Термални мастиленоструйни принтери

• Термалните мастиленоструйни принтери се утвърждават като гъвкаво решение за индустриално маркиране, етикетиране и печат с висока резолюция
  
  
• Системите в сегмента се отличават с компактен дизайн, лесна интеграция и ниски изисквания за поддръжка
  
  
• Селектирането на подходящо решение изисква добро познаване на спецификите, предимствата и ограниченията на технологията

Термалните мастиленоструйни принтери се утвърждават като гъвкаво решение за индустриално маркиране, етикетиране и печат с висока резолюция върху разнообразни материали и опаковки. Системите в сегмента се отличават с компактен дизайн, лесна интеграция и ниски изисквания за поддръжка, но селектирането на подходящо решение изисква добро познаване на спецификите, предимствата и ограниченията на технологията. Какъв е принципът на работа на термалните мастиленоструйни принтери, какви са ключовите им преимущества, с какво се различават от популярни свои аналози и кои фактори са решаващи при избора им за конкретно приложение ще разгледаме в настоящия материал.

Характеристики и възможности

В динамично развиващия се пейзаж на индустриалния печат предприятията все повече разчитат на високопроизводителни и разходно ефективни решения, които да покриват разнообразните им потребности от надеждно маркиране, идентификация и проследимост. Мастиленоструйната технология от десетилетия е утвърден стандарт за промишлени приложения поради сравнително опростената си концепция и лекота на използване, относително ниските експлоатационни разходи, бързината и възможностите както за директен печат върху широк спектър от повърхности, продукти и опаковки, така и за висококачествено етикетиране.

Термалните мастиленоструйни принтери (Thermal InkJet, TIJ) – една от разновидностите на системите в сегмента, се налага като предпочитан избор за редица приложения, в които ключови са качеството и прецизността на печата, скоростта и адаптивността. Методът набира популярност още от въвеждането си в широката практика през 80-те години на миналия век. TIJ принтерите обикновено са компактни, гъвкави и с ниски разходи за консумативи и обслужване. Същевременно те предлагат висока резолюция при отпечатване на кодове, лога, текстове, серийни и партидни номера, срокове на годност и други типове съществена сервизна информация. Те се характеризират с лесна интеграция в производствени линии с различно предназначение, с високоскоростен печат при малки до средни тиражи, както и с възможност за работа с различни гладки или неравни материали – хартия, картон (включително гофриран), пластмаса, найлон, фолио, метал, стъкло, текстил, дърво и MDF, керамика, гума, силикон и др.

На пазара се предлага богат избор от различни конфигурации, съобразени с изискванията на разнообразни индустриални приложения. Често срещани са преносимите термални мастиленоструйни принтери, които са лесни за преместване и използване на различни места. Удобни и леки, те са отличен избор за маркиране на място на палети, кашони или детайли.

Настолните TIJ системи са предназначени за малки до средни по обем производствени линии, като типично разполагат с ръчен или автоматичен механизъм за подаване на материали. В големите индустриални предприятия са разпространени свободностоящите системи, които представляват самостоятелни устройства, типично с по-висока скорост и производителност, по-голяма вместимост за консумативи и повишена степен на автоматизация. Отличен вариант с оглед постигането на максимална гъвкавост са модулните принтери, които се интегрират в технологичните линии и могат да се комбинират или мащабират според производствените потребности.

Макар да не са директен заместител на високоскоростните лазерни или пиезоелектрични системи във всички възможни практически сценарии, TIJ принтерите впечатляват с комбинация от качество, рентабилност, гъвкавост и обширни функционални възможности. Това ги прави все по-търсени в огромен набор от индустрии, включително опаковъчен сектор, ХВП и бутилиране на напитки, фармация, електроника и електроапаратура, автомобилна промишленост, складова дейност, логистика и др.

