Inkjet verdrängt das Sieb bei Keramikfliesen

Simon Eccles untersucht die Möglichkeiten, die sich durch die Umstellung des Keramikfliesendrucks vom Siebdruck auf den Digitaldruck ergeben.

In den letzten fünf Jahren hat die weltweite Fliesendruckindustrie einen bemerkenswerten Zulauf zu Tintenstrahldruckern erlebt, so dass der Verkauf von neuen Siebdruckmaschinen fast völlig verschwunden ist. „Es geht nicht mehr darum, digitale Fliesen als optionales Extra anzubieten: digitale Fähigkeiten werden erwartet und digitaler Tintenstrahldruck ist die einzige realisierbare Option“, sagt Gillian Ewers, Keramikspezialistin beim britischen Druckkopfhersteller Xaar.

Das Bedrucken von Fliesen macht sich viele der Stärken des Digitaldrucks zunutze, nachdem einige technische Herausforderungen überwunden wurden. Der erste spezielle Tintenstrahldrucker für den Fliesendruck wurde 1999 von KERAjet eingeführt, aber erst Mitte der 2000er Jahre ermöglichten die Entwicklungen bei den Tintenstrahlköpfen, dass die für Keramik erforderlichen höheren Viskositäten erfolgreich verarbeitet werden konnten.

Der weltweite wirtschaftliche Abschwung hat die Bauindustrie besonders hart getroffen, was zu geringeren Aufträgen für „architektonische“ Fliesen führte, so dass die kleinen Auflagen mit sofortiger Umstellung, die der Digitaldruck bietet, zu einem positiven Vorteil für Fliesendrucker wurden.

Nach Angaben des spanischen Tintenstrahldruckers EFI Cretaprint gibt es weltweit etwa 10.000 Fliesenproduzenten, die allerdings ungleichmäßig verteilt sind, in der Regel in Ländern, die über natürliche Ressourcen geeigneter Tone verfügen. Italien und Spanien sind die Hauptproduktionsgebiete in Europa, aber in den letzten 15 Jahren gab es auch in anderen Ländern Wachstum, darunter die Türkei, Ägypten, China, Vietnam, Brasilien und Mexiko. China war ein riesiger Markt. Die weltweite Gesamtproduktion von Fliesen wurde für 2012 auf 11 Mrd. m2 geschätzt, wovon China etwas weniger als die Hälfte produzierte.

Laut Ewers hat die Einführung des Tintenstrahls dazu geführt, dass „diese Hersteller ihre Produktionskosten gesenkt, den Abfall, die unfertigen Erzeugnisse und die Bestände an fertigen Produkten reduziert und die Reaktionsfähigkeit auf Designänderungen und Kundennachfrage verbessert haben.

„Sie produzieren auch hochwertigere Fliesen, die eine realistischere Reproduktion von Marmor und anderen natürlichen Materialien bieten. Und sie tun dies in den von den Käufern geforderten kleinen Auflagen. Anstatt über den Preis zu konkurrieren, können diese Hersteller über Kreativität und Innovation konkurrieren, und zwar bei neuen Materialien.“

Vorteile gegenüber dem Bildschirm

Der Siebdruck war ursprünglich das Hauptverfahren für den Druck von Keramikfliesen. Das Verfahren zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, Farben mit hoher Viskosität und großen Pigmentpartikeln zu drucken, aber es ist ein langwieriger Prozess, bei dem jedes Bild gleich sein muss und Umstellungen Zeit brauchen.

Ursprünglich hatten Tintenstrahldrucker mit der hohen Viskosität und der großen Partikelgröße von Keramiktinten zu kämpfen, aber Mitte der 2000er Jahre wurden diese Probleme dank neuer Druckkopftypen überwunden.

