Wykorzystanie druku w zakładach produkcyjnych to bezpośrednie nanoszenie oznaczeń na produkty, drukowanie etykiet czy nadruk na opakowaniach. Stosowane w tym celu technologie są stale rozwijane i doskonalone. Na rynku mamy duży wybór różnego typu urządzeń i kilka technologii druku.
Znane obecnie technologie, stosowane zwłaszcza w środowiskach produkcyjnych, to: CIJ (Continuous Ink Jet), DOD (Drop On Demand – kropla na żądanie), High Resolution, termo-transfer, termiczna, laserowa. Każda z wymienionych tu technologii ma swoje zalety i wady. W zależności od zastosowań stosuje się różne rozwiązania. Jednymi z najczęściej wykorzystywanych technologii druku w zakładach przemysłowych jest druk atramentowy drukarkami bezkontaktowymi. Przemysłowe drukarki bezkontaktowe można podzielić na drukarki jednodyszowe lub strumieniowe (CIJ) oraz drukarki wielodyszowe (DOD).
Określić potrzeby
Wybór systemu drukowania i poszukiwanie odpowiedniego urządzenia należy rozpocząć od określenia potrzeb. Wydaje się to dość oczywiste, ale jak pokazuje doświadczenie, nie zawsze stosuje się tę zasadę w praktyce. Należy odpowiedzieć sobie na pytania: jaki produkt ma zostać oznakowany, jaki jest rodzaj, kolor podłoża i zakres informacji, które mają być naniesione. Warto też ocenić wydajność systemu, jakiej będziemy oczekiwali. To podstawa, by zastanowić się nad rodzajem urządzenia: np. czy ma to być drukarka atramentowa małych znaków, drukarka do kartonów, urządzenie TTOL (druk bezpośrednio na folii opakowaniowej), czy urządzenie drukująco-etykietujące lub aplikator etykiet.
Na rynku działa wiele firm, które od wielu lat zajmują się dostarczaniem wyspecjalizowanych urządzeń drukujących do zastosowań w przemyśle. Przykładem jest Softex Data, ważniejszy dostawca drukarek „heavy duty” w Polsce. Firma prowadzi serwis, doradztwo w zakresie doboru urządzeń i technologii, analizy potrzeb oraz pomoc w opracowaniu aplikacji.
Z kolei firma Coleman International, specjalizująca się w oznakowaniu, ma w ofercie rozwiązania do szerokiego zakresu potrzeb. W ciągu ostatnich 15 lat stała się znaczącym dostawcą przemysłowych systemów do znakowania produktów – od wyrobów jednostkowych poprzez opakowania zbiorcze i palety. Takich firm jest oczywiście na naszym rynku więcej.
Oferowane urządzenia umożliwiają druk dowolnej informacji, np. nazwy produktu, znaków logo, kodów kreskowych, daty ważności, daty produkcji, czasu, numerów serii itd. Technika znakowania dostosowana jest do charakteru produkcji, typu produktu, warunków w zakładzie oraz konstrukcji linii produkcyjnej.
Zaletą jest możliwość dopasowania do potrzeb urządzeń, jeśli nie od jednego producenta, to od jednego dostawcy, co ułatwia korzystanie z serwisu i dostęp do materiałów eksploatacyjnych. W przypadku oferty Coleman International istnieje możliwość doboru urządzeń do znakowania, począwszy od bezdotykowej drukarki małych znaków Imaje. Do nadruku dowolnych informacji np. składu produktu, daty przydatności, znaku graficznego na folii opakowaniowej, gdzie pakowanie odbywa się przy wykorzystaniu maszyn pakujących poziomych, np. typu Flow Pack, pionowych czy termoformujących, przydatne są drukarki – datowniki termotransferowe TTOL Imaje 5000. Z kolei by trwale oznakować produkt, stosuje się dostępne drukarki laserowe bądź urządzenia grawerujące. Znakowanie kartonowych opakowań zbiorczych bądź produktów o dużej powierzchni prostym komunikatem – datą, nazwą produktu itp., wybieramy drukarkę inkjet dużych znaków z serii Crayon lub Imaje 4020. Tym, którzy oprócz naniesienia podstawowych informacji chcą bardziej zindywidualizować swoje opakowanie, dodając np. logo, rysunek czy kod kreskowy, firma poleca drukarki wysokiej rozdzielczości Imaje 4040. Jeśli do identyfikacji opakowań zbiorczych czy palet stosuje się etykiety samoprzylepne, to można skorzystać z systemu drukująco-etykietującego Imaje serii 2000. Tam zaś, gdzie jest wymagana naprawdę duża prędkość druku, nawet do 400 mm/s, Coleman poleca systemy drukująco-etykietujące Avery serię ALX. A jako ekonomiczne rozwiązanie do etykietowania niewielkich opakowań – półautomatyczny system drukująco-etykietujący cab A1000. Tym, którzy chcą drukować etykiety bez konieczności natychmiastowego ich naklejania na produkt czy opakowanie, firma proponuje drukarki etykiet (etykieciarki) niemieckiego producenta, firmy cab, w tym drukarkę kolorowych etykiet cab LX800.
