Digitaldruck für Verpackungen

Was Sie über Druckqualität und Lebensdauer der Geräte wissen sollten

Seit den 1990er Jahren ist der Digitaldruck bei den Akzidenzdruck auf dem Vormarsch. Und auch immer mehr Verpackungshersteller setzen ihn ein. Was sind die Vorteile? Und wie können Sie mit dem Digitaldruck eine gleichbleibend hohe Druckqualität gewährleisten und Ihre Kosten senken?

Um diese Fragen zu beantworten, befassen wir uns mit der Entwicklung von Digitaldruckmaschinen und den verschiedenen Techniken. Außerdem erörtern wir, wie Sie eine gleichbleibend hohe Druckqualität gewährleisten und eine vorzeitige Abnutzung dieser wertvollen Ausrüstung vermeiden können.

Die ersten kommerziellen Digitaldruckmaschinen wurden ’93 auf der IPEX in Birmingham vorgestellt. Eine Revolution, denn diese Druckmaschinen benötigten keine Druckplatten, aber das Druckergebnis reichte nicht an den Offsetdruck heran. Und wegen der hohen Kosten pro Druck war die Anwendung auf den Druck kleiner Auflagen oder Probedrucke beschränkt.

Aber die Entwicklung blieb nicht stehen. Sowohl die Hersteller von PC-Druckern als auch die großen Druckmaschinenhersteller setzten alles daran, die Digitaldrucktechnologie zu erneuern und zu perfektionieren.

Die Druckköpfe und die Verfahren zur Steuerung der Tintenverteilung wurden von Jahr zu Jahr ausgefeilter, so dass viele der Einschränkungen dieser ersten Digitaldruckmaschinen beseitigt wurden.

Wie funktioniert eine digitale Druckmaschine? Was bedeuten Begriffe wie Piezo, Binär, DOD und CIJ?

Beim Digitaldruck wird ein Design oder Layout in digitale Daten umgewandelt, die direkt — ohne Druckplatten — auf das Substrat übertragen werden. Die beiden gebräuchlichsten Methoden für den eigentlichen Druckprozess sind Laser und Inkjet.

1. Laserdrucker (LED, elektrophotographische Drucker)

Laserdrucker verwenden Toner, ein Pulver, das so fein ist, dass es flüssig erscheint. Laser oder LED projizieren das digitalisierte Bild auf eine elektromagnetische Belichtungstrommel. Elektrisch geladene Bereiche auf dieser Trommel ziehen die Tonerpartikel an. Dann überträgt die Trommel den Toner auf das Substrat. Um den Toner, der sich noch als Pulver auf dem Substrat befindet, zu fixieren, schmelzen beheizte Zylinder (Fuser) den Toner in das Medium.

2. Inkjet Drucker

Inkjet-Drucker übertragen das digitalisierte Bild, indem sie winzige Tintentröpfchen aus den Druckkopfdüsen drücken. Aber wie kommt die richtige Tintenfarbe an die richtige Position? Das hängt von der Art des Inkjet-Druckers ab — Continuous Inkjet oder Drop on demand.

Continuous Inkjet (CIJ)
Ein CIJ-Druckkopf (Kontinuierlicher Inkjet) erzeugt während des Drucks einen kontinuierlichen Strom von Tintentröpfchen. Die Tröpfchen werden entweder auf das Substrat geleitet oder durch eine elektrostatische Ladung abgelenkt. Anschließend wird die nicht verwendete Tinte aufgefangen und kann dann gefiltert und wiederverwendet werden.

Drop on demand (DOD)
Drop-on-Demand, das am schnellsten wachsende Inkjet-Segment, erzeugt Tintentropfen nur bei Bedarf. Dies geschieht im Druckkopf entweder durch einen thermischen oder einen piezoelektrischen Prozess, dessen Grundprinzipien wir im Folgenden darstellen.

Thermo-Druckköpfe

Piezoelektrische Druckköpfe

Thermo-Druckköpfe sind schnell und liefern eine hohe Bildqualität, aber sie sind nur für hitzebeständige, meist wasserbasierte Tinten geeignet.
Piezo-Druckköpfe sind zwar teuer, können aber unter den richtigen Bedingungen lange halten (dazu später mehr), da sie keiner temperaturbedingten Verschlechterung unterworfen sind. Außerdem verhindern sie die Verschwendung von Tinte und verarbeiten eine breite Palette von Tinten, einschließlich hitzeempfindlicher Typen.

Halbtontechnik in Inkjet

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Art und Weise, wie ein Inkjet Druckkopf hellere Farbflächen erzeugt. Dabei wird zwischen der binären und der Graustufen-Druckkopftechnologie unterschieden.

Die meisten modernen Inkjet-Drucker arbeiten mit Single-Pass-Graustufen-Druckköpfen, weil sie weniger Tinte verbrauchen, bessere Druckergebnisse liefern und schneller sind als binäre Inkjet-Drucksysteme.

Offset– und Flexodruck sind die am häufigsten verwendeten analogen Druckverfahren für Verpackungen aus Wellpappe und Faltschachteln. Bei Displays und Schachteln aus Wellpappe besteht die Wahl zwischen Pre-Print und Post-Print.

Pre-print: Hier wird die oberste Lage der Wellpappe separat bedruckt (CMYK-Offset-/Lithotiefdruck) und dann in der WPA als Liner hinzugefügt.

Post-print: Direktes Bedrucken von Wellpappe, ein Bogendruckverfahren. Das am häufigsten verwendete analoge Post-Print-Verfahren ist der Flexodruck, der aufgrund der hohen Einrichtungskosten hauptsächlich für hohe Auflagen verwendet wird.

Luxusverpackungen für Elektronik, Schmuck und Parfüm, die aus Faltkarton, Pappe und Frischfaserkarton bestehen, werden in der Regel im Offsetdruck hergestellt.

