Simon Eccles undersöker de möjligheter som skapas genom att trycket av keramiska plattor går från screen till digitalt.

Under de senaste fem åren har den globala kakeltryckeribranschen tagit till sig inkjetskrivare på ett anmärkningsvärt sätt, till den grad att försäljningen av nya screentryckpressar nästan helt har försvunnit. ”Det handlar inte längre om att erbjuda digitala kakelplattor som ett tillval: digital kapacitet förväntas och digital inkjet är det enda alternativet”, säger Gillian Ewers, keramikspecialist hos den brittiska skrivarhuvudtillverkaren Xaar.

Vid tryckning av kakel utnyttjas många av fördelarna med digitaltryck, efter att vissa tekniska utmaningar har övervunnits. Den första dedikerade bläckstråleskrivaren för kakel introducerades av KERAjet 1999, men det var först i mitten av 2000-talet som utvecklingen av bläckstrålehuvuden gjorde det möjligt att framgångsrikt hantera de högre viskositeter som krävs för keramik.

Den globala ekonomiska nedgången drabbade byggnadsindustrin särskilt hårt, vilket resulterade i mindre beställningar av ”arkitektoniska” plattor, så de korta serier med omedelbar omställning som digitalteknik erbjuder blev en positiv fördel för plattryckerierna.

Enligt den spanska bläckstråleskrivare EFI Cretaprint finns det cirka 10.000 kakeltillverkare i världen, men de tenderar att vara ojämnt fördelade, vanligtvis i länder som har naturliga resurser av lämpliga leror. Italien och Spanien är de viktigaste produktionsområdena i Europa, men under de senaste 15 åren har tillväxten skett på andra håll, bland annat i Turkiet, Egypten, Kina, Vietnam, Brasilien och Mexiko. Kina har varit en enorm marknad. Den totala världsproduktionen av kakel och klinker beräknades till 11 miljarder m2 2012, varav Kina stod för lite mindre än hälften.

Enligt Ewers har införandet av bläckstråleskrivare inneburit att ”alla dessa tillverkare har sänkt sina produktionskostnader, minskat sitt spill, sina pågående arbeten och sina lager av färdiga produkter samt förbättrat sin förmåga att reagera på designförändringar och kundernas efterfrågan.

”De producerar också plattor av högre kvalitet som ger en mer realistisk återgivning av marmor och andra naturmaterial. Och de gör det i de korta serier som köparna efterfrågar. I stället för att konkurrera med pris kan dessa tillverkare konkurrera med kreativitet och innovation, och göra det med nya material.”

Fördelar jämfört med skärm

Screentryck var ursprungligen den huvudsakliga process som användes för tryckning av keramiska plattor. Processen är känd för sin förmåga att trycka bläck med hög viskositet och stora pigmentpartiklar, men det är en långdragen process där varje bild måste vara densamma och omställningar tar tid.

Bläckstråleskrivare hade ursprungligen svårt att hantera de keramiska bläckens höga viskositet och stora partikelstorlek, men i mitten av 2000-talet kunde dessa problem lösas tack vare nya typer av skrivhuvuden.

Nu, ännu mer än inom skylt- och displaybranschen eller textilbranschen, har inkjet särskilda fördelar som är relevanta för kakelproduktion. Roller screen-skrivare kommer i kontakt med de obrända ”kex”-plattorna, som är ömtåliga och lätt går sönder. Bläckstråleskrivare är kontaktfria, vilket innebär att tunnare plattor kan tillverkas eftersom de inte behöver vara starka vid tryckningen (styrkan kommer från den senare bränningen vid cirka 1.200 grader C). Men specialfärgerna måste också tåla dessa temperaturer för att kunna förenas till en hållbar glasyr med en permanent bild.

Bläckstråleskrivare kan variera sin bild kontinuerligt när de körs, så till skillnad från konventionella rotations- eller plattskärmsmetoder finns det inget behov av att upprepa bilden. Något som ett golv med marmoreffekt kan löpa över flera plattor med vener som länkar över plattor och utan att någonsin upprepa bilden eller att två plattor är lika. Omvänt kan ett komplext dekorativt mönster eller väggmålning skrivas ut upp till vilken storlek som helst utan krav på komplex förtryck och flera skärmar.

