Simon Eccles bada możliwości, jakie stwarza przejście od sitodruku do druku cyfrowego na płytkach ceramicznych.

W ciągu ostatnich pięciu lat globalna branża druku płytek ceramicznych odnotowała niezwykłe zainteresowanie drukarkami atramentowymi, do tego stopnia, że sprzedaż nowych maszyn sitodrukowych praktycznie zanikła. „Nie chodzi już o oferowanie cyfrowych płytek jako opcjonalnego dodatku: oczekuje się możliwości cyfrowych, a cyfrowy druk atramentowy jest jedyną realną opcją” – mówi Gillian Ewers, specjalistka ds. ceramiki w brytyjskim producencie głowic drukujących Xaar.

Drukowanie płytek wykorzystuje wiele mocnych stron druku cyfrowego, po pokonaniu pewnych wyzwań technicznych. Pierwsza dedykowana drukarka atramentowa do płytek została wprowadzona przez KERAjet w 1999 roku, ale dopiero w połowie 2000 roku rozwój głowic atramentowych pozwolił z powodzeniem obsługiwać wyższe lepkości wymagane dla ceramiki.

Globalne spowolnienie gospodarcze szczególnie mocno uderzyło w branżę budowlaną, skutkując mniejszymi zamówieniami na płytki „architektoniczne”, więc krótkie serie z natychmiastową zmianą, które oferuje technologia cyfrowa, stały się pozytywną zaletą dla drukarni płytek.

Według hiszpańskiego producenta drukarek atramentowych EFI Cretaprint na całym świecie istnieje około 10 000 producentów płytek, choć są oni zwykle nierównomiernie rozmieszczeni, zazwyczaj w krajach, które mają naturalne zasoby odpowiedniej gliny. Włochy i Hiszpania są głównymi obszarami produkcji w Europie, ale w ciągu ostatnich 15 lat odnotowano wzrost w innych krajach, w tym w Turcji, Egipcie, Chinach, Wietnamie, Brazylii i Meksyku. Chiny są ogromnym rynkiem. Szacuje się, że w 2012 r. całkowita światowa produkcja płytek wyniosła 11 mld m2, z czego Chiny wyprodukowały nieco mniej niż połowę.

Według Ewersa, zastosowanie drukarek atramentowych oznaczało, że „wszyscy ci producenci obniżyli koszty produkcji, zmniejszyli ilość odpadów, produkcji w toku i zapasów gotowych produktów, a także poprawili zdolność reagowania na zmiany projektowe i zapotrzebowanie klientów.

„Produkują również płytki wyższej jakości, które oferują bardziej realistyczne odwzorowanie marmuru i innych naturalnych materiałów. I robią to w krótkich seriach, których wymagają kupujący. Zamiast konkurować ceną, producenci ci mogą konkurować kreatywnością i innowacyjnością, a także nowymi materiałami”.

Zalety w porównaniu z ekranem

Sitodruk był pierwotnie głównym procesem stosowanym do drukowania płytek ceramicznych. Proces ten jest godny uwagi ze względu na jego zdolność do drukowania atramentów o wysokiej lepkości i dużych cząstkach pigmentu, ale jest to proces długotrwały, w którym każdy obraz musi być taki sam, a zmiany wymagają czasu.

Atramenty początkowo zmagały się z wysoką lepkością i dużymi rozmiarami cząstek atramentów ceramicznych, ale w połowie XXI wieku problemy te zostały przezwyciężone dzięki nowym typom głowic drukujących.

Obecnie, nawet bardziej niż w przypadku szyldów i wyświetlaczy lub tekstyliów, druk atramentowy ma szczególne zalety związane z produkcją płytek. Sitodrukarki rolkowe mają kontakt z niewypalonymi „biskwitowymi” płytkami, które są kruche i łatwe do złamania. Druk atramentowy jest bezkontaktowy, dzięki czemu można wytwarzać cieńsze płytki, ponieważ nie muszą one być mocne w punkcie drukowania (wytrzymałość pochodzi z późniejszego wypalania w temperaturze około 1200 stopni C). Jednak specjalne atramenty muszą również wytrzymać te temperatury, aby połączyć się w trwałą glazurę z trwałym obrazem.

Drukarki atramentowe mogą zmieniać swój obraz w sposób ciągły podczas pracy, więc w przeciwieństwie do konwencjonalnych metod obrotowych lub płaskich ekranów, nie ma potrzeby powtarzania obrazu. Coś takiego jak podłoga z efektem marmuru może przebiegać przez wiele płytek z żyłkami łączącymi płytki i bez powtarzania obrazu lub dwóch takich samych płytek. I odwrotnie, złożony wzór dekoracyjny lub mural można wydrukować w dowolnym rozmiarze bez konieczności skomplikowanego przygotowania do druku i stosowania wielu sit.

