Inkjet - Easyfairs

Technologien und
Trends im Digitaldruck
Prof. Fritz Bircher, 26. März 2014
Inhalt
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Kurzvorstellung des Instituts iPrint
Überblick Digitaldrucktechnologien
Trends und Potenziale von Systemen
Trends und Potenziale bei Druckköpfen,
Tinten und Trocknungssystemen
• Ausblick
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Das Institut iPrint
Neues transdisziplinäres Institut
• Aufbau über 4 Jahre (2013-2016)
• Aufbaufinanzierung durch die
Ursula Wirz-Stiftung
• Eingebettet in das Umfeld von
FH und Uni in Fribourg
• Integriert in den neuen
Technologiepark BlueFACTORY
• Aktuell 4 Prof. und 5 wiss. Mitarb.
iPrint richtet sich auf den
Digitaldruck aus mit einem klaren
Fokus auf die Inkjet Technologie
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Zielsetzungen
• Führendes Forschungsinstitut im Digitaldruck in der
Schweiz und Errichten eines Kompetenzzentrums
• Forschungsaktivitäten in alle Bereiche hinein, wo Inkjet
Prozesse zur Anwendung kommen können
• Wir unterstützen KMU mit angewandter Forschung in einem
starken Netzwerk von akademischen und industriellen
Partnern
• Ausbildung von Fachspezialisten in den Kernkompetenzen
mit interdisziplinärem Verständnis
• Generierung von eigenen Innovationen und Umsetzung mit
geeigneten Industriepartnern
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Schlüsselprojekt 1
JumboJET Printer
Golden Creativity Award 2006
SnowJET Printer
MobileJET Printer
Grossflächendruck
5
Schlüsselprojekt 2
Industrial Label Printer
Home Printer
Braille Druck
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Grafischer Druck
Themen:
• Verpackungsdruck
• Digital Finishing mit optischen
und haptischen Effekten
• Industrieller Grossformatdruck
Projects:
• Neue Prinzipien für hochviskoses
Jetten
• Druck auf sphärische Objekte
• Universaler Primer für
gleichbleibende Qualität auf
verschiedenen Substraten
INKJET
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Materialdruck
Themen:
• Gedruckte Elektronik
• 3D Druck
• Druck von MEMS Strukturen
• Selektive Beschichtungen
Projekte:
• Digitaler Druck von Partikel
geladenen Fluiden
• 3D Strukturen mit inhomogenen
Eigenschaften (FGM’s)
• Gedruckte low-cost Sensoren
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Drucken in Life Science
Themen:
• Mikro- und Nanodosierung
• Screening applications
• Tissue Engineering
Projekte:
• Entwicklunng von Bio
Druckköpfen
• Neue Prinzipien für volumetrische
Nanodosierung
• Biodrucker für menschliche
Gewebe
• INKJET
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Technologie-Interessen
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Partner Institute
FH Fribourg:
ChemTech
iRAP
Institute of Chemical
Technologies
Institute of Applied
Polymers
Uni Fribourg:
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Technologiepark Fribourg
www.bluefactory.ch
ist eine von 3
Technologie-Plattformen
4 Plattformen:
• SICHH
(Swiss Integrative Center for Human Health)
• Smart Living Lab
•
www.inno2.ch
• bioFACTORY
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Technologien und
Trends im Digitaldruck
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Digitaldruck wächst rasant
• Books:
+21 Mia. A4-Seiten  +70%
• TransPromo:
+9.6 Mia. A4-Seiten  +140%
• Newspapers:
+9.3 Mia. A4-Seiten  +130%
• Magazines:
+6.7 Mia. A4-Seiten  +220%
• Immer kleinere Auflagen
• POD hält überall Einzug
InfoTrends’ 2012-2017 production digital print
• Qualität des Digitaldrucks ist
application forecast for U.S. and Western Europe
heute konkurrenzfähig
• Digitaldrucker werden immer schneller
 Und Inkjet steht erst am Anfang seines Potenzials !
