Simon Eccles onderzoekt de mogelijkheden die ontstaan door de verschuiving van zeefdruk naar digitaal printen van keramische tegels.
De afgelopen vijf jaar heeft de wereldwijde tegeldrukindustrie een opmerkelijke populariteit van inkjetprinters gezien, zozeer zelfs dat de verkoop van nieuwe zeefdrukpersen vrijwel is verdwenen. “Het is niet langer een kwestie van digitale tegels aanbieden als een optionele extra: digitale mogelijkheden worden verwacht en digitale inkjet is de enige haalbare optie,” zegt Gillian Ewers, keramiekspecialist bij de Britse printkopfabrikant Xaar.
Het printen van tegels profiteert van veel van de sterke punten van digitaal printen, nadat enkele technische uitdagingen zijn overwonnen. De eerste speciale inkjet voor tegels werd geïntroduceerd door KERAjet in 1999, maar het was pas in het midden van de jaren 2000 dat ontwikkelingen in inkjetkoppen het mogelijk maakten om de hogere viscositeiten die nodig zijn voor keramiek met succes te verwerken.
De wereldwijde economische neergang trof de bouwsector bijzonder hard, wat resulteerde in kleinere orders voor “architecturale” tegels, dus de korte runs met directe omschakeling die digitaal bieden, werden een positief voordeel voor tegeldrukkers.
Volgens de in Spanje gevestigde inkjetproducent EFI Cretaprint zijn er wereldwijd ongeveer 10.000 tegelproducenten, hoewel ze meestal ongelijk verdeeld zijn, meestal in landen die over natuurlijke voorraden geschikte klei beschikken. Italië en Spanje zijn de belangrijkste productiegebieden in Europa, maar de afgelopen 15 jaar is er ook elders groei geweest, waaronder Turkije, Egypte, China, Vietnam, Brazilië en Mexico. China is een enorme markt. De totale wereldwijde productie van tegels werd geschat op 11 miljard m2 in 2012, waarvan China iets minder dan de helft produceerde.
Volgens Ewers heeft het gebruik van inkjet ervoor gezorgd dat “al deze fabrikanten hun productiekosten hebben verlaagd, afval, onderhanden werk en voorraden van afgewerkte producten hebben verminderd en beter hebben kunnen inspelen op ontwerpveranderingen en de vraag van klanten.
“Ze produceren ook tegels van hogere kwaliteit die een realistischere reproductie van marmer en andere natuurlijke materialen bieden. En ze doen dit in de kleine oplages waar kopers om vragen. In plaats van te concurreren op prijs, kunnen deze fabrikanten concurreren op creativiteit en innovatie, en dat doen met nieuwe materialen.”
Voordelen ten opzichte van schermen
Zeefdrukken was oorspronkelijk het belangrijkste proces voor het bedrukken van keramische tegels. Het proces staat bekend om de mogelijkheid om inkten met een hoge viscositeit en grote pigmentdeeltjes af te drukken, maar het is een proces met een lange doorlooptijd waarbij elke afbeelding hetzelfde moet zijn en omschakelingen tijd kosten.
Inkjets hadden aanvankelijk moeite met de hoge viscositeit en grote deeltjesgrootte van keramische inkten, maar halverwege de jaren 2000 waren die problemen overwonnen dankzij nieuwe printkoptypes.
Nu heeft inkjet, nog meer dan in sign en display of textielwerk, bijzondere voordelen voor de productie van tegels. Zeefdrukmachines maken contact met de ongebakken “biscuit” tegels, die breekbaar zijn en gemakkelijk breken. Inkjet is contactloos, dus er kunnen dunnere tegels worden gemaakt omdat ze niet sterk hoeven te zijn op het moment van printen (de sterkte komt van het latere bakken op ongeveer 1.200 graden Celsius). De speciale inkten moeten echter ook bestand zijn tegen deze temperaturen om samen te smelten tot een duurzaam glazuur met een permanente afbeelding.
Inkjets kunnen hun beeld voortdurend variëren terwijl ze lopen, dus in tegenstelling tot conventionele roterende of flatscreenmethoden is het niet nodig om het beeld te herhalen. Iets als een vloer met marmereffect kan over meerdere tegels lopen met aders die over de tegels heen lopen en zonder dat het beeld ooit wordt herhaald of dat twee tegels hetzelfde zijn. Omgekeerd kan een complex decoratief patroon of muurschildering op elk gewenst formaat worden afgedrukt zonder complexe prepress en meerdere schermen.