Mehr noch als bei der Herstellung von Schildern und Displays oder Textilien bietet der Tintenstrahldruck bei der Fliesenproduktion besondere Vorteile. Rollensiebdrucker arbeiten in Kontakt mit den ungebrannten „Biskuit“-Fliesen, die zerbrechlich sind und leicht brechen. Tintenstrahldrucker arbeiten berührungslos, so dass dünnere Fliesen hergestellt werden können, da sie zum Zeitpunkt des Drucks nicht stark sein müssen (die Stärke kommt vom späteren Brennen bei etwa 1.200 Grad Celsius). Allerdings müssen auch die speziellen Tinten diesen Temperaturen standhalten, damit sie sich zu einer haltbaren Glasur mit einem dauerhaften Bild verbinden.

Tintenstrahldrucker können ihr Bild während des Laufs ständig variieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Rotations- oder Flachbildschirmmethoden muss das Bild also nicht wiederholt werden. So kann z.B. ein Boden mit Marmoreffekt über mehrere Kacheln verlaufen, wobei sich die Adern über die Kacheln hinweg verbinden, ohne dass sich das Bild jemals wiederholt oder zwei Kacheln gleich aussehen. Umgekehrt kann ein komplexes dekoratives Muster oder ein Wandbild in beliebiger Größe gedruckt werden, ohne dass eine komplexe Druckvorstufe und mehrere Siebe erforderlich sind.

Weniger offensichtlich ist, dass Inkjets im Gegensatz zum Rotationssiebdruck Fliesen mit einer strukturierten Oberfläche bedrucken können, die durch das Pressverfahren hergestellt, aber zunehmend auch gedruckt werden können. Durst bietet für einige seiner keramischen Tintenstrahldrucker Gamma 75 und 120 ein FX-Modul an, mit dem Texturen wie Holzmaserungen erzeugt werden können. Letztes Jahr hat Xaar seinen Druckkopf 001 für sehr große Tropfen bis zu 200 Nanoliter (1 nl = 1.000 Pikoliter) eingeführt, für eine Deckkraft von bis zu 700 g/m². Dieser wurde bereits von Colorobbia für den Texturdruck auf einem Sacmi HW-Drucker verwendet.

Durst führte 2005 seinen ersten speziellen Fliesendrucker ein. Dies ist ein Gamma XD-Modell

Brennöfen sind der teuerste Teil des Produktionsprozesses und werden in der Regel rund um die Uhr betrieben, wobei mehrere kontinuierliche Zuführungslinien mit ungebrannten Kacheln zu ihnen führen. Um den kontinuierlichen Strom frisch gepresster Keksfliesen zu verarbeiten, werden Single-Pass-Tintendrucker benötigt, die mit einem schnellen Förderband verbunden sind, das kontinuierlich vom Pressbereich und dann vom Drucker zum Brennofen läuft. Die Umgebung ist eine Herausforderung für die Drucker und die Zuführungen: Die Keksfliesen sind heiß und dampfend und es gibt eine Menge Schleifstaub.

Tintenstrahldrucker

Es gibt etwa 20 Hersteller von Tintenstrahl-Fliesendruckern, die meisten davon in China, aber auch zwei in Spanien und fünf in Italien. Xennia stellt auch Tintenstrahl-Fliesendrucker für den Export her, da es keine lokale Fliesenindustrie gibt. Das Unternehmen stellt auch seine eigene Zircon-Produktreihe mit keramischen Tinten mit großem Farbumfang her. Allerdings verkauft es die Fliesendrucker nicht mehr unter seinem eigenen Namen, sondern über OEM-Vereinbarungen. Hope Ceramics in China ist einer davon und verkauft sie als Digital Hope Jet Serie in Breiten von 350 bis 1.050 mm.

