Tehnologii de marcare
Tehnologii de marcare
Marcarea cu jet de cerneală
Imprimantele cu jet de cerneală utilizează diferite tehnologii şi sunt clasificate, în general, în funcţie de mărimea caracterelor pe care le marchează: imprimante cu caractere mici (small characters) şi imprimante cu caractere mari (large characters).
Imprimantele cu caractere mici folosesc tehnologia jet continuu de cerneală (CIJ – Continuous Ink Jet), iar cele cu caractere mari utilizează tehnologia DOD (drop-on-demand) – picătură la cerere.
La rândul său, tehnologia DOD este clasificată în trei categorii, după modul de formare al picăturilor de cerneală folosite pentru marcare: Bubble Jet, Valve Jet şi Piezo.
Jet continuu de cerneală (CIJ)Transformarea jetului de cerneală în picături individuale
Tehnologia marcării cu jet continuu de cerneală are aplicaţii în marcarea în fluxul de producţie a diverselor produse şi ambalaje. Ideea a fost pantentată în anul 1867 de către Lordul Kelvin, dar prima aplicaţie comercială a fost introdusă în 1951 de către Siemens, la înregistratoare medicale.
În tehnologia jet continuu de cerneală, o pompă dirijează cu presiune cerneala lichidă dintr-un rezervor către o duză cu diametru de ordinul zecilor de microni, obţinând un jet de picături datorită unui fenomen numit “instabilitatea Plateau-Rayleigh”.
Instabilitatea Plateau-Rayleigh explică dezintegrarea în picături a unui jet de lichid ce iese dintr-o duză, indiferent de cât de lină este curgerea. Acesta este un fenomen care este, în întregime, o consecinţă a efectelor tensiunii superficiale. Explicaţia acestei instabilităţi începe cu existenţa unor mici perturbaţii în jet. Dacă perturbaţiile sunt dezvoltate în componente sinusoidale, se observă că unele componente se amplifică în timp, în timp ce altele se atenuează în timp. Prin controlul acestor perturbaţii se poate stabili punctul în care se realizează transformarea unui jet continuu de cerneală într-un şir de picături, forma lor, precum şi distanţa dintre acestea.
Perturbaţiile sunt realizate cu ajutorul unui cristal piezoelectric care generează unde mecanice ultrasonice, cu frecvenţă fixă, şi le transmite în corpul duzei provocând astfel fragmentarea jetului de cerneală într-un şir de picături situate la distanţe egale una de alta – pot fi generate astfel de la 64 000 până la 165 000 de picături pe secundă.
Cristalele piezoelectrice au proprietatea de a-şi modifica dimensiunile în momentul în care li se aplică o tensiune electrică. Dacă tensiunea aplicată este o tensiune alternativă, cristalul piezoelectric îşi modifică dimensiunile cu aceeaşi frecvenţă cu cea a tensiunii, adică vibrează cu frecvenţa respectivă.
Încărcarea picăturilor cu sarcină electrostatică
Pe măsură ce sunt generate, picăturile de cerneală sunt expuse unui câmp electrostatic generat de către un electrod de încărcare. Acest câmp electrostatic este variabil, în funcţie de sarcina cu care se doreşte încărcarea picaturilor de cerneală. Astfel, fiecare picătură de cerneală care este utilizată la marcare, este încărcată cu o valoare a sarcinii electrostatice stabilită de către un sistem electronic de control. Picăturile încărcate sunt separate de una sau mai multe picături neîncărcate (picături de siguranţă) cu scopul de a elimina fenomenul de respingere dintre picăturile încărcate cu sarcină de acelaşi fel.
