Перспективи цифрового друку в етикеткової і пакувальному виробництві

Огляд підготовлений к.т.н. В. Пугач

Етикетковий друк і пакувальне виробництво давно стали невід'ємним сектором ринку друкованої продукції. Створюється нове обладнання, збільшуються обсяги виробництва етикеток і упаковки з використанням сучасних технологій друку та післядрукарської обробки продукції. Загальний обсяг світового ринку пакувального виробництва, за матеріалами американського консультаційного бюро I. T. Strategies, у 2002 році з розподілом за його сегментах характеризувався цифрами, представленими на рис. 1, де етикетки серед інших видів пакувальної продукції займали 9% за абсолютною величиною всього ринку в 21 млрд доларів США з подальшим його зростанням до 2004 року до 90 млрд доларів США. У поліграфічної галузі ринок цифрового друку займає усе більш значне місце. Зростає друкарське виробництво на вимогу. За деякими даними, на 2008 рік прогнозується виробництво цифрового друкованої продукції в обсязі 50 млрд доларів США.

Цифрова друк, за визначенням швейцарського Союзу розвитку наукових досліджень в поліграфічної промисловості Ugra, являє собою перенесення по точках тексту та ілюстрацій з цифрової пам'яті ЕОМ на друкований матеріал. Це визначення дуже ємне і містить дві важливі характеристики цифрового друку: по-перше, дані про зображення повинні бути представлені в цифровому вигляді і доступні для цифрового процесу з відповідною швидкістю, у виробничому процесі не повинні бути використані ніякі аналогові матеріали, наприклад фотоплівка, що має місце в звичайному допечатном робочому процесі Workflow. І по-друге, істотне вимога відноситься до техніки, застосованої в цифровій друку: цифрові друкарські машини повинні забезпечувати безперервний перенесення даних зі швидкістю 500 Мбіт/с і більше. В даний час такі швидкості ще представляють проблему. Однак, з огляду на швидкі темпи розвитку обчислювальної техніки, ці обмеження в доступному для огляду майбутньому будуть, ймовірно, подолані.

Цифрову друк також часто визначають як "спосіб, в якому друк може виконуватися безпосередньо з цифрового масиву даних додрукарських процесів і немає ніякої необхідності в окремому виготовленні друкарських форм поза друкованої машини ". При цьому з'являється можливість економічного друку тиражів починаючи від одного примірника.

Цифрова друк є в першу чергу способом, орієнтованим на виготовлення документів і рекламних виробів. В області ж етикеткової і пакувального виробництва з'являються специфічні вимоги, які в цьому сегменті ринку пред'являються до машин і процесів. Це такі особливі вимоги, як необхідність високої якості, надійність машин, кращі умови для догляду за ними з боку користувача і т.д. Якщо ж розглядати всі конкретні вимоги, яким повинна задовольняти тут цифрова друкарська машина, то можна виділити їх 4 основні групи, які характеризують саме обладнання для етикеткової та пакувальної друку. Розглянемо ці вимоги, реалізовані, як ми побачимо далі, в конкретному друкованому обладнанні, що є на ринку.

1. Облагороджування продукції в етикеткової і пакувальному виробництві

Прикладів такого облагороджування можна уявити скільки завгодно. Якщо відвідати, наприклад, будь-який продовольчий магазин, то на його полицях і вітринах відразу ж впадає в око різнобарв'я і блиск етикеток та упаковок. А якщо ж спробувати привести в систему всі можливості облагороджування продукції, то ми зустрінемо тут використання таких оздоблювальних матеріалів, як:

-- декоративні й особливі фарби, що використовуються, перш за все, у фірмових товари;

-- золоті і срібні відтінки;

-- лакування та ефектні пігменти, що світяться фарби, захисна друк.

До останнього часу більшість цифрових друкованих систем мали можливість друку тільки в 4 основні, як ми їх називаємо, шкальні, фарби. Тому тут особливе значення має вміле використання системи управління кольорами для можливо більш точного уявлення особливих при їх відповідної комбінації шкальних фарб. Однак на противагу звичайній друку побудова профілів квітів для машин цифрового друку виконується дуже просто. Тут відсутні трудомістке виготовлення друкованих форм з необхідними на них контрольними елементами, а також простої машин, пов'язані з їх трудомісткими і тривалими приладка.

