Wie man direkt auf 3D-Objekte druckt

In den letzten drei oder vier Jahren haben wir viel über 3D gehört. Aber so clever es auch ist, es ist schwer vorstellbar, dass es eine große Rolle im etablierten 2D-Drucksektor spielen wird.

Stattdessen sehen wir jetzt eine viel ruhigere, aber bedeutendere Mischung aus 2D-Drucken direkt auf dreidimensionale Objekte. Man nennt das „Direct-to-Shape“ (DTS) und es findet jetzt statt.

Die Schlagzeilenmacher waren große und spezialisierte Industrieanlagen für den Digitaldruck auf Abfüllanlagen, Getränkedosen, Industrieröhren und Fliesenkanten. Heidelberg, der große deutsche Hersteller von Offsetdruckmaschinen, plant jedoch, eine Direct-to-Shape-Produktfamilie für den Einzelhandels-/Verbrauchermarkt sowie für den kommerziellen und industriellen Druck einzuführen.

Auf der Einstiegsebene kann Direct-to-Shape zunehmend in kleinerem Maßstab mit kleinen A3/A2-Flachbettdruckern durchgeführt werden, die das digitale Äquivalent zu kleinen Sieb- und Tampondruckern sind.

Bier macht Furore

Im August 2015 sorgte Direct-to-Shape in der Schwerindustrie für Aufsehen, als KHS, ein großer deutscher Hersteller von Flaschenabfüllanlagen, die erste kommerzielle Installation seines „Direct Print Powered by KHS“-Systems ankündigte, das vor ein paar Jahren auf der Dr inktec in München erstmals vorgestellt wurde.

Dabei kommen Xaar 1002 Druckköpfe zum Einsatz, die in einer ungewöhnlichen vertikalen „Wolkenkratzer“-Anordnung angeordnet sind und horizontal auf die geraden zylindrischen Seiten der Flaschen feuern. Die Flaschen werden gedreht, während sie die Druckstationen passieren. So entstehen Rundumgrafiken mit einer Höhe von bis zu 70 mm auf Flaschen mit einem Durchmesser von 40-125 mm.

Martens druckt Sechserpacks aus Pappe in Zehntausenden von Exemplaren, wenn nicht mehr, aber das ist in der Getränkeindustrie immer noch wenig.

Krones, ein weiterer großer deutscher Hersteller von Flaschenabfüllanlagen, hat auf der Interpack 2014 ein Inkjet-DTS-Projekt angekündigt. Sein DecoType System wurde in Zusammenarbeit mit Heidelberg entwickelt, das seine 4D-Technologie mit vertikalen Xaar 1002 Köpfen angepasst hat, um leere Flaschen aus PET, PP oder PE mit UV-gehärteter Tinte zu bedrucken. Der Drucker basiert auf einem Karussell, das Flaschen aus einer Standardlinie aufnimmt und nach dem Druck wieder zurückgibt. Es sind Druckhöhen von bis zu 200 mm möglich.

Röhren im Schleudergang

Der Tubendruck hat bisher mehr Entwicklung erfahren als der Flaschendruck. Das deutsche Unternehmen Hinterkopf behauptet, das erste zu sein, das einen digitalen Tubendrucker entwickelt hat, den es D240 nennt. Er ist für das Bedrucken von Kunststoff- und Aluminiumtuben, Aluminiumdosen, Kartuschen, Flaschen, Bechern und anderen Behältern gedacht.

Der Preis liegt je nach Konfiguration und Spezifikation bei etwa 2,5 Millionen €. Das erste Produktionssystem von Hinterkopf wurde im Juli 2015 bei Ritter, einem österreichischen Unternehmen südlich von Augsburg, installiert. Ritter stellt Kunststoffprodukte für Branchen wie die Medizintechnik, den Straßenbau und die Landschaftsgestaltung her. Das Unternehmen hat bisher mit Siebdruck und Thermotransferdruck gearbeitet, wollte aber ein System, das sich zwischen den Aufträgen schneller ändern lässt.

„Die Kunden kaufen immer kleinere Mengen, die in kürzeren Zeiträumen geliefert werden sollen, so dass wir den Service der Lagerhaltung und der Just-in-Time-Lieferungen anbieten müssen“, sagt Mitgeschäftsführer Ralf Ritter. „Wir wollen Trendsetter im Print-on-Demand-Geschäft mit Kunststoffpatronen sein.“

In der Schweiz hat Wifag-Polytype DigiCup entwickelt, ein Direktdrucksystem für viereckige Kunststoffbecher, wie z.B. Margarinebehälter. Es verwendet Druckköpfe von Konica Minolta und wurde mit Hilfe des britischen Integrators Industrial Inkjet Ltd. entwickelt. Dabei werden die Becher als eine Kombination aus flachen Seiten und konischen Seitenteilen behandelt. Es wird als Alternative zu In-Mould-Labels gesehen, bei denen vorgedruckte Kunststoffetiketten in die Spritzgussformen für die Behälter eingelegt werden. Nach Angaben des Unternehmens wurden bereits mehrere Systeme installiert.