Devierea picăturilor de cerneală
După ce trece de electrodul de încărcare, fiecare picătură de cerneală traversează spaţiul ditre 2 plăci metalice asupra cărora se aplică o tensiune continuă, de ordinul kilovolţilor şi care generează un câmp electrostatic constant. Placa metalică pozitivă (placa de deflexie) atrage picăturile de cerneală încărcate negativ şi le deviază de la traiectoria lor iniţială. Gradul de atracţie depinde de valoarea sarcinii negative a picăturii de cerneală: cu cât picătura este mai încărcată, cu atât mai mare unghiul de deviaţie de la traiectoria rectilinie.
Reciclarea cernelii neutilizate
Picăturile neîncărcate continuă traiectoria lor rectilinie către blocul de recuperare şi sunt apoi dirijate cu ajutorul vacuumului, înapoi în rezervorul de cerneală pentru reutilizare. Majoritatea picăturilor sunt reciclate, numai o mică parte din picături sunt utilizate pentru marcare.
Rezervorul de cerneală
Cerneala necesită adăugarea activă de solvent pentru a compensa pierderile cauzate, în principal, de evaporare în timpul “zborului” picăturilor de cerneală (timpul scurs între momentul ieşirii din duză şi cel al intrării în recuperator), precum şi de evaporarea pe parcursul traseului de recuperare (de la blocul de recuperare până în rezervor). De aceea, vâscozitatea este permanent monitorizată; în funcţie de aceasta sistemul de control decide cantitatea şi momentul adăugării de solvent în rezervorul de cerneală.
De la picătură la text
Caracterele sunt formate dintr-o matrice de coloane verticale de picături de cerneală. De exemplu, cinci coloane verticale, fiecare cu o înălţime de până la şapte picături, formează un caracter cu matricea de 5x7. Cantitatea sarcinii electrostatice a unei picături de cerneală determină poziţia sa în coloana verticală. Mişcarea pe orizontală a suprafeţei care trebuie marcată determină alinierea pe orizontală a coloanelor, într-un ritm controlat în mod automat de către imprimantă.
Avantaje
Tehnologia jet continuu de cerneală este una dintre cele mai vechi tehnologii cu jet de cerneală şi se poate spune că a ajuns la maturitate.
Unul din avantajele majore pe care-l oferă această tehnologie este datorat vitezei foarte mari (aprox. 50 m/s) a picăturilor de cerneală, viteză care permite o distanţă apreciabilă între capul de marcare şi substrat, realizându-se astfel marcarea non-contact, chiar şi a suprafeţelor neregulate. Alt avantaj este creat de faptul că duza nu se poate înfunda în timpul funcţionării (cerneala circulă permanent prin duză), şi, astfel, se pot folosi solvenţi puternic volatili pe bază de cetone sau alcooli permiţând cernelii să pătrundă substratul şi să se usuce foarte repede.
Drop-on-demand
Cu drop-on-demand (DOD), în loc de un jet de cerneală, sunt produse numai picăturile care sunt necesare pentru marcare.
Tehnologia Bubble Jet
Chiar dacă principiul pare simplu, totuşi primele patentate bazate pe această tehnologie au fost realizate în anii ‘70.
Această metodă a fost dezvoltată iniţial pentru tipărirea pe hârtie în medii curate (birouri). Astăzi este folosită şi în mediile industriale, unde condiţiile de mediu sunt mai dificil de controlat.
Metoda Piezo
Metoda Piezo a fost prima metodă de marcare dezvoltată. Duzele sunt alimentate cu cerneală prin fenomenul de capilaritate, şi este menţinută în duză prin intermediul forţelor de tensiune superficială. În cazul în care o picătură este necesară pentru marcare, se aplică o tensiune electrică cristalului piezoelectric. Sub acţiunea tensiunii electrice cristalul se extinde şi acţionează ca un piston, forţând cerneala din camera duzei să iasă cu presiune spre materialul care trebuie marcat. Volumul unei picături de cerneală este determinat de valoarea tensiunii impulsului electric.
La dispariţia tensiunii electrice, cristalul piezoelectric revine la dimensiunea sa iniţială. Sub acţiunea forţelelor de tensiune superficială, cerneala umple din nou camera duzei.