2. Після друкарська обробка включає цілий ряд технологій

До неї відносяться:

-- фальцювання і біговка з їхніми проблемами відшаровування толстослойной тонерів;

-- антифрикційні заходи;

-- термосклеіваніе;

-- приклеювання з проблемою закріплення клеїв;

-- стерилізація при упаковці продовольчих продуктів або продуктів харчування для тварин, де упаковка з етикеткою заповнюється після друку і на закінчення зміцнюється тепловою обробкою.

3. Міцність, автентичність, надійність

Тут стосовно до етикеток та упаковок можуть бути відзначені:

-- забезпечення достовірності продуктів харчування;

-- аспекти здоров'я (відповідність встановленим нормативам і відповідним офіційним допускам);

-- стійкість до нагрівання, наприклад при стерилізації;

-- міцність до теплового впливу при обробці в духовці та мікрохвильовій печі;

-- стійкість до глибокого заморожування.

4. Особливі друковані матеріали

Поряд з папером і полімерними матеріалами в етикеткової і пакувальному виробництві можуть застосовуватися картон, металізовані або полімерні плівки, а також з'єднувальні матеріали. Залежно від того, чи застосовуються в друкованому виробництві первинні або вторинні, а також подарункові упаковки або перепакування, слід виконувати інші додаткові вимоги. Деякі друковані матеріали можна обробляти тільки способом цифрового друку. При прямого друку на гофрованого картону продукція може, наприклад, виготовлятися способом струменевого друку, тому що інакше повинна буде виконуватися попередня запечатки. Багато плівки взагалі не можна обробляти способом офсетного друку, але це можна робити способом електрофотографія.

Продуценти цифрових друкарських машин до теперішнього часу не завжди відчувають задоволення від вимог, що висуваються клієнтами. Наприклад, деякі користувачі навіть самостійно проводять експерименти, бо інакше їм не вдається здійснити прорив цифрового друку в етикеткової та пакувальне виробництво. Виготовлені під час цих експериментів зразки часто зазнають невдачі навіть при простих стандартизованих тестах, які давно успішно використовуються для звичайних барвистих систем. Серед них відомий ряд тестів.

1. Тест з решітчастим надрізом, або тест з клейкою стрічкою. Обидва ці тесту служать для оцінки адгезії друкарської фарби або тонера до субстрату і застосовуються як по окремо, так і в комбінації один з іншим. Оцінка здійснюється візуально в залежності від кількості відшарованої фарби або тонера.

2. Тест на стійкість до утворення заломів, складок полягає в тому, що запечатаний субстрат випробовується в спеціальному пристрої; цей тест дає можливість встановити на субстраті потрібні параметри заломів і освіти складок. Умови випробування підбираються таким чином, що при них тонер не повинен відділятися від субстрату.

3. Тест на стерилізацію, який проводиться в стандартного виконання при 121оС в протягом 30 хв в гарячій воді або парою. Стандартний тонер, як правило, не витримує ці умови. Він або повністю розчиняється, або на друкарському зображенні утворюються випадково розташовані водяні краплі.

4. Тест на стирання або знос часто проводять за допомогою спеціального пристрою. Вирізається круглий зразок, закріплюється на обертовому диску і обробляється за допомогою фрикційного колеса, яке може мати різні значення твердості і шорсткості.

Які ж способи цифрового друку слід вважати оптимальними для етикеткової і пакувального виробництва? З урахуванням виконання всіх вимог слід, перш за все, розглянути ті з них, які, в основному, створені для етикеткової і пакувальної друку.

електрофотографія, яка з'явилася ще в 1938 році під назвою "ксерографія", отримала скорочені назви EF або EP, почала свій шлях на світовому ринку з появи в 1987 році кольорового лазерного копіювального пристрою CLC фірми Canon. Поряд з монохромними системами, в 1993 році з'явилися перші повнокольорові цифрові друкарські машини першопрохідців Електрофотографічний технології фірм Xeikon і Indigo. Потім в 2000 році машинобудівні фірми Heidelberg і MAN Roland представили свої розробки в цій галузі для комерційної друку.