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Übersicht Digitaldruck
Digitaldruck-Technologien
Elektrofotographie
Liquid
Toner
Dry
Toner
Inkjet
Continuous
Drop-ondemand
Thermotransfer
Direkt
Transfer
Sublimation
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Übersicht Inkjet
Inkjet Technologie
Drop-ondemand
Continuous
Binary
deflectionl
Multipledefl
ection
Thermal
Piezo
Electrostatic
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Was ist Inkjet?
Tropfengenerierung
Düse
Druckwelle
Tintenkanal
Inkjet ist Mikrofluidik in sehr kleinen
Dimensionen:
• Tropfen von wenigen pl
• Anders als in der Makrowelt dominieren hier
physikalisch Oberflächenspannungen,
Kapillarkräfte, Elektrostatik und laminare
Strömungen
• Mikrofluidische Material-Dosiersysteme werden
zum Schlüssel der Nanotechnologie
Tropfen auf
dem Substrat
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Continuous Inkjet
Binary deflection
• Kodak Stream, Domino,
VideoJet
Muli-level deflection (MLD)
• Domino, Imaje, Hitachi,
Linx, VideoJet
Tropfen werden ununterbrochen
erzeugt und nach Bedarf abgelenkt
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Drop-on-demand Inkjet
• Canon, HP, Kodak,
Lexmark, Memjet,
Olivetti
• Brother, Epson,
FF Dimatix, HP,
Konica Minolta,
Kyocera,
Panasonic, Ricoh,
SII, TTEC, Trident,
Xaar, Xerox
ELEKTROSTATISCH
• Seiko-Epson,
Tonejet
Tropfen werden nur bei Bedarf erzeugt
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Einsatz der Inkjetverfahren
CIJ MLD (4 Düsen)
1400
Auflösung dpi
1200
1000
DOD low cost
800
DOD industrial
600
400
CIJ binary
CIJ MLD (1 Düse)
200
0
1
10
100
1000
10000
Flächenleistung m2/h
Quelle: Industry trade and market organizations, Pivotal Resources
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Potenzial von neuen
Drucksystemen
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Stream Inkjet Technology
Mit CIJ werde grosse und
kleine Tropfen mit 20 m/s
generiert. Durch einen
Luftstrom werden die kleinen
Tropfen abgelenkt und nur die
grossen erreichen das
Substrat.
Kodak Prosper 6000XL
Auflösung 600 dpi
Geschwindigkeit bis 1000 fpm
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Landa nanographic printing
Inkjet Verfahren zum Aufbringen der
wasserbasierten Nanotinte.
Der auf dem Transferband
getrocknete Film wird auf
das Substrat übertragen.
Geniales und sicher
relevantes Verfahren.
Es könnte aber noch sehr
lange dauern, bis es erfolgreich am Markt ist. Wer finanziert dies?
Derweil gehen andere Verfahren in die gleiche Richtung (allenfalls sogar schneller)
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Laser sonic printing
Nozzle free inkjet printing:
• Print resolution: up to 1200 x 1200 dpi
• Print speed up to 20 m/min (4 m2/min)
• Owner: Aurentum, Deutschland
http://www.aurentum.de
• Umsetzung: DI Project AG
http://www.diprojektag.com/
Das Projekt ist schon mehr als
10 Jahre unterwegs und noch
nicht auf dem Markt!
Interessant für den
Funktionsdruck und im
Packaging  digitaler Tiefdruck
Mangels Partner aktuell im
Stand-by !
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Markteinschätzung Inkjet
• 11 Unternehmen sind auf die Drupa 2012 hin neu in den Inkjet
Bereich eingestiegen: KBA, Konika Minolta, Landa, Komori, MGI, …
• Nr. 1 und 2 im aktuellen CF Farbdruck- Markt waren 2008 noch nicht
unter den Top Five.
