Отдел продаж: +7 (495) 956-77-19 Сервис: +7 (495) 956-95-10
Цифровая печать

Цифровые краски для этикетки и упаковки

Все Публикации
03 сентября 2019

Пройдя все стадии развития любой значимой идеи — насмешку, критику, признание — цифровая печать давном достигла третьей. Поэтому агитировать за нее, по крайней мере в деле печати этикетки, уже както и несвоевременно. Интереснее сравнить, какие технологические варианты есть, почему они существуют, а не вытеснены другими, и проверить, на чем основано столь выраженное в обсуждаемой области лидерство. И конечно, стоит начать с самого весомого с экономической точки зрения фактора — расходных материалов для разных видов цифровой печати, в основном с краски (чернил, тонера), но не только.

Полная классификация типов цифровых красок получилась бы слишком обширной. Рассмотрим лишь те, что активно используются для изготовления этикетки и упаковки. То есть цифровую печать плакатов, книг, панелей солнечных батарей, зданий и сооружений и прочего мы оставим за кадром. Только этикетка и упаковка.

У каждой технологии есть свои сильные и слабые стороны. Причем в какой-то области сильные стороны оказываются относительно важными, а слабые — не очень. Если бы это было не так, технология просто не попала бы в наш список. Как, например, который год никак не могущая толком родиться нанография. (Что, конечно, никак не умаляет бизнес-гения ее создателя, сумевшего поднять на наноидее гига-суммы с восемью нулями. Многие ли способны на такое на восьмом-то десятке?)

Итак, для изготовления этикетки и упаковки широко применяются четыре вида цифровой печати: электрография на базе сухого тонера (DEP), жидкостная электрография (LEP), струйная печать УФ-отверждаемыми красками (UV) и красками на водной основе (WB).

EB

Здесь, пожалуй можно вскользь упомянуть еще одну довольно перспективную технологию, хотя она и находится в пеленках — краски и лаки, отверждаемые электронным лучом (EB). EB-краски и лаки очень близки к УФ, обладают примерно теми же преимуществами, но лишены одного из важнейших их недостатков. В них не применяются фотоинициаторы, то есть вещества, запускающие под действием УФ-облучения цепную реакцию полимеризации основы краски. Это отличие очень важно, так как фотоинициаторы сплошь малополезные (и это очень мягко говоря) соединения, и их использование мешает делать первичную пищевую упаковку, даже без прямого контакта красочного слоя с пищей. По крайней мере в странах, где качеству продуктов питания уделяется должное внимание. Отверждение электронным лучом также позволяет запустить процесс полимеризации краски. Но используемые при этом свободные электроны как таковые не несут никакой угрозы здоровью потребителя.

К сожалению, как минимум пока установки EB-отверждения по размерам балансируют где-то между носорогом и слоном, а по цене конкурируют со знаменитым крылом от Боинга. Так что до широкого внедрения EB-технологии (если оно вообще произойдет) ее создателям еще работать и работать.

DEP

Электрографическая печать сухим тонером (DEP, dry electrophotography) — зрелая технология (точнее, группа технологий, но то же можно сказать об остальных вариантах), имеющая прекрасные позиции в области коммерческой цифровой печати, то есть при печати по бумаге. Что является сильными сторонами электрографии, как сухой так и жидкостной:

  • высокая точность получения скрытого изображения,
  • нет непредсказуемых по сроку службы дорогостоящих компонентов.

В результате многие производители предлагают сервисные контракты с полным покрытием замены всех запчастей.

Существуют решения и для этикеточной печати (в России представлены машины Xeikon и Konica Minolta). Но после некоторого всплеска интереса за весь прошлый год их число не увеличилось, даже несмотря на то, что некоторые из моделей нацелены на бюджетный сегмент рынка. Возможно, одна из важнейших причин — недостатки сухого тонера как такового в этой области:

  • из-за необходимости запекания тонера крайне затруднено использование легкоплавких запечатываемых материалов, прежде всего полиэтилена (РЕ). А пленки с его использованием — это очень распространенный материал для этикетки и гибкой упаковки;
  • частицы тонера не могут быть очень мелкими, меньше 5–10 мкм, так как слишком мелкие частицы образуют крайне опасные для здоровья взвеси в воздухе. Крупные частицы ограничивают качество передачи мелких деталей и высоколиниатурных растров, и что может быть еще важнее, в результате слой красителя получается толстым. 

Иногда это хорошо. Но если по красящему слою идет изгиб бумаги, возможны проблемы. А это про картонную упаковку. В результате даже Xerox использует для своего оборудования формата B2 отнюдь не сухой тонер, а жидкие чернила.

WB Inkjet

Струйная печать вообще, и струйная печать водорастворимыми красками (water based inkjet) в частности, имеет немало преимуществ:

  • возможность достижения высоких скоростей, по крайней мере, по меркам цифровой печати,
  • дешевое масштабирование по формату — просто добавь печатных головок по ширине полотна,
  • возможность существенно повысить скорость печати ценой некоторой потери качества, снизив продольное разрешение,
  • огромный соседний рынок домашних и офисных принтеров, финансирующий НИОКР в области струйной печати.

