Cyfrowa transformacja druku przemysłowego
6 gru 2016 14:59

Od czasów starożytnych ludzie na całym świecie szukali sposobów, by upiększyć swoje otoczenie i wzbogacić swoje życie za pomocą dekoracji. Używali dekoracyjnych glifów, obrazów oraz słowa pisanego w wersji monochromatycznej lub kolorowej, by odzwierciedlać swój styl życia i przekazywać wiadomości funkcjonalne. Innowatorzy na całym świecie od zawsze szukają rozwiązań dla umieszczania materiałów dekoracyjnych i funkcjonalnych na powierzchniach oraz przedmiotach użytku codziennego. Niektóre z tych projektów były przeznaczone głównie do przekazywania informacji, podczas gdy inne miały stwarzać niesamowity efekt wizualny lub zwiększać funkcjonalność danego przedmiotu. Na początku była wczesna technika drzeworytu na papierze i tekstyliach, aż do przełomowego wynalazku Gutenberga, jakim była prasa drukarska z ruchomą czcionką w 1440 roku. Od czasu kiedy Gutenberg zrewolucjonizował druk 575 lat temu, ten proces produkcji rozwinął się w kierunku precyzyjnej aplikacji barwników lub innych substancji w druku i zastosowaniach przemysłowych. Techniki drukarskie ewoluowały w kierunku produkcji dokumentów użytkowych oraz druków wykorzystywanych do wymiany informacji, działań promocyjnych czy edukacji. Druk przemysłowy stał się technologią stosowaną do wzbogacenia elementów dekoracyjnych na obiektach użytku codziennego, w tym na opakowaniach, powierzchniach dekoracyjnych czy wyrafinowanych, funkcjonalnych materiałach wykorzystywanych w przemyśle elektronicznym. Historycznie druk przemysłowy wykorzystywał i wykorzystuje różne techniki drukowania analogowego takie jak: offset, wklęsłodruk, druk fleksograficzny i sitodruk. Obecny zakres zastosowań jest olśniewający i obejmuje możliwości aplikacji m.in. na: tekstyliach, ceramice, podłogach, laminatach, szkle, drewnie, przełącznikach membranowych, elektronice drukowanej, opakowaniach, a nawet niektórych materiałach biomedycznych. Skutki masowej personalizacji Motorem tych zmian była potrzeba masowej produkcji drukowanych przedmiotów takich jak książki lub pakowane towary konsumpcyjne wiodących marek w branży. Elementy takie jak tkaniny modowe, dekoracyjne laminaty, płytki ceramiczne oraz opakowania produktów stały się dostępne dla konsumentów dzięki masowym procesom produkcji i technologii. Chociaż produkcja masowa obniża cenę jednostkową, wymaga ona dużych inwestycji w moce produkcyjne, jak również odpowiedniego łańcucha dostaw w celu zarządzania wewnętrznym i zewnętrznym przepływem materiałów i towarów. Według szacunków InfoTrends, na całym świecie wyroby dekoracyjne wytwarzane masowo stanowiły wartość niecałego pół biliona dolarów w produkowanych towarach z użyciem płaskiego szkła, płytek ceramicznych, wykładzin podłogowych/laminatów, tekstyliów i tapet. Nasze dążenie do coraz to bardziej drobiazgowego urozmaicania naszego otoczenia w połączeniu z nieustannymi innowacjami w inżynierii materiałowej i technologii cyfrowej to główne siły napędowe w procesie przejścia od produkcji masowej do masowej personalizacji. To przejście umożliwia zarówno indywidualnym konsumentom, jak i nabywcom instytucjonalnym personalizację ich przestrzeni za pomocą obiektów danej marki lub dekoracyjnych powierzchni, które odzwierciedlają ich gusta i wrażliwość wizualną. Drukowanie cyfrowe jest coraz częściej wykorzystywane do wytwarzania produktów masowej personalizacji i jednocześnie zapewnia wiele innych korzyści, w tym skuteczność zarządzania produkcją i pozytywny wpływ na środowisko. Druk przemysłowy w erze cyfrowej Druk cyfrowy wyłonił się już ponad pokolenie temu z wachlarzem technik, które wprowadziły nowe procesy produkcji zintegrowanej, a także możliwość dostosowywania i personalizacji produktów. Choć obiecujące, wczesne innowacje były często drogie i nie zapewniały akceptowalnej jakości dla użytkowników końcowych. Jedną z wiodących technik był druk inkjetowy. Przez wiele lat technologie druku inkjetowego, jak DOD (drop-on-demand) i CIJ (continuous inkjet), walczyły o akceptację ze względu na