ink jet

1. 36 | de ingenieur 10 | oktober 2017 oktober 2017 | de ingenieur 10 | 37
S
tel je eens voor dat het voetbal­
blad VI in Amsterdam in de
kiosken ligt met een speler van
Ajax op de cover. In Eindhoven
is dat een PSV’er en in Rotterdam een
Feyenoorder. Een droom van bladen­
makers en uitgevers, die digitale print­
technologie binnenkort waar moet
Een opengewerkte tekening van
de VarioPrint i300, de 9 m lange
inkjetprinter van Océ.
Close-up van de minuscule druppels in de VarioPrint i300
van Océ, terwijl ze net een printkop verlaten.
GROTE INKJETS VERVANGEN OFFSETMACHINES
Drukken met
druppeltjes
De traditionele manier van drukken is toe aan een digitale upgrade, vindt Océ.
Maar die overgang vraagt wel om druppeltjes van een paar miljardste milliliter
en allerlei technologische kunststukjes. De Ingenieur bezocht het Venlose lab
van het printbedrijf. tekst ir. Jim Heirbaut
maken. Een snelle en betaalbare tech­
niek die daarvoor kan zorgen, is inkjet­
printen. Dat proces geeft een drukker
meer flexibiliteit ten opzichte van de
huidige druktechnieken, omdat hij dan
geen dure offset­
platen meer hoeft
te maken. De digitale beelden in
de computer gaan simpelweg naar
de printer, die met printkoppen vol
waterge­
dragen inkten de vellen papier
beprint.
Een van de bedrijven die voorop­
lopen in de wereld op het gebied van
inkjetprinten, is Nederlands: Océ in
Venlo (dochterbedrijf van het Japanse
Canon). Hoog tijd dus om eens een
illustratie
Océ
foto
Arjan
van
der
Bos/Mark-Jan
van
der
Meulen/Océ/Universiteit
Twente
kijkje te nemen in de onderzoekslabs van het bedrijf. Onder andere
mochten we onder de motorkap kijken van een testvariant van de al op
de markt verschenen VarioPrint i300. Die is indrukwekkend groot:
9 bij 3 m.
Na jaren van ontwikkelwerk is deze printer nu een goed geoliede
machine, waar de losse vellen papier vloeiend doorheen schieten,
onder de printkoppen door. De kleuren cyaan, magenta, geel en zwart
komen uit afzonderlijke koppen met duizenden nozzles (spuitmondjes)
die druppeltjes kunnen uitspuwen met een frequentie van 30 kHz en
een druppelvolume van slechts 4 picoliter (10-12
l).
De vellen papier blijven netjes platliggen dankzij duizenden gaatjes
die een onderdruk creëren aan de onderkant van het papier. Dit is erg
belangrijk omdat de afstand van de nozzle tot het papieroppervlak
­
(tussen de 0,8 en 1,5 mm) bepaalt hoe precies een druppeltje op de
gewenste plek terechtkomt. Voor alle zekerheid gaat elk maagdelijk
vel papier onder een laserprofilometer door die de vlakheid meet. Is
een vel niet vlak genoeg of heeft het een ezelsoor, dan verlaat het de
machine via de zijuitgang.
Ook de interactie tussen kleureninkt en papier luistert nauw. Als het
papier te veel absorbeert, trekt al het gekleurde water het papier in.
Dan blijft er na drogen te weinig pigment zichtbaar aan het oppervlak,
met fletse kleuren tot gevolg. Daarom wordt er
vóór de inkt een primer op het papier geprint, die
zorgt dat de inkt bovenin het papier blijft zitten.
Het printen op gewoon wit kantoorpapier gaat
deze machine prima af. Klanten gebruiken hem
dan ook al voor een scala aan toepassingen, van
het printen van gepersonaliseerde rekeningen tot
het on demand afdrukken van boeken. ‘We hebben
deze machine relatief snel naar de markt kunnen
brengen en hebben op dit vlak momenteel geen
echte concurrentie’, vertelt ir. Mark Hoeij­makers,
procedéarchitect van de VarioPrint i300.
Testbeeld
Een van de technische hoogstandjes van de Vario­
Print i300 is het feit dat elke printkop zevenduizend
nozzles op een rij heeft om over een volle breedte
van 32,3 cm te kunnen printen. Dat schiet natuur­
lijk lekker op in vergelijking met een thuisprintertje
dat zijn kleine printkoppen voortdurend heen en
weer moet laten rijden. Maar het maakt het proces
ook kwetsbaar. Als een van de nozzles verstopt zit,
is er namelijk meteen een lijn te zien op de print.
Omdat dit zo cruciaal is voor de kwaliteit, drukt
de printer om de zoveel tijd een testbeeld af met
allerlei fijne lijnenstructuren. Dat beeld wordt in
de printer direct gescand, waaruit blijkt welke
­
nozzles eventueel dicht zitten. ‘Gaat dat om een
enkel gaatje, dan compenseert de printer daarvoor.