Rezolutia determinată de configuraţia duzelor
Grupând un număr mare de duze microscopice, se poate atinge lăţimea necesară marcării şi o rezoluţie, de obicei, de la 8 până la 16 puncte pe mm (între 200 şi 400 dpi). Rezoluţia de marcare este determinată de distanţa dintre duze.
Cerneluri pe bază de ulei sau ceară
Deoarece nu este circulată continuu în sistem, cerneala trebuie să rămână în camera duzei în stare lichidă, însă trebuie să se usuce pe suprafaţa care trebuie marcată. Acest lucru este, de obicei realizat cu cerneluri pe bază de ulei sau ceara, care să nu se usuce, dar care sunt absorbite de substratul marcat.
Metoda Valve Jet
Din punct de vedere tehnic, această metodă de marcare cu jet de cerneală este cea mai simplă.
Cerneala sub presiune este controlată de câte o electrovalvă situată înaintea fiecărei duze. Acestea pot fi deschise şi închise, în funcţie de cerinţele formării caracterelor ce trebuiesc marcate. Sistemul electronic de control, comandă deschiderea electrovalvei corespunzătoare duzei care trebuie alimentată cu o picătură de cerneală. Sub presiune, cerneala este forţată să treacă prin duză spre substratul ce trebuie marcat. Dimensiunea picăturii de cerneală este determinată de timpul în care electrovalva este menţinută deschisă.
Un sistemul de cerneală alimenteaza cu cerneală sub presiune electrovalvele şi duzele aflate în capul de marcare. Exista capete de marcare cu 7, 16 sau 32 de duze, cu un diametru tipic de aproximativ 200 μm.
Spre deosebire de metoda Piezo, metoda Valve Jet poate utiliza şi cerneluri cu uscare rapidă, pe bază de cetone sau alcooli.
Tehnologia LASER
Marcarea cu laser este, de asemenea, tot o metodă de marcare non-contact şi se face prin arderea stratului superficial al materialului marcat. Marcajul este permanent.
Sursa laser generează o rază laser invizibilă, în spectru infaroşu, cu diametru foarte mic. Raza laser este dirijată printr-un sistem optic către capul de marcare.
Două oglinzi mobile dirijează raza laser pe substratul ce trebuie marcat, realizând marcajul. Sunt utilizate două oglinzi pentru a deplasa raza laser atât pe axa x cât şi pe axa y, realizându-se o imagine bidimensională prin compunerea mişcărilor pe cele două direcţii. Oglinzile sunt acţionate de câte un servomotor, fiecare servomotor fiind comandat de o unitate electronică de control.
Raza laser dirijată de oglinzi este focalizată pe produs de o lentilă. Arderea substratului se face în punctul de focalizare al lentilei.
Metoda de marcare cu transfer termic (TTO)
Spre deosebire de metodele de marcare cu jet de cerneală sau cu laser, marcarea cu transfer termic este o marcare prin contact, şi se realizează cu ajutorul unui ribbon aflat în mişcare relativă faţă de un cap de marcare termic.
Ribbonul este un folie din poliester (PET) acoperită pe o parte cu cerneală termofuzibilă iar pe cealaltă parte cu un strat protector. Cerneala termofuzibilă este în stare solidă la temperatura mediului ambiant, dar sub efectul unei surse de caldură, cerneala devine fluidă si se transferă pe substratul ce trebuie marcat.
Capul de imprimare conţine un şir de rezistori de dimensiuni foarte mici (12 rezistori pe mm) sinterizaţi într-un compus ceramic, oferind o rezoluţie de marcare de 300 dpi. Informaţiile de marcare primite de la unitatea electronică de control sunt “traduse” de capul de către marcare prin încălzirea rezistorilor în funcţie de designul mesajului. Pigmentul colorat de pe folia ribbonului din zona încălzită este transferat pe materialul ce trebuie marcat.