wysokie koszty, problemy z niezawodnością oraz ograniczony zakres dostępnych materiałów (np. atramentów i podłoży). Są to czynniki wpływające negatywnie na zakres zastosowań, które mogłyby być wytwarzane za pomocą tych technologii. W ciągu ostatnich dwóch dekad postępujący rozwój technologiczny materiałów i głowic drukujących spowodował pojawienie się wielu produktów, które skutecznie przekształciły dynamikę przemysłu tak, by umożliwić masową personalizację druków z wykorzystaniem technologii inkjetowej. Zmiany te szybko postępują również w produkcji przemysłowej. Przede wszystkim u podstaw tych zmian leżą rozwiązania inkjetowe pozwalające na produkcję wysokiej jakości artykułów i jednoczesne korzystanie z zalet eksploatacyjnych druku cyfrowego. Niezwykle ważna efektywność działania jest tylko jednym z czynników napędzających wzrost rynku. Możliwość wytwarzania produktów w sposób szybki i tani w krótkich seriach demokratyzuje proces twórczy. Na rynku, gdzie drukowanie wymaga teraz mniej przygotowań, a zapasy zostały w sposób istotny zredukowane, właściciele marek i projektanci mogą odkrywać nowe produkty, materiały i technologie produkcji, które nie wymagają tak dużych inwestycji jak produkty wytwarzane masowo. Napędzane przez internet, produkty te generują popyt na wiele zastosowań, które wcześniej były niedostępne dla konsumentów i przedsiębiorstw. W połączeniu z zyskami operacyjnymi te rynkowe możliwości mogą oznaczać wzrost dochodów dla firm różnej wielkości. Krajobraz branżowy Techniki drukowania obejmują szeroki zakres branż, w tym komunikację graficzną, opakowania, druk dekoracyjny i druk funkcjonalny. Wspólnym elementem tych wszystkich segmentów przemysłu jest potrzeba dokładności w aplikacji, np. spoiw farb czy też materiałów funkcjonalnych. Są one umieszczane na różnych powierzchniach: od arkuszy papieru po drukowane obiekty 3D. Podstawowe technologie zazwyczaj migrują na sąsiednie rynki – np. technologia, która została wstępnie zaadaptowana przez jeden segment, znajdzie swoją drogę do powiązanego segmentu, by następnie zostać zmodyfikowana na potrzeby nowego sektora. Chociaż cyfrowa rewolucja podążała kilkoma ścieżkami, tą najbardziej znaczącą do tej pory był rynek komunikacji graficznej. Cyfrowy druk na żądanie posiada teraz ugruntowaną pozycję w tym segmencie rynku z ponad miliardem odbitek A4 produkowanych rocznie. Zastosowanie technik cyfrowych obecnie rośnie i migruje do takich obszarów przemysłu jak opakowania, druk dekoracyjny i funkcjonalny. Aby lepiej zrozumieć najważniejsze trendy, które wywierają wpływ na różne branże, możemy sporządzić krótki opis i podać przykłady rozwiązań dostępnych w danych sektorach przemysłu. Opakowania Branża opakowaniowa to ogromny rynek; z badań przeprowadzonych przez InfoTrends wynika, że generowała ona ponad 400 mld USD powiązanych przychodów w skali globalnej w 2014 roku. Aplikacje opakowaniowe rozciągają się od prostych oznakowanych, brązowych pudełek z tektury falistej do nagradzanych etykiet dla produktów premium. W ciągu ostatnich kilku lat technika kolorowego druku cyfrowego ugruntowała się poprzez dziesiątki rozwiązań elektrofotograficznych i inkjetowych. W 2014 roku zadrukowano około miliarda m2 i przewiduje się, że w 2019 roku będzie to 2 mld m2, co stanowi roczną stopę wzrostu 23 procent. Dzięki nowej generacji inkjetowych maszyn drukujących rynek ten obejmuje teraz wytwórców składanych pudełek, opakowań giętkich, użytkowników druku „direct-to-shape” (druk na przedmiotach) oraz druku na tekturze falistej. Systemy te wychodzą dalej poza systemy druku próbnego w kierunku w pełni zintegrowanych linii produkcyjnych. Rozwiązania, które są przeznaczone do nadruku na tekturze falistej lub druku arkuszowego w produkcji pudełek składanych i materiałów POS, są teraz dostępne u głównych dostawców w branży osiągając prędkości drukowania przekraczające 200 m/min. Druk „direct-to-shape” jest kolejnym przykładem kategorii wschodzącej, gdzie poligrafia, technologie i dostawcy branżowi spotykają się, by zaspokoić popyt na druk