Simon Eccles explore les opportunités créées par le passage de l’impression de carreaux céramiques de la sérigraphie au numérique.

Au cours des cinq dernières années, l’industrie mondiale de l’impression de carreaux a remarquablement adopté les imprimantes à jet d’encre, au point que les ventes de nouvelles presses sérigraphiques ont pratiquement disparu. « Il n’est plus question de proposer des carreaux numériques en option : la capacité numérique est attendue et le jet d’encre numérique est la seule option viable », déclare Gillian Ewers, spécialiste des céramiques chez le fabricant britannique de têtes d’impression Xaar.

L’impression de carreaux tire parti de nombreux atouts de l’impression numérique, une fois que certains défis techniques ont été relevés. Le premier jet d’encre dédié aux carreaux a été introduit par KERAjet en 1999, mais ce n’est qu’au milieu des années 2000 que l’évolution des têtes de jet d’encre a permis de traiter avec succès les viscosités plus élevées nécessaires pour les céramiques.

Le ralentissement économique mondial a frappé de plein fouet le secteur de la construction, entraînant une baisse des commandes de carreaux « architecturaux », de sorte que les courts tirages et les changements instantanés qu’offre le numérique sont devenus un avantage pour les imprimeurs de carreaux.

Selon le fabricant de jet d’encre EFI Cretaprint, basé en Espagne, il y a environ 10 000 producteurs de tuiles dans le monde, bien qu’ils aient tendance à être répartis de manière inégale, généralement dans les pays qui ont des ressources naturelles d’argiles appropriées. L’Italie et l’Espagne sont les principales zones de production en Europe, mais les 15 dernières années ont vu une croissance ailleurs, notamment en Turquie, en Égypte, en Chine, au Viêt Nam, au Brésil et au Mexique. La Chine est un marché énorme. La production mondiale totale de tuiles était estimée à 11 milliards de m2 en 2012, dont un peu moins de la moitié en Chine.

Selon M. Ewers, l’adoption du jet d’encre a permis à ces fabricants de réduire leurs coûts de production, leurs déchets, leurs travaux en cours et leurs stocks de produits finis, et d’améliorer leur réactivité face aux changements de conception et à la demande des clients.

« Ils produisent également des carreaux de meilleure qualité qui offrent une reproduction plus réaliste du marbre et d’autres matériaux naturels. Et ils le font dans les courts tirages demandés par les acheteurs. Au lieu d’être en concurrence sur les prix, ces fabricants peuvent l’être sur la créativité et l’innovation, et le faire avec de nouveaux matériaux ».

Avantages par rapport à l’écran

La sérigraphie était à l’origine le principal procédé utilisé pour l’impression des carreaux de céramique. Ce procédé est remarquable pour sa capacité à imprimer des encres à haute viscosité et à grandes particules de pigments, mais il s’agit d’un processus de longue haleine où chaque image doit être identique et où les changements prennent du temps.

À l’origine, les jets d’encre se heurtaient à la viscosité élevée et à la grande taille des particules des encres céramiques, mais au milieu des années 2000, ces problèmes ont été résolus grâce à de nouveaux types de têtes d’impression.

Aujourd’hui, plus encore que dans le domaine de la signalisation et de l’affichage ou du textile, le jet d’encre présente des avantages particuliers pour la production de carreaux. Les imprimantes à rouleaux sérigraphiques sont en contact avec les carreaux « biscuits » non cuits, qui sont fragiles et se cassent facilement. Les imprimantes à jet d’encre sont sans contact, ce qui permet de fabriquer des carreaux plus fins, car ils n’ont pas besoin d’être résistants au moment de l’impression (la résistance provient de la cuisson ultérieure à environ 1 200 degrés Celsius). Cependant, les encres spéciales doivent également résister à ces températures afin de se combiner en une glaçure durable avec une image permanente.

Les jets d’encre peuvent faire varier leur image en permanence, de sorte que, contrairement aux méthodes rotatives ou à écran plat conventionnelles, il n’est pas nécessaire de répéter l’image. Un sol à effet marbré, par exemple, peut être imprimé sur plusieurs carreaux, avec des veines reliées d’un carreau à l’autre, sans que l’image ne soit jamais répétée ou que deux carreaux ne se ressemblent. Inversement, un motif décoratif complexe ou une peinture murale peuvent être imprimés jusqu’à n’importe quelle taille sans nécessiter de prépresse complexe ni d’écrans multiples.