Принцип на работа, ключови компоненти и етапи на работния процес

Термалните мастиленоструйни принтери използват контролирани топлинни импулси за изпаряване на мастилен филм с дебелина от порядъка на 0,1 микрометра. Мастилото се съхранява в сменяеми касети, а системата осигурява необходимото налягане. Загряването се извършва чрез електричество до над 300° в специална камера. В процеса се образуват мехурчета, които се разширяват и през специални микродюзи в печатащата глава изхвърлят миниатюрни капчици (drop ejection) върху субстрата. Капките са с размер около 1 - 2 пиколитра (или 1 - 2 милионни части от микролитъра). Всяка дюза съдържа микроскопичен нагряващ елемент, типично резистор. Когато електрическият ток премине през резистора, той бързо повишава температурата на мастилото. След свиването на мехурчетата (при прекъсване на веригата) камерата се пълни с мастило наново на вакуумен принцип и стъпките се повтарят – няколко хиляди пъти в секунда. В англоезичните технически среди методът се среща още като “Drop-on-Demand” (DoD) печат, като към тази категория спадат и пиезоелектричните мастиленоструйни принтери (Piezo InkJet, PIJ).

Термалната мастиленоструйна технология, която също е безконтактна (подобно на останалите вариации), е известна с високата си разделителна способност, ниските оперативни разходи и съвместимостта си с широк спектър от материали.

За TIJ печат се използват мастила със специална формула, на водна основа или базирани на разтворители. Обикновено те са с нисък вискозитет, което улеснява формирането на балончета. В печатащата глава се влагат материали с висока температурна устойчивост като силиций или керамика, които издържат на постоянно топлинно натоварване. За стриктното управление на процеса отговарят усъвършенствани софтуерни платформи, които прецизно регулират температурата, размера на капките и времето за активиране на микродюзите.

Специфики, предимства и ограничения

Като водещо предимство на TIJ принтерите експертите сочат сравнително достъпната инвестиция за придобиване и отличната разходна ефективност. Тези системи са със значително по-опростен механичен дизайн в сравнение например с пиезоелектричните конфигурации, което намалява разходите за производство и обслужване. Друго ключово преимущество е високата резолюция (до около 4800 dpi), която позволява отлично качество на отпечатване както на ясно четливи ситни текстове, така и на детайлни графични изображения. Дори след големи натоварвания или дълги престои на линията системата е способна да осигури устойчиво високо качество на маркиране или етикетиране.

Термалните мастиленоструйни принтери са особено атрактивни за индустриалните предприятия и поради лесната си и бърза настройка и поддръжка, включително почистване и подмяна на касетите. Безконтактният печат е надеждно решение за обработка на огромно разнообразие от продукти и опаковки, включително с неравни, чувствителни или деликатни повърхности, с нестандартен дизайн, а също и за бързо движещи се по поточната линия компоненти и изделия.

При избора на технология за маркиране и етикетиране, особено в едросерийни производства, е важно да се вземат предвид и няколко ограничения на TIJ системите. Предвид спецификите на работния принцип, печатащата глава типично не се характеризира с особено дълъг сервизен живот. При големи натоварвания в индустрията може да се наложи нейната подмяна на всеки 6 до 12 месеца. Налице са и някои съображения относно съвместимостта с предлаганите на пазара мастила. Основно изискване е те да бъдат нисковискозни, което до голяма степен изключва от подходящите консумативи формулите на основата на масла и UV втвърдяващите се варианти. TIJ принтерите се характеризират със сравнително висока работна скорост, която обаче е по-ниска от тази на лазерните системи (средно 30 – 40 страници в минута за първите и около 100 за вторите). В големи партиди това може да доведе до по-бавни процеси и по-ниска обща производителност.

Термалните мастиленоструйни принтери често се разглеждат в паралел с техни близки по наименование аналози – системите за непрекъснат мастиленоструен печат (Continuous InkJet, CIJ). Какви преимущества носят двата метода и за какви конкретни приложения са предпочитани ще обобщим в следващите редове.

Сравнение между TIJ и CIJ технологията

Въпреки че и двата типа системи са безконтактни и принадлежат към семейството на мастиленоструйните принтери, те се основават на съвсем различни работни принципи.