Mniej oczywiste jest to, że atramenty, w przeciwieństwie do sit obrotowych, mogą drukować na płytkach z teksturowaną powierzchnią, która może być wykonana w procesie tłoczenia, ale coraz częściej może być również drukowana. Durst oferuje moduł FX w niektórych swoich ceramicznych urządzeniach atramentowych Gamma 75 i 120, który może tworzyć tekstury, takie jak słoje drewna. W zeszłym roku Xaar wprowadził głowicę drukującą 001 dla bardzo dużych kropli do 200 nanolitrów (1 nl = 1000 pikolitrów), dla pokrycia do 700 g/m². Została ona już wykorzystana do drukowania tekstur przez Colorobbia na drukarce Sacmi HW.

Durst wprowadził swoją pierwszą dedykowaną drukarkę do płytek w 2005 roku. Jest to model Gamma XD

Piece są najdroższą częścią procesu produkcyjnego i zwykle pracują 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, z kilkoma liniami ciągłego podawania niewypalonych płytek. Jednoprzebiegowe drukarki atramentowe są potrzebne do obsługi ciągłego strumienia świeżo wyprasowanych płytek, z szybkim podawaniem taśmowym połączonym z linią przenośnika biegnącą nieprzerwanie z obszaru prasowania, a następnie z drukarki do pieca. Środowisko jest wymagające dla drukarek i podajników: płytki biskwitowe są gorące i parują, a także jest dużo pyłu ściernego.

Producenci drukarek atramentowych

Istnieje około 20 producentów atramentowych drukarek do płytek, większość w Chinach, ale dwóch w Hiszpanii i pięciu we Włoszech. Xennia buduje również drukarki atramentowe do płytek na eksport, ponieważ nie ma lokalnego przemysłu produkującego płytki. Produkuje również własną gamę atramentów ceramicznych Zircon o szerokim gamucie. Jednak nie sprzedaje już drukarek do płytek pod własną nazwą, ale za pośrednictwem umów OEM. Hope Ceramics w Chinach jest jednym z nich, sprzedając je jako serię Digital hope jet, w szerokościach od 350 do 1050 mm.

Firma Cretaprint, która została przejęta przez EFI w 2012 roku, pierwotnie produkowała rotacyjne maszyny do sitodruku, ale teraz zrezygnowała z nich, aby stać się niemal całkowicie cyfrowym producentem. „Myślę, że obecnie nikt nie kupuje sitodrukarek” – mówi kierownik ds. rozwoju biznesu Guillermo Garcia-Arregui Ferrando. „Możemy je produkować, ale wszystkie firmy ceramiczne wolą cyfrowe drukarki atramentowe. Wciąż sprzedajemy części zamienne”.

Drukarka atramentowa EFI Cretaprint C3, pokazana jako część ciągłej linii produkcyjnej płytek ceramicznych

EFI Cretaprint C3 może drukować w rozdzielczości 360 x 575 dpi z prędkością 15 metrów na minutę lub 360 x 260 dpi z prędkością 35 m/min, na szerokości do 700 mm. Model C4, zapowiedziany na targach ceramiki i cegły Tecnargilla we wrześniu ubiegłego roku, jest bardziej kompaktowy i o 30% lżejszy, z ulepszonym pasem podciśnieniowym, zdolnym do obsługi szerokości do 745 mm z maksymalnie ośmioma kolorowymi paskami drukującymi.

Firma opracowała również oprogramowanie Cretavision, które wykorzystuje wizję kamery do wykrywania wzorów reliefowych na powierzchni płytki (wciśniętych w nią przez płytkę formującą) oraz do wywoływania odpowiednich wzorów z grafiki w celu wydrukowania ich na wierzchu.

Durst buduje drukarki do płytek ceramicznych we Włoszech od 2005 roku i obecnie posiada szeroką gamę jednoprzebiegowych maszyn z serii Gamma o różnych szerokościach i prędkościach, w tym modele, które drukują dwie płytki obok siebie. Najszybsze modele drukują z prędkością do 90 m/minutę, a głowice w skali szarości generują krople o objętości od 28 do 90 pikolitrów.

Ten projekt płytek wyprodukowany przez Colorobbia zwyciężył w konkursie Tecnargilla Design Awards 2014. Teksturowane płytki zostały wyprodukowane przy użyciu kombinacji czarnego szkliwa i srebrnych detali wydrukowanych na drukarce Sacmi HW przy użyciu głowic drukujących Xaar 001 o dużym rozmiarze kropli z cyfrowymi płynami Colorobbia.

Większość drukarek atramentowych do płytek to drukarki jednoprzebiegowe, co jest konieczne, aby nadążyć za pełnowymiarowymi liniami produkcyjnymi, na których drukarki znajdują się na liniach taśmowych między prasami formującymi a piecem.

Istnieją również wieloprzebiegowe płaskie drukarki do ceramiki. Mają one pewne elementy wspólne z płaskimi drukarkami UV używanymi do oznakowania, ale są specjalnie zaprojektowane do obsługi atramentów ceramicznych i ciężkich płytek. Są one używane głównie do wydruków testowych i bardzo krótkich serii płytek specjalistycznych lub artystycznych.