Mindre uppenbart är att bläckstråleskrivare, till skillnad från roterande screen, kan skriva ut på plattor med en strukturerad yta, som kan tillverkas genom pressningsprocessen men som i allt högre grad också kan skrivas ut. Durst erbjuder en FX-modul på vissa av sina keramiska bläckstråleskrivare Gamma 75 och 120 som kan bygga upp texturer som träkorn. Förra året lanserade Xaar sitt 001-skrivhuvud för mycket stora droppar upp till 200 nanoliter (1 nl = 1.000 pikoliter), för täckning upp till 700 g/m². Detta har redan använts för texturtryck av Colorobbia på en Sacmi HW-skrivare.

Durst introducerade sin första dedikerade kakelskrivare 2005. Detta är en Gamma XD-modell

Brännugnar är den dyraste delen av produktionsprocessen och normalt körs de dygnet runt, med flera kontinuerliga matarlinjer av obrända plattor som leder in i dem. Single-pass bläckstråleskrivare behövs för att hantera den kontinuerliga strömmen av nypressade kexplattor, med en snabb bandmatning kopplad till ett transportband som löper kontinuerligt från pressområdet och sedan från skrivaren till en ugn. Miljön är utmanande för skrivarna och matarna: kexplattorna är varma och ångande och det finns mycket slipande damm.

Tillverkare av bläckstråleskrivare

Det finns cirka 20 tillverkare av bläckstråleskrivare för kakelplattor, de flesta i Kina, men två i Spanien och fem i Italien. Xennia bygger också bläckstråleskrivare för kakel för export, eftersom det inte finns någon lokal kakelindustri. Företaget tillverkar också sitt eget Zircon-sortiment av keramiska bläck med bred gamut. Företaget säljer dock inte längre kakelskrivarna under eget namn, utan via OEM-avtal. Hope Ceramics i Kina är en av dessa och säljer dem som Digital hope jet-serien, i bredder från 350 till 1.050 mm.

Cretaprint, som förvärvades av EFI 2012, tillverkade ursprungligen roterande screentryckpressar, men har nu övergett dessa för att bli en nästan helt digital tillverkare. ”Jag tror inte att någon köper screentryckare idag”, säger affärsutvecklingschefen Guillermo Garcia-Arregui Ferrando. ”Vi kan tillverka dem, men alla keramikföretag föredrar digitala bläckstråleskrivare. Vi säljer fortfarande en del reservdelar.”

En EFI Cretaprint C3 bläckstråleskrivare, som här visas som en del av en kontinuerlig produktionslinje för kakelplattor

EFI Cretaprint C3 kan trycka med en upplösning på 360 x 575 dpi vid 15 meter per minut, eller 360 x 260 dpi vid 35 m/min, på bredder upp till 700 mm. C4-modellen, som presenterades på Tecnargilla-mässan för keramik- och tegelindustrin i september förra året, är mer kompakt och 30% lättare, med ett förbättrat vakuumband som klarar bredder upp till 745 mm med upp till åtta färgfält.

Företaget har också utvecklat programvaran Cretavision, som använder kamerasyn för att upptäcka reliefmönster på en kakelplattas yta (som pressas in i plattan av formningsplattan) och för att hämta lämpliga mönster från illustrationer för att trycka ovanpå dessa.

Durst har tillverkat skrivare för keramiska plattor i Italien sedan 2005 och har idag ett stort utbud av maskiner i Gamma-serien med en enda passering i olika bredder och hastigheter, inklusive modeller som skriver ut två plattor sida vid sida. De snabbaste modellerna skriver ut i upp till 90 m/minut, med gråskalehuvuden som genererar 28-90 pikoliter droppar.

Denna kakeldesign som producerats av Colorobbia vann Tecnargilla Design Awards 2014. De texturerade plattorna tillverkades med en kombination av svart glasyr och silverdetaljer som trycktes på en Sacmi HW-skrivare med Xaar 001 skrivhuvuden med stor droppstorlek och Colorobbias digitala vätskor.

De flesta bläckstråleskrivare för kakelplattor är av typen single-pass, vilket krävs för att hålla jämna steg med fullskaliga produktionslinjer där skrivarna är placerade på band mellan formpressarna och ugnen.

Det finns också keramiska flatbäddsskrivare med flera pass. De har en del gemensamt med UV-flatbäddsskrivare som används för skyltning, men de är specialbyggda för att hantera keramiska bläck och tunga plattor. De används främst för testutskrifter och mycket korta körningar av specialist- eller konstplattor.