Cretaprint, das 2012 von EFI übernommen wurde, stellte ursprünglich Rotationssiebdruckmaschinen her, hat diese aber inzwischen aufgegeben, um ein fast vollständig digitaler Hersteller zu werden. „Ich denke, dass heutzutage niemand mehr Siebdrucker kauft“, sagt der Business Development Manager Guillermo Garcia-Arregui Ferrando. „Wir können sie zwar herstellen, aber alle Keramikunternehmen bevorzugen den digitalen Tintenstrahldruck. Wir verkaufen noch einige Ersatzteile.“

Ein EFI Cretaprint C3 Tintenstrahldrucker, hier als Teil einer kontinuierlichen Fliesenproduktionslinie

Die EFI Cretaprint C3 kann mit einer Auflösung von 360 x 575 dpi bei 15 Metern pro Minute oder 360 x 260 dpi bei 35 m/min auf Breiten bis zu 700 mm drucken. Das Modell C4, das auf der Tecnargilla-Messe für die Keramik- und Ziegelindustrie im vergangenen September vorgestellt wurde, ist kompakter und 30 % leichter und verfügt über ein verbessertes Vakuumband, das Breiten bis zu 745 mm mit bis zu acht Farbdruckbalken verarbeiten kann.

Das Unternehmen hat außerdem die Software Cretavision entwickelt, die mit Hilfe einer Kamera Reliefmuster auf der Oberfläche einer Fliese erkennt (die von der Formplatte eingedrückt werden) und die entsprechenden Muster von der Vorlage abruft, um diese zu bedrucken.

Durst baut seit 2005 Keramikfliesendrucker in Italien und verfügt heute über eine große Auswahl an Single-Pass-Maschinen der Gamma-Serie in verschiedenen Breiten und Geschwindigkeiten, darunter auch Modelle, die zwei Fliesen nebeneinander drucken. Die schnellsten Modelle drucken mit einer Geschwindigkeit von bis zu 90 m/Minute, wobei die Graustufenköpfe 28-90 Picoliter Tropfen erzeugen.

Dieses von Colorobbia produzierte Fliesendesign wurde bei den Tecnargilla Design Awards 2014 ausgezeichnet. Die strukturierten Fliesen wurden mit einer Kombination aus schwarzer Glasur und silbernen Details auf einem Sacmi HW-Drucker unter Verwendung von Xaar 001 Großtropfen-Druckköpfen mit den digitalen Flüssigkeiten von Colorobbia gedruckt.

Die meisten Tintenstrahldrucker für Fliesen sind Single-Pass-Typen, die erforderlich sind, um mit großen Produktionslinien Schritt zu halten, bei denen die Drucker auf Bandstraßen zwischen den Formpressen und dem Ofen stehen.

Es gibt auch Keramik-Flachbettdrucker mit mehreren Durchgängen. Sie haben einige Elemente mit den UV-Flachbettdruckern für die Beschilderung gemeinsam, sind aber speziell für die keramischen Tinten und schweren Fliesen ausgelegt. Sie werden hauptsächlich für Testdrucke und sehr kleine Auflagen von Spezial- oder Kunstfliesen verwendet.

Köpfe und Tinte

Xaar hat insbesondere Druckköpfe für OEM-Druckerhersteller entwickelt, die sehr gut auf die Eigenschaften von Keramiktinten abgestimmt sind. In den Jahren 2012 und 2013 profitierten die Umsätze des Unternehmens so sehr von dem boomenden chinesischen Markt für Fliesendruck, dass sich der Aktienkurs innerhalb eines Jahres vervierfachte. 2014 brach das Unternehmen jedoch wieder auf das Niveau von vor 2012 ein, als die chinesische Wirtschaft ins Stocken geriet.

Der Druckkopf 1001 von Xaar, der 2007 eingeführt wurde, war der erste, mit dem es möglich war, hochviskose Pigmenttinten für Keramik zu spritzen. Seine TF (Through Flow)-Technologie ist von Natur aus resistent gegen Verstopfungen durch Partikel oder Blasen und ermöglicht außerdem eine kontinuierliche Rezirkulation der Tinte an der Rückseite des Kopfes, was das Absetzen von Partikeln verhindert.