Minder voor de hand liggend is dat inkjets, in tegenstelling tot rotatiezeven, kunnen printen op tegels met een oppervlak met textuur, die kunnen worden gemaakt door het persproces maar ook steeds vaker kunnen worden geprint. Durst biedt op sommige van zijn Gamma 75 en 120 keramische inkjets een FX-module die texturen zoals houtnerf kan opbouwen. Vorig jaar introduceerde Xaar zijn 001 printkop voor zeer grote druppels tot 200 nanoliter (1 nl = 1000 picoliter), voor een dekking tot 700 g/m². Deze is al gebruikt voor textuurprinten door Colorobbia op een Sacmi HW-printer.
Durst introduceerde zijn eerste speciale tegelprinter in 2005. Dit is een Gamma XD-model
Ovens zijn het duurste onderdeel van het productieproces en draaien normaal gezien 24/7, met verschillende continue toevoerlijnen van ongebakken tegels erin. Er zijn single-pass inkjets nodig om de continue stroom pas geperste biscuittegels te verwerken, met een snelle bandtoevoer die gekoppeld is aan een transportband die continu van het persgebied en vervolgens van de printer naar een oven loopt. De omgeving is uitdagend voor de printers en de toevoer: de biscuittegels zijn heet en dampend en er is veel schurend stof.
Inkjetmakers
Er zijn ongeveer 20 fabrikanten van inkjettegelprinters, de meeste in China, maar met twee in Spanje en vijf in Italië. Xennia bouwt ook inkjettegelprinters voor de export, aangezien er geen lokale tegelindustrie is. Het maakt ook zijn eigen Zircon-assortiment keramische inkten met een breed gamma. Het verkoopt de tegelprinters echter niet meer onder eigen naam, maar via OEM-overeenkomsten. Hope Ceramics in China is daar één van en verkoopt ze als de Digital hope jet serie, in breedtes van 350 tot 1.050 mm.
Cretaprint, dat in 2012 werd overgenomen door EFI, maakte oorspronkelijk rotatiezeefdrukpersen, maar heeft deze nu laten vallen om een bijna volledig digitale fabrikant te worden. “Ik denk dat niemand tegenwoordig nog zeefdrukpersen koopt”, zegt business development manager Guillermo Garcia-Arregui Ferrando. “We kunnen ze wel produceren, maar alle keramische bedrijven geven de voorkeur aan digitale inkjet. We verkopen nog wel wat reserveonderdelen.”
Een EFI Cretaprint C3 inkjetprinter, getoond als onderdeel van een continue tegelproductielijn
De EFI Cretaprint C3 kan printen met resoluties van 360 x 575 dpi bij 15 meter per minuut, of 360 x 260 dpi bij 35 m/min, op breedtes tot 700 mm. Het C4-model, dat afgelopen september werd aangekondigd op de Tecnargilla keramiek- en baksteenindustriebeurs, is compacter en 30% lichter, met een verbeterde vacuümband, die breedtes tot 745 mm aankan met maximaal acht kleurenprintbalken.
Het bedrijf heeft ook Cretavision-software ontwikkeld, die camerazicht gebruikt om reliëfpatronen op het oppervlak van een tegel te detecteren (erin gedrukt door de vormplaat) en om de juiste patronen op te roepen uit artwork om erop te printen.
Durst bouwt sinds 2005 keramische tegelprinters in Italië en heeft tegenwoordig een groot assortiment machines uit de Gamma-serie met één doorgang in verschillende breedtes en snelheden, waaronder modellen waarmee twee tegels naast elkaar kunnen worden geprint. De snelste modellen printen tot 90 m/minuut, met grijswaardenkoppen die 28-90 picoliter druppels genereren.
Dit tegelontwerp van Colorobbia won de Tecnargilla Design Awards 2014. De tegels met textuur werden geproduceerd met een combinatie van zwart glazuur en zilveren details, gedrukt op een Sacmi HW-printer met Xaar 001 printkoppen met grote druppelgrootte en Colorobbia’s digitale vloeistoffen.
De meeste inkjet tegelprinters zijn single-pass printers, wat nodig is om mee te gaan met grootschalige productielijnen waar de printers op bandlijnen staan tussen de vormpersen en de oven.
Er bestaan ook keramische flatbed printers met meerdere doorgangen. Ze hebben enkele elementen gemeen met flatbed UV-printers die gebruikt worden voor bewegwijzering, maar ze zijn speciaal gebouwd om keramische inkten en zware tegels te verwerken. Ze worden vooral gebruikt voor testprints en zeer kleine oplages van specialistische of kunsttegels.