Ce qui est moins évident, c’est que les jets d’encre, contrairement à l’écran rotatif, peuvent imprimer sur des carreaux dont la surface est texturée, ce qui peut être fait par le processus de pressage, mais aussi de plus en plus par l’impression. Durst propose un module FX sur certains de ses jets d’encre céramique Gamma 75 et 120, qui permet de créer des textures telles que le grain de bois. L’année dernière, Xaar a lancé sa tête d’impression 001 pour les très grosses gouttes jusqu’à 200 nanolitres (1 nl = 1 000 picolitres), pour une couverture jusqu’à 700 g/m². Cette tête a déjà été utilisée pour l’impression de textures par Colorobbia sur une imprimante Sacmi HW.

Durst a lancé sa première imprimante de carreaux en 2005. Il s’agit d’un modèle Gamma XD

Les fours sont la partie la plus coûteuse du processus de production et fonctionnent normalement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, avec plusieurs lignes d’alimentation continue en carreaux non cuits. Des jets d’encre à passage unique sont nécessaires pour traiter le flux continu de carreaux de biscuit nouvellement pressés, avec une alimentation rapide par courroie reliée à une ligne de convoyeurs allant continuellement de la zone de pressage puis de l’imprimante à un four. L’environnement est difficile pour les imprimantes et les alimentations : les carreaux de biscuit sont chauds et fumants et il y a beaucoup de poussière abrasive.

Fabricants d’imprimantes à jet d’encre

Il existe une vingtaine de fabricants d’imprimantes de carreaux à jet d’encre, la plupart en Chine, mais aussi deux en Espagne et cinq en Italie. Xennia construit également des imprimantes de carreaux à jet d’encre pour l’exportation, car il n’y a pas d’industrie locale de fabrication de carreaux. Elle fabrique également sa propre gamme Zircon d’encres céramiques à large gamme. Toutefois, elle ne vend plus les imprimantes pour carreaux sous son propre nom, mais par l’intermédiaire d’accords OEM. Hope Ceramics, en Chine, est l’un d’entre eux et vend ses imprimantes sous le nom de Digital hope jet series, dans des largeurs allant de 350 à 1 050 mm.

Cretaprint, qui a été rachetée par EFI en 2012, fabriquait à l’origine des presses sérigraphiques rotatives, mais elle les a abandonnées pour devenir un fabricant presque entièrement numérique. « Je pense que plus personne n’achète de sérigraphie aujourd’hui », déclare Guillermo Garcia-Arregui Ferrando, directeur du développement commercial. « Nous pouvons en produire, mais toutes les entreprises de céramique préfèrent le jet d’encre numérique. Nous vendons encore quelques pièces détachées.

Une imprimante à jet d’encre EFI Cretaprint C3, présentée dans le cadre d’une ligne de production continue de carreaux.

La EFI Cretaprint C3 peut imprimer avec des résolutions de 360 x 575 dpi à 15 mètres par minute, ou 360 x 260 dpi à 35 m/min, sur des largeurs allant jusqu’à 700 mm. Le modèle C4, annoncé au salon Tecnargilla de l’industrie de la céramique et de la brique en septembre dernier, est plus compact et 30 % plus léger, avec une courroie à vide améliorée, capable de traiter des largeurs allant jusqu’à 745 mm avec jusqu’à huit barres d’impression couleur.

L’entreprise a également mis au point le logiciel Cretavision, qui utilise la vision par caméra pour détecter les motifs en relief sur la surface d’un carreau (pressés par la plaque de formage) et pour appeler les motifs appropriés à partir de l’œuvre d’art afin de les imprimer par-dessus.

Durst construit des imprimantes de carreaux céramiques en Italie depuis 2005 et dispose aujourd’hui d’une large gamme de machines de la série Gamma à passage unique, dans un choix de largeurs et de vitesses, y compris des modèles qui impriment deux carreaux côte à côte. Ses modèles les plus rapides impriment jusqu’à 90 m/minute, avec des têtes d’impression en niveaux de gris générant des gouttes de 28 à 90 picolitres.

Cette conception de carreaux produite par Colorobbia a été récompensée lors des Tecnargilla Design Awards 2014. Les carreaux texturés ont été produits à l’aide d’une combinaison de glaçure noire et de détails argentés imprimés sur une imprimante Sacmi HW utilisant des têtes d’impression Xaar 001 de grande taille avec les fluides numériques de Colorobbia.

La plupart des imprimantes de carreaux à jet d’encre sont des modèles à passage unique, ce qui est nécessaire pour suivre les lignes de production à grande échelle où les imprimantes sont placées sur les lignes de bande entre les presses de formage et le four.

Il existe également des imprimantes à plat multi-passages pour céramiques. Elles ont des points communs avec les imprimantes UV à plat utilisées pour la signalétique, mais elles sont spécialement conçues pour traiter les encres céramiques et les carreaux lourds. Elles sont principalement utilisées pour les impressions d’essai et les très courts tirages de carreaux spécialisés ou d’art.

