3D-Objekte direkt bedrucken

In letzter Zeit wurde viel über 3D-Druck geschrieben. Doch es bleibt schwer vorstellbar, dass er im etablierten Bereich des 2D-Drucks eine große Rolle spielen wird.<br><br>&nbsp;

Stattdessen beobachten wir das Erstarken des wesentlich weniger beachteten, doch viel bedeutsameren 2D-Druck direkt auf dreidimensionalen Objekten. Die Technik wird bereits eingesetzt und nennt sich "Direct-To-Shape", DTS.

Hier waren bisher große, spezialisierte Industriebetriebe führend. Sie druckten in Fertigungsstraßen digital auf Flaschen, Getränkedosen, Industrierohre und die Oberflächen von Fliesen. Doch Heidelberg, der große deutsche Hersteller von Offset-Maschinen, hat Pläne für eine DTS-Produktfamilie, die sich nicht nur für kommerzielle und industrielle Anwendungen eignet, sondern auch in Einzelhandel- und Consumer-Märkte zum Einsatz kommen soll.

Für Einsteiger kann Direct-To-Shape in kleinerem Rahmen zunehmend auch von kleinen A2/A3 Flachbett-Druckern geleistet werden, den digitalen Entsprechungen von kleinen Siebdrucklinien oder Tampon-Druckern.

Bier mit großem Auftritt

In der Industrie erregte DTS Aufsehen, als KHS, ein großer deutscher Hersteller von Flaschenabfüllsystemen, im August 2015 Aufsehen die erste kommerzielle Installation seines "Direct Print Powered by KHS"-Systems bekannt gab. Die Neuheit war bereits ein paar Jahre zuvor auf der Messe Drinktec in München angekündigt worden.

Dabei kommen Xaar 1002-Druckköpfe in einer ungewöhnlichen, vertikalen "Skyscraper"-Anordnung zum Einsatz, die dann horizontal auf die gerade, zylindrische Seite der Flaschen gerichtet sind. Die Flaschen werden gedreht, während sie die Druckstation passieren, so dass sie sich bis zu einer Höhe von 70 mm Höhe rundum bedrucken lassen. Das gilt für Flaschen ab 40 und bis zu 125 mm Höhe.

Diese erste Installation steht bei Browerij Martens, der zweitgrößten Bierbrauerei in Belgien. Sie druckt relativ kleine, versionierte Auflagen von PET-Bierflaschen. Bier wird in Westeuropa zwar selten in PET-Flaschen abgefüllt, doch in Osteuropa ist das gängig.

Der erste Auftrag, der in der Öffentlichkeit bekannt wurde, war die Einführungs-Kampgne für ein Bier, das eine Reihe von Schauspielern der belgischen TV-Sitcom “FC De Kampioenen” zeigte. Diese bewarben ein “Jubilee Generale” im Oktober 2015.

Die Dagschotel-Bierflaschen zeigen Bilder von verschiedenen Schauspielern, denen über eine eigens entwickelte smartphone app Leben eingehaucht wird. Stehen zwei Flaschen nebeneinander, beginnen sie zu interagieren.

Martens wird auch zehntausende an Six-Pack-Kartons drucken, was in der Getränkeindustrie allerdings als Kleinauflage zählt.

Krones, ein weiterer großer deutscher Hersteller von Abfüllanlagen, kündigte auf der Interpack 2014 ein DTS-Projekt auf Inkjet-Basis an. Das DecoType-System wurde in Zusammenarbeit mit Heidelberg, entwickelt, die ihre 4D-Technologie mit vertikalen Xaar 1002-Druckköpfen so angepasst haben, dass damit UV-gehärtete Farben auf Leerflaschen aus PET, PP oder PE gedruckt werden können. Die Druckeinheit nutzt ein Karussell, das die Flaschen aus der Produktionsstraße zieht und nach dem Druck wieder zurückführt. Druckhöhen bis zu 200 mm sind so möglich.

Die KHS Installation bei Browerij Martens.

Laut Projektmanager Andreas Kraus "liegt der Vorteil in der Flexibilität der Lösung. Jeder Druck kann unterschiedlich sein, es lassen sich variable Daten integrieren um die Produkte zu individualisieren und personalisieren. Von besonderem Vorteil ist die Möglichkeit, Bereiche zu bedrucken, die mit heute üblichen Etiketten nicht erreicht werden, beispielsweise auch dort, wo der Hohlkörper Prägungen, Profile oder Strukturen aufweist. Das bedeutet, dass der Behälter aufgewertet wird. Wir glauben deshalb, dass dies die Technik der Zukunft ist."