Heidelberg zielt auf Einzelhändler

Alle Systeme, die wir bisher erwähnt haben, waren für den „industriellen“ Einsatz und für standardisierte Produkte wie Flaschen oder Tuben bestimmt. Das erste kommerzielle Produkt, das seinen eigenen Namen trägt , ist für Kleinstauflagen bestimmt, die für Konsumgüter mit Online-Personalisierung über das Internet bestimmt sind. Heidelberg nennt seine DTS-Systeme „4D“ und meint damit 3D-Objekte, die mit einer zusätzlichen Druckdimension versehen sind.

Anfang 2014 kündigte das Unternehmen einen DTS-Drucker namens Jetmaster Dimension an, der mit einem Roboterhalter ausgestattet ist, der Objekte unter einem Tintenstrahlkopf dreht. Die ersten beiden kommerziellen Installationen erfolgten Ende 2014 bei dem in Liechtenstein ansässigen BVD Druck + Verlag und dem deutschen Druckhaus Mainfranken, einem Druckpartner des Web-to-Print-Unternehmens Flyeralarm. Beide produzieren personalisierte Fußbälle, die online bestellt, personalisiert und bezahlt werden können.

Diese beiden Maschinen drucken nur mit schwarzer UV-härtender Tinte. Auf der inPrint in München im November 2015 wird Heidelberg jedoch ein Vierfarbenmodell ankündigen. Für 2016 ist die Einführung weiterer Modelle geplant, darunter eines mit sechs Rotationsachsen, mit dem eine größere Bandbreite an Formen unter den Druckköpfen bewegt werden kann.

Das Unternehmen sieht längerfristig ein großes Potenzial für Direct-to-Shape: „Es wird den Prozess der Individualisierung von Massenprodukten schneller, billiger und flexibler machen. Endverbraucher suchen beim Kauf von Massenartikeln wie Sportartikeln, Schuhen, Möbeln und Autos zunehmend nach personalisierten Gestaltungsmöglichkeiten. Hochwertiger Druck mit Logos, Text und anderen grafischen Elementen ist meist ihre erste Wahl.

„Der Tintenstrahldruck ist die ideale Lösung, da er qualitativ hochwertige Ergebnisse in einer breiten Palette von Farben auf einer Vielzahl von Oberflächen liefern kann, ohne mit dem Produkt in Berührung kommen zu müssen.“

Oliver sagt, dass Heidelberg bereits mit Einzelhandelsunternehmen über die Installation von In-Store-Druckern spricht, die eine Reihe von Objekten individuell gestalten können, so Jason Oliver.

Erschwingliche DTS

In den letzten sieben Jahren hat Mimaki mit einer Familie kleinformatiger UV-LED-Flachbett-Tintenstrahldrucker Pionierarbeit geleistet (gefolgt von Roland DG, Mutoh und einigen cleveren Drittanbietern, die Mimaki hacken). Diese Geräte drucken keine 100.000 Stück pro Stunde, aber sie kosten 20.000 bis 40.000 € und nicht Millionen.

Sie werden in der Regel für kleine Werbedrucke, Kugelschreiber, Goldkugeln, Schlüsselanhänger, Telefonhüllen und ähnliches verwendet. Sie können auch für konventionellere industrielle Anwendungen wie Schalter und Instrumententafeln verwendet werden.

Vorrichtungen können verwendet werden, um mehrere Gegenstände in Position zu halten, damit das gedruckte Bild darauf ausgerichtet werden kann. In einigen Fällen können sich die Vorrichtungen unter den Köpfen drehen, so dass z.B. die Ränder von Telefongehäusen bedruckt werden können. Zylinderrotatoren können für einzelne Flaschen und Tuben verwendet werden.

Gemischter Segen?

Der Direktdruck hat eine große Bedeutung für mehrere etablierte Sektoren der Druckindustrie, die heute hauptsächlich den Tampondruck, das Siebdruckverfahren, selbstklebende Etiketten oder eine Vielzahl von Transfermethoden wie Farbsublimation oder Wasserschiebeabziehbilder verwenden. Die separate Druck- und Anwendungsphase entfällt.

Für etablierte Druckereien könnte dies ein gemischter Segen sein. Einerseits, wenn sie es selbst für Artikel wie Geschenkartikel einsetzen können, dann bringt es die üblichen digitalen Vorteile von Kleinauflagen und Personalisierung in einem effizienten Paket.