Technologia Continuous Ink Jet
Technologia „Continuous Ink Jet”, obecnie bardzo szeroko stosowana w oznaczaniu różnych produktów, ma długą historię. Została opatentowana w 1867 r. przez Lorda Kelvina, a komercyjnie zastosowana do oznaczania w roku 1951 przez firmę Siemens. Polega na wytwarzaniu strumienia kropel, które są następnie ładowane elektrycznie w elektrodzie ładującej. Następnie są one odchylane w stałym polu elektrostatycznym wytwarzanym przez elektrody odchylające. Tylko część kropli służy do tworzenia napisu. Przeciętnie ładowanie odbywa się co 4–8 kropli, w drukarkach szybkich co 2–3 krople. Pozostałe krople trafiają ponownie do systemu atramentowego.
Omawiając tę technologię warto zwrócić uwagę na konieczność utrzymywania niezmiennej gęstości atramentu w tego typu drukarkach. Ma to znaczenie do prawidłowego przebiegu procesu wytwarzania strumienia. Dlatego stosuje się osobne systemy samoregulacji gęstości. W większości drukarek w głowicy drukującej wytwarzany jest jeden strumień kropli. Tego typu urządzenia oznaczają się bardzo dużą szybkością druku dochodząca do 2500 znaków na sekundę, przy wysokości druku od 0,7 mm do około 20 mm (dla jednej głowicy).
Na rynku mamy duży wybór urządzeń korzystających z tej technologii. Używa się ich głównie w przypadku wysokowydajnych linii produkcyjnych oraz gdy wymagania w stosunku do wymiarów i jakości napisu są bardzo rygorystyczne.
Oferty dostawców i producentów drukarek w technologii „ink jet” dla przemysłu obejmują często pełen zakres możliwych zastosowań do oznakowania praktycznie dowolnego produktu jednostkowego czy jego opakowania zmienną informacją. W przypadku REA Elektronik, producenta przemysłowych drukarek atramentowych do bezdotykowego znakowania produktów, są to urządzenia do znakowania produktów jednostkowych drukarki serii REA-JET. W zależności od potrzeb znakowania może to być drukarka małych znaków REA-JET SC, która drukuje teksty już od 2 mm, lub REA-JET LK32, która nanosi nadruki o wysokości do 140 mm. Do znakowania opakowań zbiorczych służy drukarka REA-JET LC, nanosząca napisy na wysokość od 5 do 67 mm lub dla – najbardziej wymagających aplikacji – drukarka graficzna REA-JET GK, która drukuje na wysokość 100 mm grafiki, loga, kody kreskowe oraz do 42 linii tekstu. W przypadku drukowania na produktach dużych gabarytowo można zastosować urządzenia do dużych napisów, na przykład drukarki REA-JET ST, REA-JET LK 32.
DOD (kropla na żądanie)
Technologia DOD jest wykorzystywana w drukarkach przemysłowych tzw. dużego pisma. System druku polega na wytwarzaniu kropel poprzez elektromagnetyczne (piezoelektryczne lub termiczne) otwieranie i zamykanie dysz. W porównaniu z drukarkami CIJ każda kropla tuszu jest wykorzystana do utworzenia nadruku. Najczęściej wysokość druku zawiera się w granicach od 5 mm do około 100 mm dla jednej głowicy i jest związana z wymiarami oraz położeniem głowicy. Tego typu urządzenia odznaczają się dużą wysokością druku, ale niewielką prędkością. Zaletami są też: stosunkowo niska cena i koszty eksploatacji (związane z brakiem systemu stabilizacji gęstości atramentu), niskimi kosztami przeglądów oraz tanimi materiałami eksploatacyjnymi. Typowe drukarki wielodyszowe pracują wykorzystując tusze jednoskładnikowe doprowadzane do dysz pod ciśnieniem i nanoszone za pomocą elektrozaworów. Ze względu na ograniczenia technologii były nazywane drukarkami „dużego pisma” lub „dużych liter” (tzw. LC od Large Character). Teraz nie jest to już takie oczywiste. Przeczą temu choćby drukarki szwedzkiej firma Matthews Swedot, w których dzięki nowej konstrukcji zaworów można drukować napisy o wysokości znaków już od 2,5 mm (korzystają z tuszy szybkoschnących). Na rynku polskim są one dostępne na przykład w sieci sprzedaży firmy Promark.