Têtes et encres

Xaar a notamment développé des têtes pour les fabricants d’imprimantes OEM qui sont très bien adaptées aux caractéristiques des encres céramiques. En 2012 et 2013, ses ventes ont tellement profité de l’explosion du marché chinois de l’impression de carreaux que le cours de son action a quadruplé en l’espace d’un an, bien que 2014 ait vu un effondrement aux niveaux antérieurs à 2012 en raison de l’affaiblissement de l’économie chinoise.

La tête d’impression 1001 de Xaar, introduite en 2007, a été la première à permettre la projection d’encres pigmentaires à haute viscosité pour la céramique. Sa technologie TF (Through Flow) est intrinsèquement résistante aux blocages par des particules ou des bulles et permet également une recirculation continue de l’encre à l’arrière de la tête, ce qui empêche les particules de se déposer.

Le modèle original 1001 GS6 offrait des gouttes de 6 à 42 picolitres pour des tons doux, mais il a été rejoint en 2012 par la version GS12 avec 12 à 48 picolitres pour des couleurs plus profondes. En 2014, la tête 1002 a été introduite, avec des améliorations de la précision du placement des gouttes. Il existe à nouveau des versions GS6 et GS12, mais aussi une GS40 pour 40-160 picolitres.

Lors de Tecnargilla 2014, des imprimantes basées sur la GS40 ont été lancées par EFI Cretaprint, Intesa-Sacmi, KERAJet, SiTi B&T et TecnoFerrari. Plusieurs équipementiers chinois ont déclaré qu’ils travaillaient sur des modèles GS40. Il s’agit notamment de Hope Ceramics Machinery, Keda Clean Energy Co, Meijia Ceramics Equipment Co et New King Time.

D’autres fabricants ont ensuite développé des jets d’encre avec une recirculation adaptée aux encres céramiques. Il s’agit notamment de Toshiba TEC et de Seiko.

« La capacité de recirculation à l’intérieur et autour de la tête était cruciale pour faire fonctionner les imprimantes céramiques numériques et les transformer en réalité de production il y a quatre ou cinq ans », explique Philips chez Xennia. Cependant, il précise que maintenant qu’il existe des alternatives, Xennia utilise une gamme de têtes provenant de différents fabricants.

Les encres céramiques sont très différentes des encres graphiques conventionnelles. D’une part, leurs pigments changent de couleur, parfois radicalement, pendant la cuisson, ce qui complique la gestion des couleurs. Elles utilisent des fluides plus visqueux que ceux utilisés dans les jets d’encre de signalisation, tandis que les particules de pigment sont plus grandes et plus abrasives. Des sels solubles et des colles peuvent également être imprimés pour certains effets.

L’émergence d’un marché ouvert des encres, qui permet aux utilisateurs de ne pas être liés à la marque de l’imprimeur, a constitué une évolution intéressante à un stade précoce. Selon M. Ewers, de Xaar, « le marché ouvert des encres a exercé une pression concurrentielle suffisante pour réduire le prix des encres numériques sur le marché de la céramique et a contribué de manière significative à l’adoption de l’impression numérique dans la production de carreaux de céramique ».

Carreaux de sol et de mur à effet bois imprimés sur une imprimante KERAjet, avec des têtes Xaar 1001

Possibilités de transfert

Outre l’impression numérique directe de carreaux, il est également possible d’utiliser des toners céramiques spéciaux avec des imprimantes laser numériques modifiées pour produire des décalcomanies en couleur.

Ils sont principalement destinés aux plaques commémoratives, aux plaques et autres. Les imprimantes peuvent être des modèles de bureau modifiés à faible coût, et conviennent donc aux amateurs ou aux petits producteurs, mais les toners sont de véritables pigments céramiques et peuvent donc être cuits pour fusionner de manière permanente dans une glaçure. Cela donne une grande durabilité qui, contrairement à la surimpression par jet d’encre UV, peut être lavée au lave-vaisselle.

Conclusion

Depuis au moins 20 ans, l’industrie de l’imprimerie observe la progression relativement lente de l’impression numérique dans les domaines de la signalisation et de l’affichage, du graphisme et de la documentation, des livres et des vêtements. Pourtant, l’acceptation et l’adoption presque totales de l’impression numérique pour la décoration des carreaux en moins de dix ans n’a pas été remarquée en dehors de l’industrie elle-même.

La fabrication de structures en argile cuite et leur décoration est l’une des activités humaines les plus anciennes, mais cette industrie s’avère aujourd’hui l’une des plus souples dans l’adoption de nouvelles technologies d’impression.