Ein YouTube Video zeigt, wie das System auf die flachere Seite einer ovalen Plastikflasche druckt. Laut Jason Oliver von Heidelberg gibt es bereits eine Beta-Installation von DecoType.

Tuben in Rotation

Im Tuben- bzw. Hülsen-Druck hat sich bislang mehr getan als bei den Flaschen. Die deutsche Firma Hinterkopf nimmt für sich in Anspruch, den ersten digitalen Tubendrucker D240 entwickelt zu haben. Er druckt auf Aluminium- und Plastikhülsen, Aluminiumdosen, Kassetten, Flaschen, Tassen und anderen Behältern.

Der Preis beläuft sich auf etwa 2,5 Millionen Euro, abhängig von Konfiguration und Spezifikation. Hinterkopf installierte das erste Produktionssystem im Juli 2015 bei Ritter, einem österreichischen Unternehmen mit Standort südlich von Augsberg. Ritter produziert Plastikprodukte unter anderem für die Medizintechnik, den Straßen- und Landschaftsbau. Bisher kamen Sieb- und Thermotransferdruck zum Einsatz, doch die Firma war auf der Suche nach Lösungen, die einen schnelleren Wechsel zwischen den Aufträgen ermöglicht.

"Die Kunden kaufen immer kleinere Stückzahlen, die immer schneller geliefert werden sollen, so dass wir für Just-In-Time-Aufträge Lagerhaltung als Service anbieten müssen", so Geschäftsführer Ralf Ritter. "Wir wollen Trendsetter im Geschäft des On-Demand-Drucks von Plastikbehältern werden."

Ein weiterer Tubendrucker kommt von der italienischen Firma Martinenghi, deren Modell Michelangelo KX48P 2014 angekündigt wurde. Es druckt mit bis zu sieben Farben, darunter Weiß, auf Hülsen von 13,5 bis 66 mm Durchmesser und in Längen zwischen 50 und 280 mm.

In der Schweiz hat Wifag-Polytype das DigiCup, für den Druck auf quadratische Plastikwannen entwickelt, wie sie etwa bei der Margarine-Verpackung Verwendung finden. Es setzt Konica Minolta ein und wurde in Kooperation mit dem englischen Systemintegratoren Industrial Inkjet Ltd entwickelt. Die Maschine betrachtet Wannen als Kombination aus flachen Seiten und konischen Ecken. Sie bietet eine Alternative zu In-Mould-Labels, bei denen vorgedruckte Plastiketiketten in den Spritzguss gesetzt werden. Nach Angaben des Herstellers wurden bereits mehrere Systeme installiert.

Heidelberg nimmt den Einzelhandel ins Visier

Alle bisher erwähnten Systeme arbeiten im industriellen Umfang in der Produktion standardisierter Produkte wie Flaschen oder Tuben. Heidelberg hat eine Menge in die DTS-Technologie investiert. Das erste marktreife Produkt unter eigenem Namen zielt auf Consumer-Produkte in kleinen Auflagen, die online personalisiert und bestellt werden können. Heidelberg nennt sein System "4D" und meint damit 3D-Objekte, auf die eine zusätzliche Dimension in Form des Drucks aufgebracht wird.

Anfang 2014 kündigte Heidelberg die DTS-Maschine Jetmaster Dimension an, mit einer Roboterhalterung, die die Objekte unter dem Inkjet-Kopf dreht. Die ersten zwei kommerziellen Installationen wurden Ende 2014 in Betrieb genommen, eine bei BVD Druck + Verlag in Liechtenstein, die andere beim deutschen Druckhaus Mainfranken, einem Partner des Web-to-Print Dienstleisters Flyeralarm. Beide haben Erfahrung in der Produktion von Fußbällen, die online bestellt, personalisiert und bezahlt werden.

Diese beiden Maschinen drucken nur mit schwarzer UV-härtender Tinte. Es wird allerdings erwartet, dass Heidelberg im November 2015 auf der Inprint in München ein Vier-Farb-Modell ankündigt. (Das hat auch stattgefunden, Anm. d. Übersetzers.) Darüber hinaus gibt es für 2016 Pläne für weitere Modelle, darunter eines mit sechs Rotationsachsen, was die Anzahl der Bewegungsformen unter den Druckköpfen wesentlich erweitert.