Do grupy drukarek wielodyszowych zalicza się też drukarki wysokiej rozdzielczości zwane impulsowymi, przeznaczone do oznaczania opakowań zbiorczych kodami kreskowymi i dużą ilością informacji.
Odmianą technologii DOD jest technologia wysokiej rozdzielczości (HR – High Resolution). Tu piezoelement zasila kilka bardzo małych dysz (ok. 10 µm). Kilkanaście do kilkudziesięciu piezoelementów zasila do kilkuset dysz. Pozwala to drukować z bardzo dużą rozdzielczością. Pewnym ograniczeniem jest tu konieczność zachowania małej odległości dysz od opisywanego przedmiotu, co nie zawsze jest możliwe.
Podsumowując, urządzenia typu CIJ pracują zwykle z wykorzystaniem dwuskładnikowych tuszów szybkoschnących. Pozwala to drukować z dużymi prędkościami na wielu rodzajach produktów. W efekcie, typowa drukarka jednodyszowa jest bardziej uniwersalna od większości drukarek wielodyszowych DOD. Jednak jest to okupione jakością nadruku lub wyższymi kosztami eksploatacji.
Technologie termiczne
Technologia termotransferowa wykorzystywana jest przede wszystkim do tworzenia etykiet poprzez termiczne przeniesienie warstwy barwnej z taśmy barwiącej na przesuwającą się współbieżnie etykietę. Technologia termiczna jest pewną odmianą technologii termotransferowej i wykorzystuje się ją do podobnych zastosowań. Drukarki pracujące w tej technologii drukują na papierze termoczułym, który po podgrzaniu do określonej temperatury zaczernia się.
Drukarki termotransferowe gwarantują wysoką jakość nadruku na etykietach papierowych, foliowych, przywieszkach z tworzyw sztucznych i kartonowych oraz wszywkach tekstylnych. Zastosowanie kolorowej taśmy barwiącej daje możliwość barwnych wydruków.
Na rynku są do wyboru produkty kilku producentów wyspecjalizowane w tworzeniu etykiet. Sprzedawane są też od razu z odpowiednim oprogramowaniem przygotowanym zarówno przez producentów, jak i dystrybutorów – na przykład programy Pulsar i PulsWin Centrum Komputerowego ZETO do projektowania etykiet. Wśród dostępnych na rynku marek warto wymienić takie, jak: Citizen, Domino, Elton, Microplex, Printronix, SATO, TEC, Zebra.
W tej grupie produktów są modele przystosowane do potrzeb zarówno małych zakładów produkcyjnych, jak i większych. Przykładowo drukarki Citizen z serii CL-S700, w których zastosowano innowacyjną konstrukcję obudowy Hi-Open. Jest ona podnoszona do góry, dzięki temu otwarta drukarka nie zajmuje dużo miejsca. Dostęp do wszystkich funkcji (w tym także zakładanie rolki z materiałem i taśmą barwiącą) jest zapewniony od przodu drukarki. Odznacza się też łatwą obsługą – metalowy mechanizm Hi-Lift otwiera się pod kątem 90°, dzięki czemu dostęp do taśmy i rolki z materiałem jest ułatwiony. Dostępne są dwa modele drukarki: CL-S700 ze standardową rozdzielczością druku 200 dpi oraz CL-S703 z rozdzielczością 300 dpi. Duża rozdzielczość zapewnia bardzo dokładny druk małych czcionek, grafiki, kodów kreskowych i kodów dwuwymiarowych. W drukarkach tych zastosowano też system kontroli i pozycjonowania taśmy barwiącej ARCP, który zapobiega marszczeniu się i poślizgowi taśmy podczas drukowania oraz utrzymuje stałą pozycję zadruku na wszystkich etykietach. Obudowa jest trwała – metalowa, a dzięki możliwości założenia taśmy barwiącej o długości 450 m wydłuża czas pracy drukarki i ogranicza czas przestojów.
Do pracy w ruchu ciągłym zaprojektowano drukarki termotransferowe Domino V-Series plus. Firma Domino, dostawca przemysłowych drukarek atramentowych i laserowych, od 2007 r. jest również producentem przemysłowych drukarek termotransferowych. Prosta budowa urządzeń tej serii umożliwia łatwy montaż zarówno na każdej maszynie pakującej, jak i linii produkcyjnej.