2. 38 | de ingenieur 10 | oktober 2017 oktober 2017 | de ingenieur 10 | 39
Er is nog een probleem, dat iedereen kent die thuis een goedkoop inkjet­
printertje heeft staan: als je een foto print – lees: veel inkt gebruikt –
krult het papier alle kanten op. Logisch, want nat papier zet uit. Daar is
iets aan te doen door het papier te coaten, zoals bij speciaal foto­papier.
Maar dat is wel gelijk een stuk duurder.
Ook Océ moet er bij de machines die gebruikmaken van inktjet­
technologie rekening mee houden dat vellen van goedkoop, ongecoat
papier langer nat blijven. De hoge doorvoer­
snelheid maakt het extra
lastig om daarmee om te gaan. Na te zijn beprint, loopt een vel papier
verder door de machine en komt het bij de uitgang op een stapel
terecht. Om uitvegen te voorkomen, moet het oppervlak al een paar
seconden na het printen droog zijn; dan wordt het vel getransporteerd
door rolletjes die het beeld raken. ‘Een deel van het water is dan ver­
dampt, het andere deel in het papier getrokken’, vertelt papieronder­
zoeker dr.ir. Louis Saes van Océ. ‘Dat laatste geeft niet, want dat droogt
later wel verder. Als het water maar weg is van het oppervlak.’
De inkt moet alleen ook weer niet té ver in het poreuze papier trekken.
Want het zijn de pigmenten die uiteindelijk diepte en helderheid aan
een beeld geven. Die moeten dus aan de oppervlakte van het papier
achterblijven.
Krullend papier
Océ maakt zelf geen papier, maar om de eindgebruiker van een printer
zo goed mogelijk te bedienen, moet het apparaat zoveel mogelijk
papiersoorten kunnen gebruiken. Daarnaast is het in het belang van
papierfabrikanten dat ze papiersoorten ontwikkelen die goede resulta­
ten geven in de Océ-machine. Océ heeft daarom een soort certificering
in het leven geroepen. Papierfabrikanten kunnen hun nieuw ontwik­
kelde papier door het printbedrijf laten testen. Als de kwaliteit van het
resultaat voldoende is, komt die papiersoort op een lijst die Océ aan
zijn klanten communiceert. De boodschap is dan: deze types papier
van die merken kunt u gerust in onze printer stoppen, want dat geeft
goede resultaten. ‘Er is papierfabrikanten veel aan gelegen om op die
lijst te komen’, zegt Saes.
Voordat Océ een heel certificeringsprogramma voor een nieuw
papier opstart (waarvoor vele kilogrammen papier worden besteld),
is het handig om een paar snelle testjes te doen, die al een eerste
indruk geven. Wat gebeurt er bijvoorbeeld als je een vel papier met
een wasknijper aan een draad hangt en het besproeit met water?
Krult het vel zich binnen een paar tellen op tot een huls, dan maakt
het waarschijnlijk geen enkele kans. En wat zie
je als je een felle lamp achter het papier houdt?
Zijn de dichtheidsverschillen in het papier niet
te groot?
Het testen van een nieuw papier is altijd weer
spannend, want eigenlijk is papier een black box
voor Océ. ‘Je hebt vooraf geen idee wat er precies
in zit’, zegt Saes. ‘De basis is weliswaar altijd het­
zelfde: een mengsel van houtvezeltjes, water, vul­
stoffen en additieven. Maar iedere producent
heeft zijn eigen recept. Daarnaast blijven fabri­
kanten nog steeds nieuwe papiersoorten ontwik­
kelen. Papier is meer dan tweeduizend jaar oud,
maar het is nog steeds te verbeteren.’
Knoppen
Er zijn dus de nodige ‘knoppen’ waar de inge­
nieurs van Océ nog aan kunnen draaien: de ink­
ten, de printkoppen, het fixeren van de inkt op het
papier en het papier zelf. Bij elk onderdeel is nog
wel iets te winnen. ‘Daarbij proberen we steeds
het hele proces te blijven snappen’, zegt Hoeij­
makers. ‘Je kunt wel één aspect verbeteren, maar
dat moet niet ten koste gaan van een ander.’ |
‘Papier is meer dan tweeduizend
jaar oud en toch nog te verbeteren’
foto
Océ
illustratie
Océ
Zijaanzicht van de printkoppen (bovenste helft) en de reinigingsunit van de VarioPrint
i300. Als de printer merkt dat de koppen te vuil zijn, worden ze schoongeveegd door
rubberen flapjes en het absorberende papier dat te zien is op de rolletjes.
De nozzle ernaast print dan een groter druppel­
tje. Of als een zwarte nozzle dicht zit, maken
de nozzles voor cyaan, magenta en geel samen
een zwarte beeldpunt.’ Voor het geval er meer­
dere nozzles verstopt zijn, heeft de printer een
­
reinigingsunit aan boord, vervolgt Hoeijmakers.
‘Met rubberen flapjes en een rol papier veegt die
de plaat met nozzles schoon.’