Das ursprüngliche 1001 GS6 Modell bot 6-42 Pikoliter Tropfen für sanfte Töne, wurde aber 2012 durch die GS12 Version mit 12-48 Pikoliter für tiefere Farben ergänzt. 2014 wurde der 1002 Kopf eingeführt, mit Verbesserungen bei der Genauigkeit der Tropfenplatzierung. Auch hier gab es die Versionen GS6 und GS12, aber auch einen GS40 für 40-160 Pikoliter.

Auf der Tecnargilla 2014 wurden GS40-basierte Drucker von EFI Cretaprint, Intesa-Sacmi, KERAJet, SiTi B&T und TecnoFerrari vorgestellt. Mehrere chinesische OEMs gaben an, dass sie an GS40-Modellen arbeiten. Dazu gehören Hope Ceramics Machinery, Keda Clean Energy Co, Meijia Ceramics Equipment Co, und New King Time.

Andere Hersteller haben daraufhin Tintenstrahldrucker mit Rezirkulation entwickelt, die für keramische Tinten geeignet sind. Dazu gehören Toshiba TEC und Seiko.

„Die Möglichkeit der Rezirkulation im und um den Kopf herum war entscheidend dafür, dass die digitalen Keramikdrucker funktionieren und vor vier oder fünf Jahren in die Produktionsrealität überführt werden konnten“, sagt Philips von Xennia. Er sagt jedoch, dass Xennia jetzt, da es Alternativen gibt, eine Reihe von Köpfen verschiedener Hersteller einsetzt.

Keramische Druckfarben unterscheiden sich stark von herkömmlichen Grafiktinten. Zum einen ändern ihre Pigmente während des Brennens ihre Farbe, manchmal radikal, was das Farbmanagement zu einer Herausforderung macht. Sie verwenden eine zähflüssigere Flüssigkeit als Signage-Tintenstrahldrucker, während die Pigmentpartikel größer und abrasiver sind. Für einige Effekte können auch lösliche Salze und Klebstoffe gedruckt werden.

Eine interessante Entwicklung war schon früh das Entstehen eines offenen Marktes für Tinten, so dass die Benutzer nicht an die eigene Marke des Druckers gebunden sind. Ewers von Xaar sagt: „Der offene Tintenmarkt hat einen ausreichenden Wettbewerbsdruck erzeugt, um die Preise für digitale Tinten auf dem Keramikmarkt zu senken, und er hat wesentlich zur Einführung des Digitaldrucks in der Keramikfliesenproduktion beigetragen.“

Boden- und Wandfliesen in Holzoptik, gedruckt auf einem KERAjet-Drucker mit Xaar 1001-Köpfen

Transfermöglichkeiten

Neben dem direkten Digitaldruck von Fliesen ist es auch möglich, spezielle Keramiktoner mit modifizierten digitalen Laserdruckern zu verwenden, um vollfarbige Wasserschiebebilder herzustellen.

Diese sind hauptsächlich für Gedenktafeln, Plaketten und dergleichen gedacht. Bei den Druckern kann es sich um preiswerte modifizierte Desktop-Modelle handeln, die für Hobbyisten oder kleine Hersteller geeignet sind. Die Toner sind jedoch echte keramische Pigmente und können daher gebrannt werden, um dauerhaft mit einer Glasur zu verschmelzen. Dies sorgt für eine hohe Haltbarkeit, die im Gegensatz zu UV-Tintenstrahl-Überdrucken spülmaschinenfest ist.

Fazit

Seit mehr als 20 Jahren beobachtet die Druckindustrie den relativ langsamen Fortschritt des Digitaldrucks in den Bereichen Schilder und Displays, Grafik und Dokumentation, Bücher und Bekleidung. Doch die fast vollständige Akzeptanz und Übernahme des Digitaldrucks für die Fliesendekoration in weniger als zehn Jahren ist außerhalb der Branche selbst weitgehend unbemerkt geblieben.

Die Herstellung von Strukturen aus gebranntem Ton und deren Dekoration ist eine der ältesten menschlichen Produktionstätigkeiten, doch jetzt erweist sich diese Industrie als eine der flexibelsten bei der Übernahme neuer Drucktechnologien.