Jakość nadruku to 300 dpi. Drukarki V series mogą nadrukować w wysokiej rozdzielczości: tekst, czas rzeczywisty, kody kreskowe, kody matrycowe 2D Data Matrix, jak również logo. Seria V jest dostosowana do szybkich linii produkcyjnych.
Niskie koszty użytkowania zapewnia opatentowana przez Domino funkcja Ribbon Economy (oszczędzania taśmy) i system cofania taśmy barwiącej.
Znakowanie laserowe
Wykorzystanie światła lasera do wykonywania napisów i oznaczeń jest w wielu przypadkach najlepszym rozwiązaniem. Wytworzona w głowicy drukarki wiązka światła laserowego jest przemieszczana za pomocą systemu dwóch zwierciadeł co pozwala opisywać produkty, które się nie poruszają. W przypadku poruszających się detali wystarczy system wyposażony w jedno zwierciadło. Koncentracja energii światła laserowego może sięgać kilku kilowatów na mm². Napis powstaje przez odparowanie wierzchniej warstwy materiału. Wyróżniamy systemy znakujące
i grawerujące.
Podstawowymi cechami światła laserowego są: minimalna rozbieżność wiązki, monochromatyczność, równoległość – w laserach stałych rozbieżność wiązki nie przekracza zwykle 10 miliradianów, natomiast w laserach CO2 utrzymuje się poniżej 2–5 miliradianów oraz duża energia promieniowania. W przemyśle stosowane są dwa podstawowe typy laserów: lasery Nd:YAG, i lasery CO2. W laserach Nd:YAG medium laserowym jest ciało stałe – pręt szklany o kompozycji: itr-aluminium-granat z uszlachetniającym dodatkiem neodymu (Nd), emitujące światło o dł. fali promieniowania 1,064 µm. Lasery CO2 są laserami gazowymi, emitującymi światło o dł. fali promieniowania 10,6 µm, gdzie CO2 jest gazem generującym promieniowanie.
W systemach przeznaczonych do znakowania materiałów stosuje się oba typy laserów: CO2 i Nd:YAG. Zastosowanie konkretnego typu jest uzależnione od rodzaju znakowanego materiału. W zasadzie prędkość znakowania jest na tyle duża (kilka metrów na sekundę), że bez problemu sprosta każdej aplikacji. Sterować pracą systemu laserowego można z poziomu komputera PC lub miniterminala.
Do znakowania papieru, szkła, drewna, skóry stosuje się lasery CO2. Z kolei lasery Nd:YAG są najczęściej stosowane do znakowania metali, ceramiki, również materiałów emaliowanych, tworzyw sztucznych. W czasie znakowania promieniowanie lasera powoduje usunięcie cienkiej warstwy materiału bądź zmiany termofizyczne lub termochemiczne na powierzchni produktu. Powierzchnia materiału może też być specjalnie pokryta warstwą np. farby lub tlenku w zwiększenia kontrastu oznakowania. Stosuje się dwie podstawowe metody znakowania. Jedną jest obecnie praktycznie niestosowana metoda maski polegająca na naświetlaniu przedmiotu poprzez specjalną maskę odwzorcowującą obraz. Promienie przechodzą przez otwory w masce i powodują zmiany w odpowiednich miejscach na powierzchni przedmiotów. W przypadku systemu galwo obraz jest tworzony przez zogniskowaną wiązkę promienia lasera. Obraz może być tworzony z pojedynczych punktów lub linii. Dokładność prowadzenia wiązki to około 0,01 mm. Zaletami znakowania laserowego są jego wysoka jakość znakowania i powtarzalność, trwałość, znakowanie z wysoką rozdzielczością, duże prędkości znakowania, możliwość znakowania obiektów poruszających się lub nie, bezdotykowość, brak zanieczyszczania powierzchni, brak zużycia elementu znakującego, możliwość znakowania nie tylko powierzchni płaskich i równych, niskie koszty eksploatacji i konserwacji. Wady to: wysoki koszt zakupu urządzenia i brak możliwości znakowania w kolorach.
Ogólnie drukarki laserowe są drogie, choć ich cena systematycznie spada. Zaletą tej technologii są za to niskie koszty eksploatacji. W niektórych modelach w zasadzie brak materiałów eksploatacyjnych. Występuje jednak konieczność stosowania systemów odsysających dym i odparowane części powierzchni opisywanych detali. Niestety drukarki mają ograniczenia – nie mogą być stosowane w miejscach o zagrożeniu pożarowym lub wybuchowym.
