Czy innowacyjne czyszczenie może obniżyć TCO w cyfrowym druku etykiet?

19 Mar 2024 13:01

Zużycie atramentu jest jednym ze zmiennych kosztów w druku cyfrowym. Różni się w zależności od zadania i często wyznacza granice opłacalności procesu. Nowo opracowany, bezdotykowy system czyszczenia ogranicza zużycie atramentu w maszynie Gallus One. Czy taka redukcja jest jednak na tyle znacząca, by zmniejszyć całkowity koszt posiadania (TCO)? „Tak” – mówi dr Burkhard Wolf z firmy Gallus Ferd. Rüesch AG, wyjaśniając, co kryje się za tą innowacją i w jaki sposób zmniejsza ona koszty atramentu nawet o 20%.

Dr Burkhard Wolf uchodzi za energicznego innowatora w dziedzinie druku cyfrowego, w której wykorzystuje swoją wiedzę z zakresu digitalizacji i inkjetu jako szef działu technologii cyfrowej. Wspólnie ze swoim zespołem pracuje nad rozwojem nowych platform dla cyfrowych systemów druku etykiet. Doświadczenie zdobywał w firmie Heidelberger Druckmaschinen AG, a także podczas studiów na kierunku inżynierii mechanicznej na politechnice w Darmstadt.

Znaczenie kosztów atramentu w druku cyfrowym

Powszechnie wiadomo, że koszty atramentu w druku cyfrowym mają znacznie większy wpływ na całkowity koszt posiadania niż koszty farb w analogowych procesach drukowania. Wpływają one na rentowność każdego zlecenia druku i czasami przyczyniają się do zmniejszenia jego marży do tego stopnia, że bardziej opłaca się produkcja analogowa niż cyfrowa, zwłaszcza w przypadku dłuższych serii. Nie dziwi zatem, że przetwórcy koncentrują się na atramencie jako czynniku kosztowym w druku cyfrowym i bardzo dokładnie analizują, jaki jest jego wpływ na nakład. Precyzyjne rejestrowanie kosztów jest ważnym warunkiem wstępnym utrzymania pod kontrolą całkowitego kosztu posiadania w druku cyfrowym.

Gdzie dochodzi do zużycia atramentu?

Atrament jest wymagany nie tylko do pokrycia nadruku farbą, lecz także do czyszczenia dysz, gdy głowice drukujące są przepłukiwane atramentem. Warto przyjrzeć się bliżej zużyciu atramentu, które wówczas następuje. Podczas procesu drukowania cząsteczki atramentu osadzają się na spodniej stronie listew drukujących, a zatem również na krawędzi dysz. Rozproszone światło powoduje utwardzanie cząstek atramentu, które później trudno usunąć. W rezultacie nawet najmniejsze osady mogą spowodować, że dysza zacznie wyrzucać krople pod kątem, co pogorszy jakość druku i spowoduje konieczność czyszczenia listwy drukującej.

Rozproszone światło, które trafia na listwy drukujące, jest emitowane przez moduły wstępnie utrwalające atrament (tzw. pinning modules), które znajdują się bezpośrednio obok listew drukujących. Ich zadaniem jest częściowe utwardzenie farby drukarskiej za pomocą energii UV przed dodaniem kolejnej kropli farby. Zapobiega to wzajemnemu przenikaniu się atramentów, co oznacza, że kropki atramentu są wyraźnie reprodukowane i nie występuje przesunięcie kolorów z powodu krwawienia (bleeding). Tym samym pinning UV stanowi nieodzowny element technologii nadruku na papierach powlekanych i foliach z tworzyw sztucznych w szybkich maszynach do druku cyfrowego.

Czyszczenie przez płukanie

Po zanieczyszczeniu dysze są często czyszczone poprzez spryskiwanie lub płukanie środkami czyszczącymi, a następnie przedmuchiwane. Nie jest to jednak wystarczające w przypadku pojawienia się bardziej uporczywych osadów. Wówczas głowice drukujące muszą zostać przepłukane od wewnątrz, tj. w celu ich oczyszczenia atrament jest pompowany przez dysze. Nie należy lekceważyć poziomu zużycia atramentu podczas takiego procesu, ponieważ na jedno czyszczenie potrzeba do kilkuset mililitrów atramentu.

Innym powodem, dla którego konieczne jest przepłukiwanie głowic drukujących, jest niejednolity wpływ atramentów w różnych kolorach na poziom ich zanieczyszczenia. Czasami zależy on od składników barwiących użytych w atramentach. Trudny do czyszczenia jest zwłaszcza pigment w kolorze fioletowym, ale czyszczenie listew drukujących utrudnia również biały atrament zawierający dwutlenek tytanu. Dzieje się tak, ponieważ pigmenty w tych atramentach mają tendencję do przylegania do silikonowej powierzchni listew drukujących i nie można ich usunąć przez płukanie. Często da się to zrobić wyłącznie na drodze fizycznego czyszczenia ręcznego, co wiąże się z ryzykiem uszkodzenia głowic drukujących.

Innowacyjny system czyszczenia

Burkhard Wolf opisuje, że punktem wyjścia do opracowania wydajnego i delikatnego systemu czyszczenia dysz dla Gallus One była niezadowalająca sytuacja, w której operator musiał ręcznie oczyszczać tak wrażliwą część maszyny. System został stworzony we współpracy z firmą Heidelberg w ramach obszernej serii testów, w których badano efekt czyszczący płukania uzupełnionego czyszczeniem ultradźwiękowym.

