizzare piccole produzioni (es. prototipazione e test
commerciali).
• Ridurre i tempi di progettazione e soddisfare le richieste
di un mercato in evoluzione.
• Ridurre le scorte e lo spazio di magazzino.
• Introdurre nuove grafiche con l’uso di strumenti
software facilmente accessibili.
• Eliminare i casi di rottura o difetti estetici causati dal
contatto col substrato.
• Ridurre in modo significativo i costi di preparazione per
la stampa.
• Stampare su superfici strutturate.
• Realizzare, a distanza di tempo, anche un’unica piastrella
di un intero lotto.
As demand grows for shorter production runs of ceramic tiles
from new and diverse markets, it will compel ceramic tile producers to seek out production printing systems that offer image quality, manufacturing productivity and process versatility. Piezo DOD inkjet technology in particular offers many
advantages over other traditional decoration systems in
meeting those demands. These include simplicity of operation, imaging precision, long life, and ability to handle a wide
range of ink formulation chemistries.
While inkjet inks are typically less viscous than screen printing
inks, the ability to handle high solid content (higher pigment
loading) is a key defining factor in successful, sustained noncontact printing and is a challenge to be met by inkjet solutions providers.
As a pioneer and the leading supplier of piezoelectric dropon-demand inkjet products used for industrial applications for
more than 25 years, FUJIFILM Dimatix, Inc., addresses these issues by delivering Piezo DOD inkjet technology that offers system builders and end users significant advantages. These
printheads are highly durable and designed specifically to
address demanding production requirements while withstanding unfavorable environmental conditions.
La crescente domanda di lotti produttivi più ridotti indurrà i
produttori a cercare sistemi di stampa che assicurano qualità di immagine, produttività e versatilità del processo.
Per soddisfare queste richieste, la tecnologia a getto d’inchiostro piezo DOD offre molti vantaggi rispetto ad altri sistemi di decorazione tradizionale, come la semplicità di
funzionamento, la precisione delle immagini, la durata e la
capacità di gestire una vasta gamma di formulazioni chimiche dell’inchiostro.
Anche se gli inchiostri per getto d’inchiostro sono in genere
meno viscosi di quelli serigrafici, la capacità di gestire un
alto contenuto solido (alta concentrazione di pigmento) è
un fattore chiave e rappresenta una sfida per i fornitori di
soluzioni per l’inkjet.
In qualità di pioniere e fornitore leader di prodotti a getto
d’inchiostro piezoelettrico drop-on-demand utilizzati per
applicazioni industriali da più di 25 anni, Fujifilm Dimatix affronta questi problemi fornendo testine di stampa che assicurano vantaggi significativi sia per gli impiantisti che per gli
utenti finali, in quanto altamente durevoli, progettate specificamente per soddisfare esigenze impegnative di produzione e per resistere a condizioni ambientali sfavorevoli.
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digital decoration
Image quality and productivity
1 Qualità d’immagine e produttività
FUJIFILM Dimatix printheads are widely recognized for their ability to sustainably jet ink and
many other fluids at high frequencies without
trading off drop placement accuracy. Drop
placement accuracy is fundamental to good
image quality and without it, images appear
weak and mottled. This feat is made possible
by a proprietary design that dedicates to
each channel a piezoelectric actuator that is
physically isolated from the fluid path. Separating the PZT actuators from the jetting fluids
used for printing allows a wider array of formulations including conductive inks and enables all the jets on FUJIFILM Dimatix printheads
to be individually addressable - able to fire
droplets simultaneously and at high frequencies, straight and true to their intended targets with inherently low channel cross-talk.
Printing systems designed with printheads that
can “fire on all cylinders” are inherently faster
and more productive (Fig. 1).
Standoff distance
The ability to jet repeatedly at high frequencies (currently up to 40,000 fires/second),
while maintaining a high degree of jet
straightness affords the machine designer
additional latitude in setting a larger standoff
distance from tiles and other substrates.
Standoff is the distance from the printhead nozzle to the substrate’s surface 2
(Fig. 2).
Increased standoff provides flexibility in
accommodating different substrate
grades and surface roughness. It also reduces the risk of printhead damage
caused by the head inadvertently coming in contact with the media during
printing. When comparing two different
printheads at identical standoff, the one
that shoots straighter with higher drop
velocity will deliver superior drop placement accuracy, even at higher printing
speeds (Fig. 3).
Drop size
3
Piezo DOD is an extremely versatile industrial inkjet technology
equally at home in products used
to produce Billboards as it is in
specialized systems used to deposit microscopic-size droplets of
conductive inks to fabricate precision photovoltaic arrays.
A key factor separating inkjet applications is drop size: the
physical volume of the ink droplets fired from a printhead,
typically measured in picoliters. Considering variable cover-
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Le testine di stampa Fujifilm Dimatix sono ampiamente riconosciute per la loro capacità di spruzzare inchiostro e molti altri fluidi in modo sostenibile e ad alte frequenze senza sacrificare la
precisione di posizionamento delle gocce, fattore
fondamentale per la buona qualità d’immagine e
senza la quale le immagini risulterebbero sbiadite
e a macchie. Questo è possibile grazie a un design proprietario che dedica a ciascun canale un
attuatore piezoelettrico fisicamente isolato dal
percorso del fluido. Separare gli attuatori PZT dai
fluidi utilizzati per la stampa consente una più
ampia gamma di formulazioni, compresi gli inchiostri conduttivi, e permette a tutti i getti sulle
testine di stampa di essere individualmente indirizzabili e quindi in grado di sparare goccioline
contemporaneamente e ad alte frequenze direttamente verso l’obiettivo in modo preciso e con
un basso cross-talk tra canali. I sistemi di stampa
progettati con testine di stampa in grado di operare a pieno ritmo sono più veloci e produttivi
(fig. 1).