Na rynku mamy obecnie dość duży wybór drukarek laserowych o różnym przeznaczeniu takich producentów, jak: Cheval, Domino, Electrox, FOBA, Rea.
Przykładowo drukarka REA LASER ML to urządzenie o wydajności: 10 W, 25 W, przy prędkości znakowania do 225 znaków/sek. z nabojami CO2 wystarczającymi na 45 tys. godz. pracy lasera. Można ją wykorzystać zarówno do znakowania, jak i grawerowania czy cięcia.
Urządzenie wypala obrazy na szerokiej gamie powierzchni: plastik, powłoki metalowe, szkło, ceramika, guma, drewno i wielu innych. System znakowania jest zdolny do wytworzenia 225 znaków na sekundę. REA Laser ML może być dostarczony jako urządzenie stojące niezależnie lub może być przyłączony do komputera PC.
Z kolei urządzenia Electrox Raptor to drukarki laserowe posiadające zalety laserów światłowodowych – pozbawione ich ograniczeń. Model Scorpion to drukarka o wymiarach 600×600 mm. Zakres znakowanych materiałów: plastik, metal itp., przy maksymalnej prędkości do 10 000 mm/sek. Pole nadruku od 60×85 do 250×350 mm.
Z kolei drukarki Domino z serii S (laser graficzny) wykorzystują technologię laserową opartą na CO2 do wykonywania nadruków na takich produktach, jak: papier, karton, plastik, szkło. Zalety urządzenia to duża rozpiętość mocy lasera i pola nadruku, znakowanie przy najwyższych prędkościach linii produkcyjnych. Urządzenie ma w swojej klasie stosunkowo małą głowicę drukującą, co pozwala na dopasowanie do niewielkich przestrzeni produkcyjnych. Ponadto modułowe wykonanie umożliwia instalację w różnych warunkach, a widoczny czerwony promień pozwala na łatwe ustawienie ogniskowej. Moc lasera to 10 i 20 W.
Różne potrzeby
Przedstawienie problematyki drukowania i oznaczania w zastosowaniach przemysłowych jest o tyle trudne, że potrzeby i wynikająca stąd różnorodność oferty dostępnej na rynku jest bardzo duża. W przypadku jednego użytkownika mobilność drukarki może mieć zasadnicze znaczenie, a w innym przypadku zaletą będzie specjalny rodzaj tuszu, z którego można korzystać. Są też urządzenia o bardzo ściśle określonym przeznaczeniu, na przykład do wykonywania nadruków w fermach przemysłowych na jajkach.
Urządzenia przenośne to choćby drukarka REA-JET MOBIL, w której zastosowano technologię druku atramentowego DOD. Jej cechy to: ręczne drukowanie na produktach dużych gabarytowo lub trudnych do transportu, stosowanie na wszystkich powierzchniach, głowice jedno- lub dwuwierszowe przy wysokości nadruku: dla głowicy 7-dyszowej – od 3 do 27 mm lub 3 do 67 mm przy głowicy 16-dyszowej. Pamięć 100 tekstów. Pracownik ręcznie przesuwa głowicę po produkcie i znakuje powierzchnię tekstami wcześniej wprowadzonymi do sterownika. Urządzenie ma własne zasilanie, dzięki któremu można swobodnie przemieszczać się i opisywać nieruchome produkty. Dla wymagających aplikacji system przemieszczania głowicy jest opracowywany pod konkretne potrzeby klienta. Natomiast system atramentowy ma pojemność 2 l, co zapewnia długą pracę urządzenia bez konieczności uzupełniania materiałów eksploatacyjnych. Do drukowania stosuje się całą gamę atramentów, w tym specjalne atramenty na świeży beton, atramenty na stal, na zaolejone powierzchnie i wiele innych.
Natomiast Markem 9064 to przemysłowa drukarka bezdotykowa pracująca z wykorzystaniem tuszy termoplastycznych, co zapewnia eliminację toksycznych odpadów, wyziewów oraz czystą obsługę. Jest przeznaczona do pracy na automatycznych liniach pakujących. Dane techniczne to: maksymalna powierzchnia nadruku: 12,7×127 mm, głowica o 64 dyszach drukujących, do czterech linii nadruku, prędkość maksymalna zależnie od gęstości nadruku: do 26, 52, 104, 208 m/min.
Więcej o systemach IT w przemyśle na portalu: www.msipolska.pl
Autor: Bohdan Szafrański