Так, фірма Heidelberg в кооперації з фірмою Kodak заснували підприємство NexPress, машини якого, що працюють на EF-принципі і відомі тепер як NexPress 2100, з 2001 року з'явилися на ринку.

Фірма MAN Roland стала OEMпартнером фірми Xeikon і представила на ринок свої цифрові друкарські машини DICO, що розшифровується як Digital-Change-Over. Пізніше фірма Xeikon перейшла до міжнародної компанії Punch і сконцентрувала свою діяльність на розробках в області відокремленої технології рулонного друку.

В даний час у виробничому портфелі фірми Xeikon є такі багатобарвні цифрові рулонні машини для високоякісного друку етикеток та іншої продукції, як Xeikon 5000 для друку етикеток та упаковок великими тиражами, Xeikon 500 для малих і середніх тиражів, Xeikon 320 для вузькоформатні продукції і Xeikon 330 спеціально для друку етикеток найвищої якості. При цьому друк може виконуватися не тільки на папері, а й на різних полімерних матеріалах.

Фірма Xerox, яка є активним гравцем ринку цифрового друку, розробками в полнокрасочной області сконцентрувала свою діяльність у листовому сегменті виробництва і зробила великий стрибок вперед створенням серії DocuColor 2000 і її удосконаленнями. За допомогою ж свого флагмана - машини iGen3 - вона активно вийшла на ринок високоякісної та високопродуктивної кольоровий цифрового друку, де вже зарекомендувала себе машина NexPress.

Електрофотографічний EP-системи були створені спеціально для ринку етикеткової і пакувального виробництва, які були розраховані саме на односторонню друк. У цій області з'явився ряд цифрових друкарських машин.

Був випущений на ринок ряд машин, створених їх виробниками з OEMпартнерамі, таких як MAN DicoPack, Xerox DocuColor 100, IBM Infoprint Color 100 та інші.

Модельний ряд hp Indigo ws 2000/4000 включав обладнання для рулонного і листового друку. Вхідна в нього рулонна система ws 2000 випускалася раніше на ринок під назвою Omnius Webstream, а машина hp Indigo s2000, відома раніше під назвою Multistream, призначена для друку на листових матеріалах.

Електрофотографічний процес друку забезпечує безпроблемну друк на багатьох пакувальних субстратах, таких як ПЕТ (поліетилентерефталат), алюміній, папір з металізованим ПЕТ і ін

В етикеткової і пакувальному виробництві застосовується цифрове друковане обладнання з сухими та рідкими тонерами. Можливості облагороджування етикеткової та пакувальної продукції на Електрофотографічний системах Xeikon з сухими порошкоподібними тонерами забезпечуються модульними лакування та післядрукарських пристроями Labelsprint і Ucoat із застосуванням флексографського друку. Використання особливих фарб у етикеткової та пакувальної друку дозволяє друкувати на цих виробах п'ятого фарбу. Наприклад, для контрастною друку, особливо на небілих пакувальних матеріалах, можна друкувати додатково покриває білою фарбою.

Для фіксування надрукованого зображення фірма Xeikon використовує різні технології, серед яких теплове безконтактне ІК-фіксування або фіксування теплим повітрям, що займають чільні місця. Розробка ж спеціальних систем тонерів для упаковок, наприклад з додатковою зшивкою молекул, не вважається актуальною.

З успіхом використовуються, крім паперів різних сортів, спеціальні друковані матеріали, що використовуються в пакувальної і етикеткової друку, металізовані і полімерні плівки та ін Невеликі модифікації машин, що базуються на конструкціях типу Xeikon, таких як Xerox DocuColor 100 дозволяють здійснювати друк на алюмінієвій фользі (кришки для йогурту, а також кришки для продуктів харчування тварин).

Необхідно зазначити, що друк з рулону на рулон типова для пакувальної друку. Бездоганна транспортування полотна гнучких матеріалів через машину часто висуває більш жорсткі вимоги, ніж при друку на папері. Тому тут здійснюється модифікація систем намотування і розмотування рулонів.