Distanza di standoff
La capacità di sparare un getto ripetutamente ad
alte frequenze (attualmente fino a 40.000 spari/secondo), pur mantenendo un elevato grado di linearità del getto, offre ai progettisti delle macchine un margine più alto nel fissare una distanza
maggiore di standoff, ossia la distanza tra l’ugello della testina di stampa e la superficie
del substrato (fig. 2).
Una distanza di standoff maggiore assicura
flessibilità nel gestire substrati con diversa
struttura e rugosità superficiale. Si riduce anche il rischio di danni alle testine di stampa
causati da un contatto accidentale tra la testina e i veicoli durante la stampa. Confrontando due diverse testine di stampa con una distanza di standoff identica, quella che spara
più diritto e con velocità di goccia superiore
otterrà una precisione maggiore nel posizionamento della goccia, anche a velocità di
stampa superiore (fig. 3).
Dimensione della goccia
Un fattore che distingue le applicazioni a getto d’inchiostro è la dimensione delle goccioline: il volume fisico delle goccioline di
inchiostro sparate da una testina di
stampa si misura in genere in picolitri. Considerando le necessità variabili in termini di copertura, nonché la varietà di colori e rivestimenti che devono essere applicati su un’ampia gamma di
superficie, la stampa di piastrelle ceramiche presenta una sfida
unica.
age requirements, palette of colors and coatings, printed
across a range of surface areas, ceramic tile production
presents a unique set of challenges. In response, FUJIFILM Dimatix developed VersaDrop™, an advanced jetting technology that enables each of several hundred nozzles in one
or more printhead arrays to deliver from 10 to more than 100
picoliters (pL) in each drop of ink. In its simplest implementation, all the nozzles of a printhead or jet module could be
programmed to fire the same size drop on every cycle. The
technology also supports grayscale capability. By programming specific channels to fire different size drops at different
times, it can be used to print job components requiring
more tonal expression or higher resolution while operating
at the printer’s rated speed (Fig. 4).
One need only imagine the power of employing variable
drop-size technology on a production line with multiple
printheads, whether positioned in line or next to one another, or both, to see the enormous possibility inkjet technology
holds!
Come risposta, Fujifilm Dimatix ha sviluppato VersaDrop™,
una tecnologia avanzata di getto che consente a ciascuno delle diverse centinaia di ugelli disposti in una o più schiere di testine di erogare da 10 a oltre 100 picolitri (pl) in ogni goccia di
inchiostro.
Nell’applicazione più semplice, tutti gli ugelli di una testina di
stampa o di un modulo getto potrebbero essere programmati
in modo da sparare gocce della stessa dimensione in ogni ciclo. La tecnologia supporta anche la funzionalità della scala di
grigi. Se si programmano canali specifici in modo da sparare
gocce di dimensioni diverse in momenti diversi, il sistema può
essere utilizzato per stampare parti di un progetto che richiedono migliore espressione cromatica oppure una risoluzione
maggiore pur funzionando alla velocità nominale della stampante (fig. 4). Basta immaginare l’utilizzo della tecnologia con
goccia a dimensione variabile su una linea di produzione con
testine di stampa multiple, disposte in linea o uno accanto
all’altro o entrambe le configurazione, per capire l’enorme
potenzialità della tecnologia a getto d’inchiostro.
Fluid compatibility
Compatibilità con i fluidi
Inkjet printhead durability is an important requirement for
ceramic tile production, in which glass-based and other
heavily pigmented ink formulations are used to achieve the
bright colors and dense coloration commonly employed in
product design. Known for their high duty cycles and long
life, Dimatix printhead products also support a broad range
of ink and fluid types, enabling the design of advanced systems for demanding applications that are not only accurate and productive, but reliable and economical as well.
In our future installment, each of these critical topics will be
given in-depth treatment explaining their relevance to the
machine designer as well as an end-user.
La durata della testina di stampa a getto d’inchiostro è un requisito importante per il processo di produzione delle piastrelle che utilizza inchiostri pigmentati per ottenere colori e
colorazioni adeguate, in linea con la ricerca sul design e l’estetica del prodotto. Note per i loro cicli veloci di funzionamento e lunga durata, le testine di stampa Dimatix supportano anche una vasta gamma di tipi di inchiostro e fluidi, consentendo
la progettazione di sistemi avanzati per applicazioni impegnative, che oltre ad essere precise e altamente produttive, sono
anche affidabili ed economiche. Nei prossimi articoli, approfondiremo queste criticità per spiegare la loro rilevanza sia
per il progettista della macchina che per l’utente finale.
Toward the tipping point
Verso la massa critica
Today, several leading ceramic system manufacturers employ Piezo DOD inkjet printheads in their new printer designs, and more will follow.
It is only a matter of time before the industry transforms
inkjet production from a hot topic to a hot technology.
(JF) \
Oggi, diversi importanti impiantisti stanno adottando le testine di stampa a getto di inchiostro Piezo DOD nelle loro nuove stampanti, e altri seguiranno. È solo una questione di tempo prima che l’industria trasformerà la produzione a getto
d’inchiostro da un tema caldo in una tecnologia calda.
\
*Terry O’Keeffe, Technical Support Manager fro Europe: [email protected]
Prototype realised by System with Dimatix printhead, 200 dpi, greyscale
Prototipo realizzato da System con testina Dimatix 200 dpi in scala di grigio
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