• Bedeutender Wechsel von schwarz-weiss zu Farbdruck mit
enormem Bedarf für kostengünstigere Inkjet Substrate
• Inkjet Wachstum in CF color
auf Kosten anderer
• Continuous Feed Inkjet wird
in den kommenden Jahren
substantiell wachsen, speziell
bei Books und Transaction
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Elektrophotographie - Inkjet
• Elektrophotographie (EP) hat Offsetqualität und Potential
für noch mehr
• Inkjet hat Offsetqualität auch schon fast erreicht, wird aber
EP nicht wirklich verdrängen
• Inkjet ist klar der schnellere Prozess
• Inkjet ist auch der kostengünstigere Prozess, vor allem bei
weiteren Kosteneinsparungen im Substrat
• Inline Primer könnten Inkjet aus diesem Problem helfen
• Inkjet: Farben jenseits CMYK und spezielle
Oberflächenveredelung
• Ein grosses Potenzial liegt auch in der Wertsteigerung des
Drucks mit integriertem Finnishing
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Inkjet Druckköpfe
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Dimatix Samba
Features
• Full MEMS Construction
• 1200 native dpi
• 2.0 picoliter drop size
• 2048 Nozzles per module
• Continuous ink recirculation
• Frequencies to 100 kHz
• VersaDrop Gray Scale and
Multipulse capable
• Designed for large arrays
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Memjet
Features
• 222.8 mm Druckbreite
• 305 mm pro Sekunde
• 1,600 dpi native
• 70’400 Düsen
• 5 Farben auf weniger als 1 mm
• Lebendauer: 30’000 A4-Seiten
• Preis: ca. 300$
Thermo Inkjet Prinzip: durch über 2000
Patente geschützt, sehr beeindruckende
Qualität, Anwendung als Home- and
Officedrucker und stark im Verpackungsund Etikettendruck.
Das Geschäftsmodell ist für
SOHO ok, muss sich im
industriellen Umfeld aber erst
noch beweisen.
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Epson Precision Core
Features
• Thin film construction
• 600 native dpi
• 1.5 picoliter drop size
• 800 Nozzles per module
• Frequencies to 50 kHz
11-chip 33 cm linehead
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Tonejet
Elektrostatisches Inkjet Verfahren:
• Skalierbar
• einfach (keine Düsen)
• Tropfengrösse 0.1–2 pl
• kostengünstig
Quelle: www.tonejet.com
Hauptanwendungen liegen
im Verpackungsdruck
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Tinte
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Tintenentwicklung
Die REACH-Verordnung (Europäische
Chemikalienverordnung, in Kraft seit 2007) könnte die
Tintenentwicklung in den kommenden Jahren stark
beeinflussen
Solvent
 VOC Problematik
Wasser
 Trocknung
Adhesion
UV
 Migration
Toxizität
Da im Verpackungsdruck ein sehr grosser Anteil in einem
entsprechend empfindlichen Bereich liegt, wird die
Bedeutung von Wasser basierten Tinten deutlich
zunehmen.
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LED Härtung
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LED Entwicklung
Verschiedene Wellenlängen
besitzen unterschiedliche
Eigenschaften und werden
daher für unterschiedliche
Zwecke eingesetzt.
Die LED Forschung wurde im
vergangenen Jahrzehnt durch
die multi-milliarden Dollar
Beleuchtungsindustrie forciert.
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LED Spektrum
LED’s können für jede Wellenlänge auf der blauen Kurve hergestellt werden.
Die markierten Bereiche zeigen die kommerziell wichtigen Wellenlängen:
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Driver für UV-C: Entkeimung
Das hohe Marktinteresse an UV-C LED’s für für
Entkeimungsanwendungen sorgt für genügend finanzielle
Mittel zu Gunsten der erforderlichen Forschung.
UV-C LED’s könnten daher bereits in 5-8 Jahren für die
Härtung von Drucktinten zur Verfügung stehen
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Ausblick
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Ausblick
Funktionelle Verpackungen
• Verpackungen übernmehmen immer mehr auch funktionelle
Aufgaben, z.B. Beschichtungen zur Konservierung von
Lebensmitteln, usw.
• Verpackungen mit integrierter Intelligenz, z.B. zur
Identifikation und zum Tracken von
Umgebungsbedingungen
Das Potenzial des Digitaldrucks wird hier noch zu
wenig genutzt
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Ausblick
3D Druck von Verpackungen
• Individualisierte, kundenspezifische
Verpackungen
• Dezentrale Produktion
• Smart Packaging (integriert ins Produkt)
Oder gleich die Verpackung mit dem Produkt drucken?
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Don’t talk about it, just do it!
Herzlichen Dank
Prof. Fritz Bircher
[email protected]
+41 79 272 04 38