Системи hp Indigo з рідкими тонерами характеризуються також рядом особливостей.

В області спеціальних фарб машини фірми Indigo забезпечують можливість друку рідкими тонерами в 6 або 7 фарб, тому тут є досить простору для оздоблювальних і спеціальних кольорів. Завдяки системі Indichrome є можливість максимально з 9 основних кольорів отримувати шляхом автономного змішання безліч відтінків і навіть кольору системи Pantone. З іншого боку, розширена кольорова гама забезпечується шляхом додавання в лінію помаранчевого і фіолетового кольорів.

Що стосується фіксування, то перевага системи Indigo полягає у відсутності будь-якого фіксує складу. Однак при роботі з деякими друкованими матеріалами процес Indigo вимагає нанесення праймерів перед друком для поліпшення зчеплення фарби з основою.

В області електрофотографія, що застосовується в етикеткової та пакувальної друку, ряд процесів останнім часом суттєво вдосконалений. Ці удосконалення торкнулися, зокрема, тонерів і технології струменевого друку.

Більше висока роздільна здатність і краща сумірність зі звичайними способами друку вимагають тоншого розподілу розмірів часток. Звичайні порошкові тонери піддаються тонкому розуміли, і їх частки мають у середньому розміри від 8 до 10 мкм. Застосування часток дрібніше 5 мкм заборонено, тому що утворюється при цьому пил погано впливає на легені людини. У процесі розмелювання утворюються частинки різних розмірів, які важко класифікувати. Був розроблено новий спосіб виготовлення тонера, названий фірмою Xerox способом емульсійної агрегації EA. Він являє собою хімічний процес, який забезпечує виключно точний розподіл часток розміром близько 5 мкм. Після фіксування товщина шару тонера становить близько 2 мкм, що наближається до параметра офсетного друку. Над відповідними проектами працюють фірми Canon, Oce, OKI та інші.

Відшарування товстих шарів порівняно крихкого тонера при фальцюванню Електрофотографічний відбитків є проблемою, особливо у виробництві складних коробок. У даному випадку допомогу надають або додаткова біговка, або нові розробки в області тонерів. При цьому для нанесення тонких шарів більш кращими є рідкі тонери.

Актуальним є питання зниження цін на тонери, і розширення використання цифрової друку, а також жорстка конкуренція серед виробників можуть зробити певну допомогу у вирішенні цього питання.

В відношенні швидкості друку в електрофотографія існують певні фізичні кордони її збільшення, причому на них впливають при перенесенні тонера на друковану основу певні електростатичні поля і фіксування зображення. Для надійного перенесення певних кількостей тонера фірма Xerox в своїй машині iGen3 застосувала ряд розробок, наприклад ультразвукову підтримку.

Великі досягнення за останні роки стосувалися, без сумніву, розвитку струминного технології, фізичні межі якої поки не виявлені. Для генерування крапель в струменевого технології застосовуються в основному термічний метод (часто званий імпульсно-бульбашковий) і п'єзоелектричний ефект. Пьезотехнологія має істотну перевагу в порівнянні з термічним формуванням крапель, що полягає в тому, що з її допомогою можна створювати більш широку смугу колірних характеристик, так як чорнило піддаються лише незначною термічної навантаженні. В залежності від потоку крапель розрізняються системи безперервного утворення крапель та системи "крапля на вимогу".

В струминних принтерах з системою безперервного утворення крапель об?? азуется безперервний потік крапель. Всі краплі, які не повинні передаватися на поверхню відбитка, надходять до приймальні уловлюючі вирву. Щоб направити потрібні краплі на друковану поверхню, вони заряджаються електростатично і відхиляються при цьому таким чином, що проходять мимо воронки, потрапляючи на необхідні ділянки друкованого матеріалу. У зв'язку з тим, що ця система має складності при включенні і виключенні принтера і постійні втрати розчинника, розробки струменевого друку усе більше переміщаються в напрямку вдосконалення систем "крапля на вимогу". Фізичні та механічні властивості струминних принтерів і друкарської технології з рідкими тонерами є більш сприятливими по відношенню до післядрукарської обробці, ніж системи з сухими тонерами.