Es gibt also eine große Auswahl an bewährten analogen Drucktechniken. Warum investieren dann so viele Verpackungshersteller und Druckereien in digitale Druckmaschinen?

Im Jahr 2014 prognostizierte Smithers Pira, dass der Marktanteil des Digitaldrucks bis 2024 von 13,5 % auf 21 % steigen wird. Ein aktueller Bericht prognostiziert einen weiteren Anstieg um 65 % bis 2029, der vor allem auf technische Verbesserungen und veränderte Marktanforderungen zurückzuführen ist.

Was sind diese Marktanforderungen? Ein Trend ist die Zunahme des E-Commerce und des sogenannten ‚Unboxing-Erlebnisses‘. Da immer mehr Einkäufe online getätigt und nach Hause geliefert werden, spielt der Versandkarton eine wichtige Rolle.

Online-Videos, in denen Menschen ihre Einkäufe auspacken und in Gebrauch nehmen, haben Auswirkungen auf die Popularität einer Marke. Daher reicht eine angemessene, aber langweilige Verpackung nicht mehr aus.

Um die Anforderungen von Marken zu erfüllen, bietet der Digitaldruck im Vergleich zum analogen Druck die folgenden Vorteile:

• Es fallen keine Plattenkosten an
• Kaum Kosten für die Druckvorstufe
• Farbwechsel wie beim Flexodruck sind nicht erforderlich. Eine neue Druckauflage mit einem anderen Design erfordert daher kaum Anpassungen.
• Schöne Druckqualität
• Schnelle Durchlaufzeiten
• Kleine Druckauflagen rentabel anbieten

Der Digitaldruck schafft nie dagewesene Möglichkeiten. Wie wäre es mit einer Sonderausgabe eines Pepsi-Sixpacks für ein Fußballturnier? Oder individuelles Hundefutter, das auf den Typ und das Alter Ihres Hundes zugeschnitten ist, mit dem Namen Ihres Helden auf der Verpackung, wie es Pedigree getan hat? Der Digitaldruck macht es möglich.

Eine weitere Anwendung ist der schnelle und ästhetische Druck von variablen Daten wie Barcodes, Verfallsdaten und Chargennummern.

Obwohl Flexo- und Offsetdruck für hohe Auflagen am kosteneffizientesten sind, wollen viele Verpackungsexperten auch die Vorteile des Digitaldrucks nutzen.

Hersteller von Inkjet- und Laserdruckern, führende Druckmaschinenhersteller und sogar WPA-Marken unternehmen große Anstrengungen, um digitale Druckmaschinen für Verpackungszwecke zu entwickeln und zu verbessern — sowohl für den Pre-Print als auch für den Post-Print.

Eine interessante Entwicklung, die die Vorteile des analogen und digitalen Drucks kombiniert, ist die Hybriddruckmaschine. Im Flexodruckbereich werden große einfarbige Flächen gedruckt und die ausgesparten Bereiche können digital mit variablen Bildern oder Daten bedruckt werden.

Technische Innovationen haben viele Einschränkungen der ersten Digitaldruckmaschinen beseitigt, zum Beispiel:

Druckqualität: Die Druckqualität ist dank der Innovationen bei den Druckköpfen dem Offsetdruck nicht mehr unterlegen.

Geschwindigkeit: Die Multi-Pass-Inkjet-Technologie war langsam. Mit der Einführung der Single-Pass-Technologie wurde der Digitaldruck dank moderner Druckköpfe, die Graustufen- und variable Tropfenformate in demselben Druckvorgang kombinieren, viel schneller.

Begrenzte Auswahl an Tinten: Neue Tintentypen ersetzten Tinten, die für Lebensmittelverpackungen nicht geeignet waren oder keine FDA-Zulassung besaßen. Es gibt immer mehr umweltfreundliche und unschädliche Tinten, einschließlich spezieller Farb- und Glanzeffektoptionen.

Zwei Faktoren, die mit dem Digitaldruck von Papier oder Karton einhergehen, geben jedoch Anlass zur Sorge. Das ist die Kombination aus statischer Aufladung und Staub.

Der Digitaldruckprozess arbeitet mit elektrischer Ladung. Dies führt dazu, dass die extrem feinen Druckdüsen Staub anziehen. Papier, Faltkarton und Wellpappe sind aufgrund ihrer faserigen Beschaffenheit staubige Substrate. Darüber hinaus haften Partikel aus der Produktionsumgebung während der Verarbeitung aufgrund statischer Aufladung am Material.

Beim Druck bleiben diese kaum sichtbaren Partikel an den statisch aufgeladenen Druckdüsen haften, die dadurch verstopfen, verspritzen oder keine Tinte mehr durchlassen. Dies führt zu Flecken oder unbedruckten Bereichen auf dem Druckmaterial. Ein weiterer Effekt ist, dass die Verstopfung die Lebensdauer der teuren Druckköpfe verkürzt.

Entscheidend für einen störungsfreien Druck: staubfreies Substrat

Für einen störungsfreien Digitaldruck muss der Bedruckstoff – Papier, Karton oder Wellpappe – absolut sauber sein. Dies verhindert verstopfte Düsen und eine vorzeitige Abnutzung der Druckköpfe. Es vermeidet auch ‚Hickey’s‘, die durch Staub, Schnittreste oder Mikropartikel auf dem Substrat verursacht werden. Diese sind als unbedruckte Flecken auf dem Druckgut zu erkennen und ein Grund für die Ablehnung des Produkts. Ein Problem, das nicht nur im Digitaldruck, sondern auch im Flexo- und Offsetdruck auftritt. (Mehr über die Auswirkungen von Staub in Produktionsumgebungen finden Sie hier.)

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