Het ontwikkelwerk aan de VarioPrint i300 is
echter allerminst klaar. De printkwaliteit is goed,
maar moet nog verder omhoog. ‘We willen rich­
ting fotoboekkwaliteit.’ Ook moet de machine
straks het glanzende – glossy – papier dat nodig is
voor tijdschriften kunnen beprinten. ‘Dat heeft
een coating waar onze watergedragen inkt niet in
wil trekken.’ Gevolg daarvan is dat de pigmenten
na het drogen op het papier liggen. Een kras met
je nagel is dan voldoende om het kleurlaagje te
beschadigen. De oplossing van Océ: met de inkten
een kleurloos polymeer meeprinten dat een egaal
beschermend laagje vormt waar de pigmenten
uiteindelijk in liggen. Zo houd je de glans van
glossy papier, maar zijn de prints wel veel beter
bestand tegen krassen.
PRINTEN MET GEL
De printer Colorado 1640 van Océ presteert
een stuk sneller dan zijn concurrentie. De
machine slaagt daarin dankzij een ­
bijzondere
inkt die gel bevat.
Voor sommige toepassingen en ondergronden
zijn inkten op waterbasis niet erg geschikt;
denk aan plastic folies en reclamedoeken.
­
Daarom bracht Océ begin dit jaar een machine
op de markt die print met inkt die gel bevat.
In de printkop van de grootformaatprinter
­
Colorado 1640 wordt deze gel verhit en is hij
vloeibaar, maar zodra een druppeltje op een
­
ondergrond landt, verandert hij direct in een
gel. Daardoor wordt het samenvloeien van twee
­
druppels van verschillende kleuren voorkomen.
Doordat je zo de vervorming van een geprinte
druppel helemaal beheerst, kun je per printstap
meer inkt neerleggen. Er zijn dus minder print-
stappen nodig om eenzelfde resultaat te krijgen
dan bij concurrerende machines. Dat maakt de
Colorado 1640 sneller.
Ingewikkelde puzzel
Maar na de overgang naar een gel zijn we er
nog niet. Een paar seconden later komt een
­
slede langs met een uv-lamp erop die de inkt
belicht, waardoor die verder uithardt tot zijn
eindsterkte. Die seconden zitten ertussen om
geprinte druppels de gelegenheid te geven
­
gecontroleerd uit te spreiden. Veel andere fabri-
kanten zetten printkop en uv-lamp juist op
één slede, zodat een geprinte druppel al
na ­
enkele milliseconden een dosis uv-licht
over zich heen krijgt. Dit doen ze om uit-
vloeien van de druppel zoveel mogelijk te
voorkomen.
De inkt bevat vier soorten componenten,
elk met een eigen functie. De gel zorgt bij
afkoelen voor een stevige matrix waar­
binnen de vloeistof wordt vastgehouden.
De pigmenten geven de inkt zijn kleur.
Maar het leeuwendeel van de inkt bestaat
uit acrylaten: stoffen die uitharden als ze
op de juiste manier worden geprikkeld. Die
prikkel komt van de vierde component: de
fotoinitiatoren. Deze stoffen zetten onder
de invloed van (uv-)licht de acrylaten aan
tot crosslinking, het chemische proces
waarbij polymeerketens met elkaar
­verknoopt raken.
Kokerellen zonder recept
Een vloeistof met zoveel verschillende
componenten vormt een ingewikkelde
puzzel. Enerzijds streef je naar bepaalde
functionele eigenschappen, anderzijds
moet de inkt wel in de printkoppen van
Océ te verwerken zijn. In die puzzel mogen
de Océ-inktonderzoekers elke dag hun
­
tanden zetten. ‘In de toekomst kunnen we
misschien op de computer het materiaal­
gedrag van een nieuwe inktsamenstelling
voorspellen, maar zover zijn we nog niet’,
zegt dr. ir. Robin Willemse, Lead Techno­
logist bij Océ.
Nu heeft het maken van een nieuwe inkt
nog veel weg van kokkerellen met een ge-
recht in gedachten, maar zonder recept. Op
basis van de vraag van een klant is bekend
aan welke eigenschappen een inkt moet
voldoen. Vervolgens gaan de chemici van
Océ aan de slag met bekende grondstoffen
van leveranciers. ‘Die leveren meestal de
testresultaten mee van hun grondstoffen,
zodat we al een idee hebben hoe die zich
gedragen. Maar als je ze gaat mengen,
kan dat weer anders zijn’, zegt Willemse.
Na het formuleren van een mengsel en
proeven op kleine schaal komt het span-
nende moment dat de ‘inkt’ voor de eerste
keer in de printkop wordt gestopt. Zal de
vloeistof zich gedragen als verwacht? Na
het uitvoeren van talloze testprints, die
grondig worden bekeken, doen de chemici
kleine aanpassingen aan de formulering,
waarna de volgende ronde met testafdruk-
ken begint. Dit iteratieve proces eindigt als
het goed is met een inkt die voldoet aan
de eisen van de klant. En natuurlijk moet
ook de prijs binnen de perken blijven,
­
zodat Océ er nog wat aan kan verdienen.
De Colorado 1640 maakt handig gebruik van gelhoudende inkt om snel te kunnen printen.