Фарби для струменевого технології, на відміну від інших способів друку, повинні мати рідких властивостями і не повинні містити частинок, які могли б засмічувати сопла, через які ці фарби надходять на запечатуваний матеріал. Чорнило на основі барвників широко поширені в офісних принтерах, однак техніка розвивається такими швидкими темпами, що вже виготовляються барвисті системи, які більш стійкі і економічні. Залежно від зв'язуючих розрізняють чорнило на основі води, масел, що містять розчинники або твердне УФ-випромінюванням. При цьому можливе використання виключно широкого спектру друкованих матеріалів і областей застосування, до яких також відноситься етикеткової виробництво. Наприклад, УФ-сушіння дає можливість негайного використання виробів після запечатки. Не існує ймовірність засмічення сопів, оскільки за відсутності УФ-випромінювання чорнило залишаються рідкими.

Розглянемо ряд нових розробок фірм в області систем струменевого друку "крапля за вимогу ", які відкривають великі можливості для використання, в тому числі для етикеткової виробництва. Маловідома на сьогодні англійська фірма Xaar plc, заснована в 1990 році, розробила концепцію пьезоголовок для технології "крапля на вимогу" і передала ліцензії іншим виробникам. Продукція, фірмою багатосторонні головки Xaarjet 500 встановлюються в струменевих друкованих машинах інших виробників і стають на рівень загального промислового стандарту.

Ізраїльське підприємство Aprion назвало свою технологію Magic (Multiple Array Graphic Inkjet Color). Перші інсталяції її були здійснені в області запечатки гофрованого картону. Друк з роздільною здатністю 600 dpi проводилася на цифрових друкарських машинах, які залежно від континентів або регіонів продажу та застосування одержали назви Enjet, Bel12000 або Shaldag. Швидкість друку чорнилом на водній основі становила 150 м/год і виконувалася на жорсткому громіздкому матеріалі при його автоматичного транспортування переміщуваними додатково в поперечному напрямку друкованими голівками.

Назва "цифрова офсетний друк" отримав спосіб, в якому використовується звичайна офсетний друк з такими ж фарбами за так званим принципом Direct Imaging c стираються друкованої форми, застосований вперше фірмою Heidelberg, або зі зтирається форми за технологією MAN Dicoweb. Для нього використовується також назва ComputertoPress. Ці машини призначені для тиражів від декількох сотень до кількох десятків тисяч примірників. Тиражі в кількості одного або декількох екземплярів на них неекономічні. Хоча в даний час не створено спеціально для пакувальної і тим більше для етикеткової друку машин з такими технологіями, на майбутнє є плани їх створення найближчим часом.

Інші способи, засновані на принципі плоского друку, такі як ферроелектріческая друк, розбризкуваної полімерні шари (як олеофільних друкуючих елементів, наприклад, Litespeed фірми Agfa) або "перемикається" полімер вже були представлені на виставках. Однак для їх доопрацювання потрібно ще якийсь час.

Поряд з уже відомими способами цифрового друку є ще деякі "екзотичні" розробки, які можуть представляти потенціал для етикеткової та пакувальної друку. Так, багато разів на виставках був представлений спосіб електрокоагуляції - елкографія. У ньому для диференціюються зображення механізму використовується запускається в дію електричним імпульсом ефект затвердіння (коагуляції) в кольорі. Елкографія має високий потенціал продуктивності, але відносно складний процес містить багато несподіваних факторів.

Новим, що знаходиться ще тільки на початковій стадії розробки способом є глибока цифровий друк. Її принцип полягає в тому, що комірки прозорого полого валика нагріваються зсередини лазерним променем настільки, що утворюється бульбашка газу, який переносить фарбу ударом з комірки на друкований матеріал. Прототип машини, що працює за цим принципом, будує германська фірма Aurentum з Майнца. Цікавим у цій технології є те, що вона не вимагає спеціальних фарб: теоретично в ній можуть використовуватися звичайні фарби для глибокого друку.