W czyszczeniu ultradźwiękowym płyn czyszczący jest wprawiany w wibracje. Wykorzystane w taki sposób ultradźwięki mają niesamowity wpływ na czyszczenie głowic atramentowych – mówi Burkhard Wolf, podsumowując wyniki testów. Po zakończeniu testów wytrzymałościowych ta opatentowana metoda czyszczenia będzie stosowana w maszynach produkcyjnych.

Proces czyszczenia

W koncepcji konstrukcyjnej Gallus One belki drukujące są nieruchome, co jest fundamentalną i opatentowaną innowacją całego zespołu drukującego tej maszyny cyfrowej. Na początku cyklu czyszczenia stół w kształcie łuku automatycznie przesuwa się w dół wraz z podłożem. Następnie wysuwa się jednostka czyszcząca składająca się z wygiętej w łuk szuflady, na której umieszczone są skrzynki czyszczące dla każdej belki drukującej.

Podczas podstawowego czyszczenia, które odbywa się po uruchomieniu oraz po wyłączeniu urządzenia Gallus One oraz w regularnych odstępach czasu, płyn czyszczący jest aplikowany na listwy drukujące w skrzynkach czyszczących, a następnie usuwany.

W przypadku wydłużonego czyszczenia ultradźwiękami generator pobudza płyn czyszczący z wykorzystaniem częstotliwości zoptymalizowanej podczas długiej serii testów, co powoduje jego wibracje, a tym samym delikatne i dokładne oczyszczenie płytki dyszy z cząsteczek atramentu, w tym spolimeryzowanych pozostałości atramentu na dyszach. Czyszczenie odbywa się wyłącznie od zewnątrz głowic drukujących, całkowicie eliminując zużycie atramentu poprzez przepłukiwanie dysz. Ten pionierski, opatentowany proces czyszczenia oznacza również, że nie jest konieczne usuwanie atramentu po jego zakończeniu.

Przerwy między czyszczeniami

Ponieważ stopień zanieczyszczenia listew drukujących zależy od rozproszonego światła emitowanego przez moduły pinningowe, odstępy między czyszczeniem mają związek z mocą, z jaką są one obsługiwane. Sama wydajność jest zmienną pomiarową, używaną w sposób skorelowany do kontrolowania interwałów czyszczenia, a zatem nie opiera się, jak to często bywa, na zakładanych cyklach z odpowiednim buforem bezpieczeństwa. Jednakże Gallus One odznacza się inteligentnym systemem wymuszonego czyszczenia, który oprócz podstawowych parametrów uwzględnia również pozostałe metry bieżące dołączonej rolki i oferuje szereg korzyści znacznie zwiększających wydajność i produktywność procesu drukowania. Na przykład interwały czyszczenia są planowane tak, aby występowały możliwie rzadko i by opierały się na intuicji operatora, który koordynuje nadchodzące czyszczenie ze zmianami zleceń lub rolek podłoża. Przykład interwałów czyszczenia odzwierciedla również wysoki poziom standaryzacji procesów i oparte na nich powtarzalne cykle, które prowadzą do wysokiej dostępności maszyny i rzadkich przestojów.

Zużycie atramentu w praktyce

Dostępne na rynku systemy druku cyfrowego oferują możliwość określenia zapotrzebowania na atrament dla zaplanowanego zlecenia druku. Zapewnia to przejrzystość wymagań dotyczących atramentu i kosztów atramentu podczas obliczeń. Często jednak nie jest oczywiste, że takie obliczenia odnoszą się tylko do kalkulacji kosztów atramentu dla danego zadania. Podejście to nie jest jednak wystarczające do faktycznego określenia całkowitych kosztów operacyjnych cyfrowej maszyny drukarskiej, ponieważ zużycie atramentu do płukania dysz zostaje doliczone do atramentu przeznaczonego do druku. Nie jest to bez znaczenia. Szacunki wskazują, że do skalkulowanego zużycia atramentu na krycie druku należy dodać ok. 20% atramentu wykorzystywanego do druku.

Uwe Alexander, menedżer ds. produktów cyfrowych w Gallus Ferd. Rüesch AG, podsumowuje zalety nowo opracowanego systemu czyszczenia w następujący sposób: Dzięki innowacyjnej koncepcji czyszczenia Gallus One zużywa do 20% mniej atramentu niż porównywalne systemy druku atramentowego na rynku, ponieważ nie wymaga przepłukiwania głowic atramentem.

Ma to również wpływ na całkowity koszt posiadania systemu druku cyfrowego. Zakładając, że miesięczne zużycie atramentu w systemie druku cyfrowego wynosi 200 litrów, daje to liniowe roczne zapotrzebowanie na atrament w wysokości 2400 litrów. Przy rynkowej cenie za litr wynoszącej 60 euro oznacza to koszty w wysokości 144 tys. euro rocznie dla systemu atramentowego do druku UV. Jeśli dałoby się je zmniejszyć o 20%, wówczas koszty zużycia atramentu spadają do 115 200 euro rocznie. Odpowiada to oszczędności w wysokości 28 800 euro rocznie w kosztach operacyjnych. W przeliczeniu na pięć lat daje to kwotę 144 tys. euro i tym samym staje się istotnym kryterium kosztowym przy inwestowaniu w system druku cyfrowego. Takie podejście sprawia, że wyraźne „tak”

dr. Burkharda Wolfa dla wpływu kosztów czyszczenia na całkowity koszt posiadania jest przejrzyste i zrozumiałe.

Dieter Finna

Tłumaczenie: TK