Koppen en inkten
Xaar in het bijzonder heeft koppen ontwikkeld voor OEM-printers die zeer geschikt zijn voor de eigenschappen van keramische inkten. In 2012 en 2013 profiteerde de omzet zo veel van de explosief groeiende Chinese markt voor het printen van tegels dat de aandelenkoers binnen een jaar verviervoudigde, maar in 2014 zakte de koers weer terug naar het niveau van voor 2012 toen de Chinese economie haperde.
Xaar’s 1001 printkop, geïntroduceerd in 2007, was de eerste die met succes grote pigmentinkten met een hoge viscositeit voor keramiek kon jetten. De TF-technologie (Through Flow) is inherent bestand tegen verstopping door deeltjes of luchtbellen en zorgt ook voor een continue recirculatie van de inkt langs de achterkant van de kop, waardoor deeltjes zich niet kunnen afzetten.
Het originele 1001 GS6 model bood 6-42 picoliter druppels voor zachte tinten, maar werd in 2012 uitgebreid met de GS12 versie met 12-48 picoliter voor diepere kleuren. In 2014 werd de 1002 kop geïntroduceerd, met verbeteringen in de nauwkeurigheid van de druppelplaatsing. Ook hier waren er GS6- en GS12-versies, maar ook een GS40 voor 40-160 picoliter.
Op Tecnargilla 2014 werden GS40-gebaseerde printers gelanceerd door EFI Cretaprint, Intesa-Sacmi, KERAJet, SiTi B&T en TecnoFerrari. Verschillende Chinese OEM’s zeiden dat ze aan GS40-modellen werken. Dit zijn onder andere Hope Ceramics Machinery, Keda Clean Energy Co, Meijia Ceramics Equipment Co en New King Time.
Andere fabrikanten hebben vervolgens inkjets ontwikkeld met recirculatie die geschikt is voor keramische inkten. Dit zijn onder andere Toshiba TEC en Seiko.
“De mogelijkheid om in en rond de kop te recirculeren was cruciaal om digitale keramische printers te laten werken en dit vier of vijf jaar geleden in de productierealiteit om te zetten”, zegt Philips bij Xennia. Hij zegt echter dat nu er alternatieven zijn, Xennia een reeks koppen van verschillende fabrikanten gebruikt.
Keramische inkten zijn heel anders dan conventionele grafische inkten. Om te beginnen veranderen hun pigmenten van kleur, soms radicaal, tijdens het bakken, wat kleurbeheer tot een uitdaging maakt. Er wordt een visceuzere vloeistof gebruikt dan in inkjets voor bewegwijzering, terwijl de pigmentdeeltjes groter en schurender zijn. Voor sommige effecten kunnen ook oplosbare zouten en lijmen worden gebruikt.
Een interessante ontwikkeling in een vroeg stadium was de opkomst van een open markt voor inkten, zodat gebruikers niet vastzitten aan het eigen merk van de printer. Ewers van Xaar zegt: “De open inktmarkt heeft voor voldoende concurrentiedruk gezorgd om de prijs van digitale inkten in de keramische markt te verlagen en heeft in belangrijke mate bijgedragen aan de adoptie van digitaal printen in de productie van keramische tegels.”
Vloer- en wandtegels met houteffect geprint op een KERAjet printer, met Xaar 1001 koppen
Overstapmogelijkheden
Naast het direct digitaal printen van tegels is het ook mogelijk om speciale keramische toners te gebruiken met aangepaste digitale laserprinters om full-colour waterslide decals te produceren.
Deze zijn vooral bedoeld voor gedenkplaten, plaquettes en dergelijke. De printers kunnen goedkope aangepaste desktopmodellen zijn en zijn dus geschikt voor hobbyisten of kleine producenten, maar de toners zijn echte keramische pigmenten en kunnen dus worden gebakken om permanent in een glazuur te versmelten. Dit geeft een hoge duurzaamheid die, in tegenstelling tot UV inkjet overdrukken, vaatwasmachinebestendig is.
Conclusie
Al meer dan 20 jaar ziet de grafische industrie de relatief langzame vooruitgang van digitaal printen in sign & display, grafische vormgeving en documentatie, boeken en kleding. Toch is de bijna volledige acceptatie en toepassing van digitaal voor tegeldecoratie in minder dan tien jaar buiten de industrie zelf grotendeels onopgemerkt gebleven.
Het maken van structuren van gebakken klei en het decoreren ervan is een van de oudste menselijke productieactiviteiten, maar nu blijkt deze industrie een van de meest flexibele te zijn in het toepassen van nieuwe printtechnologieën.