По отношение на първоначалното капиталовложение TIJ принтерите типично са по-изгодни. Тук, разбира се, е важно да се отчетат и общите разходи за притежание (TCO). С по-компактни размери и основни компоненти (например касетите), тези системи са отличен избор за ограничени пространства. Те са и по-лесни и евтини за поддръжка поради по-малкия брой елементи (подвижни и изобщо). По-малкият обем мастило в касетата обаче води до по-честа подмяна на консумативите, които обикновено са и по-скъпи. Така в дългосрочен план икономиите при закупуване може да се компенсират от по-високи експлоатационни разходи.

CIJ принтерите като цяло са по-комплексни и скъпи системи с по-сложно обслужване, но предлагат добра възвръщаемост на инвестицията и висока степен на автоматизация. Предимство при тях са бързосъхнещите мастила, които се предлагат в по-големи контейнери. Решенията от този тип са добър вариант за реализиране на т. нар. икономии от мащаб в големи производствени линии, докато TIJ моделите са рентабилна опция за малки и средни по обем приложения. Термалният печат e подходящ за поточни линии, при които продуктите се движат със скорост до около 1,5 m/s, докато непрекъснатият отговаря на изискванията и на високоскоростни конвейери (над 9 m/s).

Преносимите термопринтери осигуряват удобство при преместване с компактните си и олекотени конструкции, оптимални за стандартни приложения. При изисквания за по-висока прецизност на отпечатване, след всяко преместване е необходима точна настройка, което може да забави процесите.

Що се отнася до скоростта – един от най-критичните фактори при избор на конкретна система, при печат на документи тя се измерва в брой страници в минута (PPM) и е от порядъка на 20 до 60, докато при отпечатване на етикети, баркодове и други индустриални формати се използва мерната единица IPS (inches per second) – инчове в секунда. Мастиленоструйните принтери типично постигат от 2 до 8 IPS. Важно е да се отбележи, че работната скорост и други съществени параметри на системи от двата типа може да варират в изключително широки граници в зависимост от модела, бранда и производителя, така че настоящото сравнение е по-скоро ориентировъчно.

Предимството, с което TIJ принтерите обикновено “печелят” предприятията, е отличното качество и прецизност при отпечатването на монохромни графики, както и на ситни текстове и номера, характерни за индустриалното маркиране и проследимост. За такива приложения се използват модели с резолюция 600 – 1200 dpi. Те позволяват ясен директен печат и не изискват плътни (тежки при големи количества) и скъпи специализирани хартии и субстрати. CIJ системите ги превъзхождат в печата на изображения, например цветни снимки, където е необходима разделителна способност над 2400 dpi.

Изводи и тенденции

В резултат от опростения, но високоефективен DoD процес на печат само в четири стъпки, термалните мастиленоструйни принтери се утвърждават като достъпно и надеждно решение с улеснена и рентабилна поддръжка за малки и средни производствени обеми. Печатащата глава може да използва практически без обслужване и за целия експлоатационен период, а технологията не изисква лесно засъхващи вътре в системата, гъсти и нуждаещи се от периодично хомогенизиране мастила. Неочаквано спиране обикновено може да бъде разрешено за секунди чрез проста подмяна на касетата.

Веднага след инсталация и с пълен контейнер за мастило един CIJ принтер може да тежи до 50 кг, което предполага той да бъде стационарно монтиран. Напълно оборудван негов TIJ аналог обикновено е с тегло максимум няколко килограма, така че освен настолни, тези системи могат да бъдат и ръчни.

Макар в миналото термалните принтери да се проектираха и използваха основно за печат върху хартия и картон, с разширяването на спектъра от кодируеми материали в индустрията тези решения непрекъснато еволюират. В наши дни те са оптимален избор за отпечатване на маркировки както върху гладки и равни, така и върху порьозни повърхности, включително дунапрен, необработена дървесина, мазилка, бетон, восъчни и лакирани покрития и др.

Основни тенденции на бъдещо технологично развитие при TIJ принтерите са интелигентните формули при мастилата, интеграцията на IoT свързаност и изкуствен интелект за проверка и верифициране на маркировките, които допълнително предстои да допълват, разширяват и оптимизират функционалността на тези платформи.