Langfristig sieht das Unternehmen großes Potential in Direct-To-Shape: "DTS macht die Anpassung massenproduzierter Produkte schneller, billiger und flexibler“, so ein Sprecher. „Die Endkunden erwarten beim Kauf von Massenprodukten wie Sportartikeln, Schuhen, Möbeln oder Autos zunehmend personalisiertes Design. Qualitativ hochwertiger Druck mit Logos, Text und anderen grafischen Elementen steht dabei im Vordergrund.

Inkjet-Druck bietet die ideale Lösung, denn er erreicht berührungslos hochwertige Ergebnisse mit einer breiten Auswahl an Farben auf den unterschiedlichsten Oberflächen.“

Nach Jason Oliver spricht Heidelberg bereits mit verschiedenen Einzelhandelsunternehmen über den Einsatz von In-Store-Druckern. Sie sollen die Personalisierung einer ganzen Reihe von Produkten ermöglichen.

Erschwingliches DTS

In den vergangenen sieben Jahren ist eine ganze Reihe von kleinformatigen UV-LED-basierten Flachbettdruckern auf den Markt gekommen.Mimaki ist hier als Pionier zu sehen, gefolgt von Roland DG, Mutoh und einigen findigen Unternehmen, die Umbauten, zumeist auf Mimaki-Basis, anbieten. Diese Maschinen drucken zwar keine 100.000 Stück in der Stunde, kosten dafür aber auch nur 20.000 bis 40.000 Euro, und nicht Millionen.

Sie sind üblicherweise Mittel der Wahl beim Bebildern kleiner Werbegeschenke wie Kugelschreiber, Schlüsselanhänger, Handy-Hüllen, etc. Konventionellere industrielle Anwendungen sind etwa der Druck auf Schalttafeln und Armaturenbrettern.

Mit Spannvorrichtungen können mehrere Formen für den Druck in Position gehalten werden. Bei manchen Modellen rotieren die Halterungen unter den Druckköpfen, so dass sich die Kanten von Snap-on-Covern für Smartphones bedrucken lassen. Es gib außerdem Zylinder-Rotoren für einzelne Flaschen oder Hülsen.

Mimaki brachte zuerst den UJF-3042 im A3-Format für Objekte mit bis zu 50 mm Tiefe auf den Markt, spätere Modelle erweiterten die Durchlasshöhe auf 150 mm. In jüngerer Zeit vervollständigen die Modelle UJF-6042 im A2+-Format und der neue UJF-7151 mit einem Druckbett von 710 x 510 mm das Portfolio.

Roland DG stellte zunächst das Modell LEF-12 im 305 x 280 mm-Format vor, danach brachte man A3+ VersaUV LEF-20 mit A3+-Druckbrett heraus. Die jüngste Markteinführung kommt von Mutoh, der ValueJet 426UV druckt bis A3+. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Drittanbietern, die kleine Flachbettdrucker, meist solche von Mimaki, so modifizieren, dass die Durchlasshöhe vergrößert wird.

Ein zweischneidiges Schwert?

Direct-To-Shape-Druck ist in verschiedenen Bereichen der Druckindustrie von großer Bedeutung. Hier sind bisher Sieb- oder Tampon-Druck, Etiketten oder Übertragungsmethoden wie Farbsublimation und Nass-Schiebebilder etabliert. Die Trennung von Druck und Aufbringung entfällt bei DTS.

Dies könnte sich für etablierte Druckunternehmen als zweischneidiges Schwert erweisen. Wenn ihre Kunden die Technik etwa bei Geschenkartikeln selbst anwenden können, ergeben sich die bekannten Vorteile der Digitalisierung: kleinere Auflagen und Möglichkeiten zur Personalisierung werden wirtschaftlich attraktiv.

Mit Inkjet bedruckte PET-Flaschen vonBrowerij Martens.

KHS und Krones zeigen außerdem Lösungen, bei denen digitale DTS-Druckmaschinen einfach Teil von Fertigungsstraßen und Abfüllanlagen werden. Externe Druckdienstleistungen sind dadurch überflüssig. Wahrscheinlich wird sich Industrie an zwei Polen orientieren: Kleinere Kunden nutzen weiterhin externe Anbieter. Großunternehmen, die die entsprechenden Investments stemmen können, werden sich wohl die Arbeit ins eigene Haus holen.