spersonalizowany. Przykłady obejmują jedną ze sztandarowych marek oferujących obecnie drukowane cyfrowo butelki piwa, które są w pełni spersonalizowane i połączone z kampanią wykorzystującą rzeczywistość rozszerzoną (AR). Nie jest to zupełnie nowa koncepcja, oprócz tego, że obecnie znajduje zastosowanie na skalę przemysłową u wiodącego producenta. Druk dekoracyjny Druk dekoracyjny to rozległy sektor w branży, korzystający z wielu aplikacji, które bazują na możliwościach druku cyfrowego. Wolumen drukowania cyfrowego w tym segmencie jest duży i szybko rośnie. Chociaż istnieje wiele możliwości zastosowań druku dekoracyjnego, w niniejszym artykule skoncentrujemy się na tych głównych wykorzystujących druk cyfrowy, tj.: ceramice, tekstyliach, laminatach i drewnie, a także tapetach i szkle. Ceramika Rynek płytek ceramicznych jest ogromny, z ponad 12 mld m2 płytek wyprodukowanych na całym świecie w 2014 roku (dane z raportu „InfoTile”). Ten segment branży tradycyjnie wykorzystywał maszyny rotacyjne do aplikacji dekoracyjnych farb ceramicznych na płytki przed procesem wypalania. W rezultacie otrzymywało się atrakcyjny cenowo produkt, który oferował trwałość kamienia naturalnego. Jednak użycie obrotowych cylindrów drukujących ma swoje wady – liczba możliwych do uzyskania odbitek jest ograniczona, a zmiana formy drukowej kosztowna. Ponieważ druk cyfrowy znacznie poprawił czas upływający od produkcji do wprowadzenia produktu na rynek, umożliwił zmiany w projektach wzorów oraz skrócił czas przygotowania maszyny do pracy, zdobył on obecnie uznanie większości przedsiębiorstw produkujących płytki ceramiczne w Europie i zyskuje szybko rosnący udział w Chinach. Ponadto technologia cyfrowa umożliwia nadruk 3D już po wypaleniu, aby dodać teksturę do warstwy dekoracyjnej. Tekstylia Drukowanie na tkaninach jest obszernym przemysłem z głęboko zakorzenionym dziedzictwem w krajach takich jak: Włochy, Turcja, Indie, Japonia, Korea czy Chiny. Jak podaje raport „InfoTrends Digital Textile Forecast”, drukowane tekstylia stanowiły ponad 35 mld m2 w 2014 roku, z czego 800 mln stanowiły tekstylia zadrukowane cyfrowo. Mimo że w większości przypadków aplikacje na tkaninach są wytwarzane za pomocą sitodruku lub maszyn rotacyjnych, zastosowanie cyfrowych maszyn drukujących gwałtownie wzrasta. Ten wyjątkowy przemysł tworzy olśniewające projekty od czasów, kiedy drewniane, rzeźbione bloki były używane do „stemplowania” na tkaninach. Od tego czasu poczyniono wiel-kie zmiany, a dominującą technologią stosowaną w produkcji tkanin na dużą skalę jest obecnie sitodruk rotacyjny. Teraz, kiedy tusze specjalistyczne mogą być używane na szerokim zakresie włókien naturalnych i tych wytwarzanych przez człowieka, jest możliwe stworzenie opłacalnych, gotowych produktów w wyrazistych kolorach i o niebanalnych projektach. Kluczowymi czynnikami w rozwoju tego rynku były coraz większe zapotrzebowanie na zwiększenie efektywności operacyjnej oraz dążenie do zapewnienia konsumentom najnowocześniejszych wzorów. Od wczesnych lat 90. XX w. dostawcy technologii inkjetowych próbowali sprawić, by inkjet oferował odpowiednie rozwiązania dla producentów tkanin. W ciągu ostatnich kilku lat można zauważyć gwałtowny wzrost na rynku druku inkjetowego na tekstyliach dotyczący organizacji różnej wielkości. „InfoTrends Digital Textile Forecast” podaje, że przewidywana stopa wzrostu dla druku cyfrowego na tekstyliach wyniesie ponad 30 proc., przekraczając 3,2 mln m2 do 2019 roku. Ten szybki wzrost można przypisać skróconemu czasowi przygotowania do druku, redukcji kosztów w produkcji przyjaznej dla środowiska i demokratyzacji projektów, które łącznie pozwalają właścicielom marek na szybsze i skuteczniejsze dotarcie do rynków. Laminaty i drewno W ramach branż budowlanej i meblowej produkty do obróbki drewna znajdują zastosowanie na drukowanych papierach dekoracyjnych i laminatach przez dziesięciolecia. Dzięki szerokiej gamie wzorów, które naśladują naturalną strukturę drewna, kamieni i wzorów graficznych, laminaty są opłacalnym substytutem