Głowice i tusze

Xaar w szczególności opracował głowice dla producentów drukarek OEM, które są bardzo dobrze dostosowane do charakterystyki atramentów ceramicznych. W 2012 i 2013 r. sprzedaż firmy tak bardzo skorzystała na rozrastającym się chińskim rynku druku na płytkach ceramicznych, że cena jej akcji wzrosła czterokrotnie w ciągu roku, choć w 2014 r. nastąpił spadek do poziomów sprzed 2012 r., gdy chińska gospodarka słabła.

Głowica drukująca 1001 firmy Xaar, wprowadzona na rynek w 2007 roku, była pierwszą, która z powodzeniem umożliwiła strumieniowanie atramentów pigmentowych o dużej lepkości do ceramiki. Technologia TF (Through Flow) jest z natury odporna na blokowanie przez cząstki lub pęcherzyki powietrza, a także umożliwia ciągłą recyrkulację atramentu z tyłu głowicy, co zapobiega osadzaniu się cząstek.

Oryginalny model 1001 GS6 oferował krople o wielkości 6-42 pikolitrów dla gładkich tonów, ale w 2012 roku dołączyła do niego wersja GS12 z 12-48 pikolitrami dla głębszych kolorów. W 2014 roku wprowadzono głowicę 1002, w której poprawiono dokładność umieszczania kropli. Ponownie dostępne były wersje GS6 i GS12, ale także GS40 dla 40-160 pikolitrów.

Na targach Tecnargilla 2014 drukarki oparte na GS40 zostały zaprezentowane przez EFI Cretaprint, Intesa-Sacmi, KERAJet, SiTi B&T i TecnoFerrari. Kilku chińskich producentów OEM zapowiedziało, że pracuje nad modelami GS40. Należą do nich Hope Ceramics Machinery, Keda Clean Energy Co, Meijia Ceramics Equipment Co i New King Time.

Inni producenci opracowali następnie atramenty z recyrkulacją, która jest odpowiednia dla atramentów ceramicznych. Należą do nich Toshiba TEC i Seiko.

„Zdolność do recyrkulacji w głowicy i wokół niej miała kluczowe znaczenie dla funkcjonowania cyfrowych drukarek ceramicznych i przekształcenia ich w rzeczywistość produkcyjną cztery lub pięć lat temu” – mówi Philips z Xennia. Mówi jednak, że teraz, gdy istnieją alternatywy, Xennia korzysta z szeregu głowic różnych producentów.

Atramenty ceramiczne bardzo różnią się od konwencjonalnych atramentów graficznych. Po pierwsze, ich pigmenty zmieniają kolor, czasami radykalnie, podczas wypalania, co sprawia, że zarządzanie kolorami jest wyzwaniem. Wykorzystują one bardziej lepkie płyny niż te stosowane w atramentach do oznakowań, a cząsteczki pigmentu są większe i bardziej ścierne. Rozpuszczalne sole i kleje mogą być również drukowane w celu uzyskania niektórych efektów.

Interesującym wydarzeniem na wczesnym etapie było pojawienie się otwartego rynku atramentów, dzięki czemu użytkownicy nie są uzależnieni od marki własnej drukarki. Ewers z Xaar mówi: „Otwarty rynek atramentów zapewnił wystarczającą presję konkurencyjną, aby obniżyć ceny atramentów cyfrowych na rynku ceramicznym i w znacznym stopniu przyczynił się do przyjęcia druku cyfrowego w produkcji płytek ceramicznych”.

Płytki podłogowe i ścienne z efektem drewna wydrukowane na drukarce KERAjet przy użyciu głowic Xaar 1001

Możliwości transferu

Oprócz bezpośredniego druku cyfrowego płytek, możliwe jest również użycie specjalnych tonerów ceramicznych ze zmodyfikowanymi cyfrowymi drukarkami laserowymi do produkcji pełnokolorowych naklejek wodnych.

Są one przeznaczone głównie do produkcji tablic pamiątkowych, tabliczek itp. Drukarki mogą być niedrogimi, zmodyfikowanymi modelami biurkowymi, więc są odpowiednie dla hobbystów lub małych producentów, ale tonery są prawdziwymi pigmentami ceramicznymi, więc mogą być wypalane w celu trwałego stopienia się ze szkliwem. Zapewnia to wysoką trwałość, która w przeciwieństwie do nadruków atramentowych UV, nadaje się do mycia w zmywarce.

Wnioski

Przez ponad 20 lat branża poligraficzna obserwowała stosunkowo powolny rozwój druku cyfrowego w zakresie oznakowania i ekspozycji, grafiki i dokumentacji, książek i odzieży. Jednak niemal całkowita akceptacja i przyjęcie druku cyfrowego do dekoracji płytek w mniej niż dziesięć lat pozostało w dużej mierze niezauważone poza samą branżą.

Tworzenie struktur z wypalanej gliny i dekorowanie ich jest jednym z najstarszych działań produkcyjnych człowieka, ale obecnie branża ta okazuje się jedną z najbardziej elastycznych w przyjmowaniu nowych technologii druku.