Є ще ряд спеціальних розробок безвідносно до якогось певного способу цифрового друку. Серед них: технологія Multibit або подання сірих тонів на одному пікселі, яка використовується, наприклад, у цифровій друкованої машині the.factory фірми dotrix, коли способом струменевого друку на одну точку можна перенести до 7 кольорових крапель, що відповідає глибині кольору до 3 біт; установка будь-який характеристичної кривий друкованого процесу; варіабельна друк даних (персоналізація); виробництво в точно обумовлені терміни і інші. Все це свідчить про те, що цифрові способи друку знаходяться в стадії інтенсивного розвитку і найближчим часом тут можна очікувати багато нових рішень.

Можливі і вже частково реалізовані рішення в області цифрового друку для етикеткової і пакувального сегментів ринку можна представити кількома категоріями.

1. Запис текстів і шрифтових знаків з змінними даними (переважно монохромна)

Вона включає лазерний друк шляхом прямого запису на відповідну поверхню упаковки або етикетки. Тут також може бути застосована струменевий друк, перш всього "постійна крапля з одного сопла з відхиляють пристроєм". Такі системи з невисоким дозволом застосовуються для нанесення різної чорно-білої інформації.

2. Запис текстів і шрифтових знаків з змінними даними (повнокольорові комплексні впечаткі), гібридні друковані машини.

Ці системи застосовуються в маркетингових цілях або для особливих сфер діяльності, дозволяючи повнокольоровий впечатку частково зі змінною інформацією; вони використовуються також на незмінних упаковках.

Системи струминного друку знаходяться в інтенсивному розвитку. І тут найближчим часом можна очікувати багато цікавого. У цьому сегменті ринку вже є ряд рішень, наприклад технологія швейцарської фірми Matti, що базується на друкованих головках фірми Scitex, або вдрукувальні апарати бельгійської фірми dotrix, що використовуються фірмою Mark Andy. Свого часу прикладом гібридної цифрової друкарської машини з вдрукувальні Електрофотографічний пристроєм EP була флексографская етикеточний машина DO330 фірми Gallus, яка більше не проводиться. Фірма Kammann, що спеціалізується на обладнанні для трафаретного друку, спільно з фірмою Indigo запропонувала друковане пристрій K15 Digital для впечаткі змінних даних та ілюстрацій трафаретним способом на CD. Тут можна відзначити, поряд з іншими пристроями, струменеві принтери японської фірми Epson, що забезпечують можливість багатокольоровим запечатки етикеток з фотографічним якістю.

3. Комплексні продукти, які виготовляються за допомогою кольорового друку

Поряд з відомими в етикеткової області рішеннями на основі цифрових машин Xeikon і hp Indigo, також нерідкі і рішення в інших пакувальних областях. Цікаве рішення представляє тут УФ-струменевий варіант базується на технології Xaar машини the.factory, який є поки в пілотної інсталяції.

4. Швидке виготовлення зразків для торговельних цілей

При створення нового або оновлення старого дизайну упаковок можна підготувати кілька варіантів. Багатство ідей та творчі можливості дизайнерів дають можливість безмежної їх реалізації за допомогою цифрового друку для створення нових етикетковий, пакувальних та рекламних продуктів. Перед тим, як етикетка або упаковка почне випускатися великими тиражами, за допомогою сучасних цифрових друкованих та плоттерні систем можна оперативно виготовити її попередні зразки на струменевому принтері. За допомогою таких систем легко працювати на різних матеріалах, створюючи різноманітні варіанти проектів.

Підводячи підсумок, можна сказати, що на ринку масової пакувальної і етикеткової продукції, за рахунок різниці в цінах, цифровий друк поки що помітно поступається класичним способам друку. В областях же застосування, де переваги в конкурентній боротьбі забезпечують властивості цифрового друку, до неї вже сьогодні спостерігається великий інтерес і з'являються перші випадки її застосування. Аналізуючи стан і перспективи розвитку цифрового друку для виробництва етикеток і упаковки, ймовірно, можна вважати, що в доступному для огляду найближчому майбутньому вона не стане заміною традиційних способів для друку масової продукції, але буде представляти доцільне і збагачує їх доповнення.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.newsprint.ru