dla naturalnych materiałów. W niektórych przypadkach laminaty są wręcz preferowane, ponieważ są one bardziej trwałe. Zazwyczaj produkowane za pomocą wklęsłodruku, papiery dekoracyjne są przetwarzane na laminaty przy użyciu wielu różnych procesów. Przemysł ten wyprodukował cyfrowo ponad 300 mln m2 w 2014 r. (dane z raportu InfoTrends). Presja, aby stworzyć laminaty odpowiednie dla produkcji krótkoseryjnej lub zgodnej z wymaganiami klienta, zwiększa popyt na produkty ze średniej półki, jak również przemysłowe, które mogłyby konkurować z wielkością produkcji przy wykorzystaniu tradycyjnych maszyn wklęsłodrukowych. Wielu czołowych dostawców laminatów i papieru dekoracyjnego (np. Schattdecor, WilsonArt czy Formica) oferuje obecnie niestandardowe laminaty generowane na podstawie wymagań użytkowników końcowych dotyczących zwiększenia swobody projektowania i personalizowania. Te tendencje są wynikiem wieloletniej, udanej produkcji laminowanych wykładzin podłogowych, a także wielu listew ozdobnych dla przemysłu budowlanego. Obok laminatu wyłaniają się inne bezpośrednie rozwiązania druku mające zastosowanie przy produkcji na różnych wyrobach z drewna takich jak płyty pilśniowe średniej gęstości MDF (ang. Medium-Density Fibreboard – red.), sklejki czy drewno naturalne. Nie wymagają one laminowania i są stosowane do tworzenia powierzchni dekoracyjnych w aplikacjach domowych i komercyjnych. Tapety Okładziny ścienne istnieją od czasów, kiedy w starożytnych Chinach dekorowano nimi ściany pałaców. Jakiś czas później, w 1481 roku francuski król Ludwik XI zamówił tapety do swoich królewskich komnat. Malarz Jean Bourdichon namalował na 50 rolkach papieru podobizny aniołów na niebieskim tle, ponieważ król Ludwik uznał za konieczne, aby przenosić się często z zamku do zamku. Od tego czasu na tym polu poczyniono wielkie postępy, a tapety stały się łatwo dostępne dla każdego, do użytku domowego czy dla potrzeb budynków komercyjnych. W roku 2014 – według raportu InfoTrends „Profiting from Digital Printing in the Décor Marketplace” – technologie takie jak druk bezpośredni, offset, druk fleksograficzny i druk wklęsły były szeroko stosowane do produkcji standardowych tapet, z woluminami szacowanymi na 52 mln m2. Cyfrowe systemy wielkoformatowe zapoczątkowały generację innowacyjnych graficznych rozwiązań komunikacyjnych dla różnorodnych branż, które zaadaptowano w sektorze produkcji tapet. Postęp w cyfrowych atramentach (np. lateks i elastyczne atramenty UV) umożliwia teraz drukowanie na standardowych podłożach branżowych, które są zgodne z przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy. Zastosowania takie jak murale i bogate graficznie rolki tapet są coraz bardziej powszechne i już dostępne u niektórych dostawców. Szkło Szkło dekoracyjne przez tysiąclecia zdobiło katedry, pałace oraz wiele budynków publicznych i prywatnych. Stosowano je przy produkcji witraży aż po szyby z nadrukiem sitodrukowym. Elementy te były wykorzystywane do wzmocnienia marki, promowania wyrazu artystycznego lub tworzenia prostych oznakowań. Według prognozy raportu „Global Flat Glass Industry Trend” przygotowanej przez Lucintel oczekuje się, że rynek szkła płaskiego przekroczy wartość 66 mld USD w 2019 roku i zaczynie adaptować druk cyfrowy, który zyskuje na znaczeniu. Wraz z rozwojem głowic drukujących, które są zdolne do nakładania atramentów ceramicznych na szkło, wiele sektorów używa techniki druku cyfrowego do wytwarzania trwałego szkła dekorowanego, odpowiedniego do zastosowań architektonicznych, a także przemysłowych. Druk funkcjonalny Innym typem druku przemysłowego jest druk, gdzie na powierzchnię nakładany jest dany materiał lub atrament, aby umożliwić pewną funkcjonalność. Stosuje się tu urządzenia piezoelektryczne lub głowice CIJ, co pozwala zadrukowywać wiele różnych materiałów. Zastosowania obejmują przełączniki membranowe, elektronikę drukowaną, druk 3D oraz szereg nowych innowacji o małych rozmiarach cząstek (np. nanocząsteczki), które rozwijają się w zastosowaniach farmaceutycznych i