Huvuden och bläck

Xaar har i synnerhet utvecklat skrivhuvuden för OEM-skrivare som är mycket väl anpassade till egenskaperna hos keramiska bläck. Under 2012 och 2013 gynnades bolagets försäljning så mycket av den växande kinesiska marknaden för kakel- och klinkertryck att aktiekursen fyrdubblades på ett år, men 2014 skedde en kollaps tillbaka till de tidigare nivåerna före 2012 när den kinesiska ekonomin vacklade.

Xaars skrivhuvud 1001, som introducerades 2007, var det första som framgångsrikt möjliggjorde jetting av högviskösa bläck med stora pigment för keramik. TF-tekniken (Through Flow) har en inneboende motståndskraft mot blockeringar av partiklar eller bubblor och möjliggör dessutom en kontinuerlig återcirkulation av bläcket förbi huvudets baksida, vilket förhindrar att partiklar sedimenterar.

Den ursprungliga modellen 1001 GS6 hade droppar på 6-42 pikoliter för mjuka toner, men fick 2012 sällskap av GS12-versionen med 12-48 pikoliter för djupare färger. År 2014 introducerades 1002-huvudet med förbättrad precision i dropparnas placering. Även här fanns GS6- och GS12-versioner, men också en GS40 för 40-160 picoliter.

På Tecnargilla 2014 lanserades GS40-baserade skrivare av EFI Cretaprint, Intesa-Sacmi, KERAJet, SiTi B&T och TecnoFerrari. Flera kinesiska OEM-företag sade att de arbetar med GS40-modeller. Dessa inkluderar Hope Ceramics Machinery, Keda Clean Energy Co, Meijia Ceramics Equipment Co och New King Time.

Andra tillverkare har därefter utvecklat bläckstråleskrivare med recirkulation som är anpassade för keramiska bläck. Bland dessa kan nämnas Toshiba TEC och Seiko.

”Möjligheten att återcirkulera i och runt huvudet var avgörande för att digitala keramikskrivare skulle fungera och för att det skulle bli verklighet i produktionen för fyra eller fem år sedan”, säger Philips på Xennia. Han säger dock att nu när det finns alternativ använder Xennia en rad olika huvuden från olika tillverkare.

Keramiska bläck skiljer sig mycket från konventionella grafiska bläck. Bland annat ändrar pigmenten färg, ibland radikalt, under bränningen, vilket gör färghanteringen till en utmaning. De använder mer viskösa vätskor än vad som används i bläckstråleskrivare för skyltar, och pigmentpartiklarna är större och mer slipande. Lösliga salter och lim kan också tryckas för vissa effekter.

En intressant utveckling som skedde tidigt var uppkomsten av en öppen marknad för bläck, så att användarna inte är låsta till tryckeriets eget varumärke. Ewers på Xaar säger: ”Den öppna bläckmarknaden har skapat ett tillräckligt konkurrenstryck för att sänka priset på digitala bläck på den keramiska marknaden, och har varit en viktig bidragande orsak till att digitaltryck har börjat användas vid tillverkning av keramiska plattor.”

Golv- och väggplattor med träeffekt tryckta på en KERAjet-skrivare med Xaar 1001-huvuden

Möjligheter till överföring

Förutom direkt digitaltryck av plattor är det också möjligt att använda speciella keramiska toners med modifierade digitala laserskrivare för att producera vattenskivade dekaler i fullfärg.

Dessa är främst avsedda för minnesplattor, plaketter och liknande. Skrivarna kan vara billiga modifierade skrivbordsmodeller, så de är lämpliga för hobbyister eller små producenter, men tonrarna är äkta keramiska pigment och kan brännas för att smälta permanent i en glasyr. Detta ger hög hållbarhet som, till skillnad från övertryck med UV-bläckstråleskrivare, kan diskas i diskmaskin.

Slutsats

Under mer än 20 år har tryckeribranschen följt den relativt långsamma utvecklingen av digitaltryck inom skyltning och display, grafik och dokumentation, böcker och kläder. Ändå har den nästan fullständiga acceptansen och användningen av digitaltryck för kakel- och klinkerdekorationer på mindre än tio år i stort sett inte uppmärksammats utanför branschen själv.

Att göra strukturer av bränd lera och dekorera dem är en av de äldsta mänskliga tillverkningsaktiviteterna, men nu visar sig denna industri vara en av de mest flexibla när det gäller att anta ny tryckteknik.