biomedycznych. Chociaż istnieje wiele innych bardzo ważnych technologii osadzania cząstek na podłożu, są one zwykle ograniczone do specjalistycznych forów naukowych. Przełączniki membranowe Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów (American Society for Testing and Materials – ASTM) określa przełącznik membranowy jako „chwilowe urządzenie przełączające, w którym co najmniej jeden styk jest wykonany z elastycznego podłoża”. Te elastyczne podłoża są na ogół drukowane na folii PET, która służy jako nośnik podstawowy. Są one powszechne w sprzęcie AGD, urządzeniach medycznych, grach, smartfonach i zabawkach. Techniki drukowania są regularnie stosowane w produkcji nadruków lub obwodów elektronicznych z wykorzystaniem farb przewodzących prąd. Postęp w technologii cyfrowego druku UV – w tym elastycznych atramentów i utwardzania za pomocą diod LED – poszerza zakres zastosowań przełączników membranowych i nośników, obejmując elastyczne podłoża, które mogą być utwardzane przy mniejszym zużyciu energii i ciepła. W przypadku specjalistycznej produkcji wysokonakładowej przy użyciu technologii utwardzania wiązką elektronów (EB) możliwe jest nakładanie i utwardzanie na delikatnych podłożach. Krótkie serie mogą powstawać z wykorzystaniem sitodruku lub druku fleksograficznego. Druk 3D Rynek druku 3D to ogromna przestrzeń z wieloma różnymi technologiami, aplikacjami, materiałami, cenami i rozwiązaniami. Obecne technologie druku 3D wykorzystywane są m.in. do: natryskiwania spoiw, cyfrowego przetwarzania światła, topienia wiązką elektronów, wytwarzania włókien ciągłych, natryskiwania materiału, selektywnego osadzania laminatu, selektywnego spiekania laserowego i stereolitografii. Wszystkie te technologie mają swoje wady i zalety i jest prawdopodobne, że lista ta będzie rosnąć, gdy coraz więcej sprzedawców zacznie pojawiać się z własnymi rozwiązaniami w tym obszarze. Typowe produkty tworzone na drukarkach 3D to: prototypy, formy i matryce oraz gotowe produkty. Te aplikacje są używane przez niemal wszystkie gałęzie przemysłu do tworzenia różnych produktów, od produktów badawczych o wielkości „nano” po części samolotów. Ten segment rozwija się bardzo szybko i co rusz słychać o innowacjach, które umożliwiają kolejną atrakcyjną aplikację. Atrakcyjnością druku 3D jest jego natura – ilość odpadów jest ograniczona, czas wprowadzenia produktu na rynek skrócony, a realizacja niestandardowych projektów staje się możliwa. Elektronika drukowana Drukowana elektronika opiera się na tradycyjnych technikach druku mając na celu tworzenie urządzeń elektrycznych na różnych podłożach. Obwody elektryczne były drukowane przez wiele lat za pomocą sitodruku, druku fleksograficznego, wklęsłego i litografii offsetowej, także druk inkjetowy jest alternatywą już od dłuższego czasu. Podczas tego procesu atramenty funkcyjne elektrycznie osadza się na podłożu, aby utworzyć czynne lub bierne urządzenia takie jak tranzystory cienkowarstwowe czy rezystory. Drukowana elektronika znajduje zastosowanie w aplikacjach takich jak: elastyczne wyświetlacze; inteligentne etykiety; dekoracyjne, animowane plakaty i odzież aktywna. Jednym z przykładów, gdzie technologia cyfrowa jawi się jako alternatywa dla bardziej skomplikowanej i kosztownej implementacji, jest stworzenie elementów wyświetlacza OLED (ang. Organic Light Emitting Diode – organiczny wyświetlacz elektroluminescencyjny). Druk cyfrowego wyświetlacza znajduje się w czołówce innowacji, ale cyfrowe osadzanie materiałów funkcjonalnych znajdowało się w fazie opracowywania od początku lat 90. XX w. i można je teraz znaleźć w zastosowaniach takich jak etykiety RFID, inteligentne tekstylia i wiele innych. Jednocześnie konwencjonalne technologie drukarskie, jak druk fleksograficzny i fotolitografia, są nadal stosowane w produkcji wielkoseryjnej drukowanych układów elektronicznych. Daje to wiele możliwości wzrostu w tej branży dla licznych dostawców druku specjalistycznego. Na podstawie artykułu Rona Gilboa „The digital transformation of industrial printing” opracowała AP

cript>