Например, одни из наиболее быстрых на рынке промышленных устройств струйной печати HP PageWide используют те же наработки, что и настольные и офисные струйные устройства. Аналогично у Epson и других производителей. У использования водных красок есть и специфические преимущества, важнейшее из которых — возможность создавать пригодное для первичной упаковки решение. Водорастворимые краски можно сделать довольно безвредными, а при должном старании — и безвредными вообще. Для пищевой упаковки это важно в огромной степени. Краска интегрируется в запечатываемый материал, поэтому любые постпечатные
операции — не проблема.

Есть и специфические недостатки водных чернил, главный из которых в том, что их использование затруднено на полимерных пленках: нужен впитывающий запечатываемый материал. Но не слишком сильно впитывающий, иначе краска растечется, «провалится».

Если вторую часть проблемы научились решать, то первая связана с самой сутью WB-чернил — водой в качестве растворителя. Ее после печати необходимо испарить быстрее, чем она растечется. На гладкой полимерной поверхности, чувствительной к нагреванию, это, мягко говоря, проблематично. Для испарения воды нужны большие энергозатраты. И, в отличие от ЕВ и сухого тонера, не мгновенность этого процесса: нужны достаточно большие сушки. Кроме того, часть красителя оказывается в слое запечатываемого материала, а это несколько сужает цветовой охват.

Есть и общие для струйной печати недостатки, но мы их рассмотрим чуть ниже, говоря о практически более распространенной в области производства этикетки технологии печати красками УФ-отверждения.

По мнению автора, комбинация достоинств и недостатков WB-чернил указывает на картонную и гофрокартонную упаковку как оптимальную область применения. Огромные форматы, высокие скорости, в значительной степени пищевая упаковка — вырисовывается машина размером с дом, печатающая огромные объемы. И действительно, ряд производителей всерьез разрабатывает подобные решения. Автору довелось видеть в работе на крупном гофрокартонном производстве HP С500. Большая машина, 36 м в длину. В России подобного нет, но лишь пока. Сама суть гофрокартона, состоящего в основном из воздуха, не позволяет возить его далеко. Значит, доля импорта мала, а отечественные производители занимают весь немаленький рынок и продолжают активно развиваться. Неплохие перспективы для WB-струйной печати.

Вот мы и подошли к двум основным вариантам современной цифровой печати этикетки и упаковки — УФ-струйной печати (UV), первой по числу производителей и второй по объемам, и жидкостной электрографии (LEP), лидирующей по объемам печати и числу единиц установленного оборудования.
Но о них — в следующем номере журнала
 

UV

Вот мы и подошли к одному из двух основных вариантов современной цифровой печати этикетки и некоторых видов упаковки. Лидирующему по числу производителей и второму по объемам печати и числу единиц установленного оборудования. Первое объясняется низким порогом входа. Фактически для создания уже как-то работающей установки не требуется ничего, кроме относительно скромных инвестиций. Все строительные блоки доступны на открытом рынке, причем во множестве конкурирующих вариантов. Берем головки, а то и готовые сборки, ставим на транспорт, можно в печатную машину, договариваемся с производителем чернил — и можно начинать. Понятно, дьявол в деталях, и «как-то работающая» установка отличается от коммерчески успешного продукта как милостивый государь от государя. До прошлого года лидером с сегменте была EFI с торговой маркой Jetrion и вторым местом по инсталлированной базе после HP Indigo и в России, и в мире. Но даже такое положение оказалось нерентабельным — бизнес продан, и при новом владельце об успехах пока не слышно.

Второе обусловлено значительным списком положительных свойств струйных УФ-красок. К общим преимуществам струйной печати, описанным в первой части статьи, прибавляются специфические для красок УФ-отверждения: 

  • механическая и химическая прочность. Капля УФ-краски после отверждения — кусочек твердой пластмассы, прочно сцепленный с носителем. Обычно дополнительная защита красочного слоя (ламинация, сплошной лак) не требуется;
  • устойчивость к свету. Толстый слой краски, химически связанный в единое целое, обеспечивает высокую стойкость УФ-красок к выцветанию;
  • достаточно широкий спектр запечатываемых материалов. На минимальную толщину пленки ограничение накладывает только конструкция транспорта материала;
  • толстый слой краски может быть очень полезен в некоторых случаях: важный пример — кроющий белый на УФ ЦПМ удается получить очень высокого качества. Конечно, не обошлось и без серьезных недостатков. Иначе бы конкуренты вымерли :) Начнем с общих для струйного вида печати, независимо от вида чернил:
  • Нужны дорогостоящие головки. Струйные головки — феноменальное технологическое достижение, на грани нанотехнологий. Десятки тысяч (сотни тысяч на больших ЦПМ) комариных хоботков прокачивают тонны чернил, разбивая их на капли объемом в пиколитры. Неудивительно,что технологиями создания подобного чуда владеют очень немногие компании.
  • Важнее не цена, а риски. Трудно предсказать, как часто придется менять головки. 

Потому что главная причина износа — забитые сопла. Если в электрографии одна частица пигмента на миллиард окажется вдвое больше нормы — никто не заметит. Но она забьет сопло струйной головки. А причин хотя бы изредка получить слишком большую частицу пигмента — хоть отбавляй. Помол не может быть идеальным. При хранении частицы слипаются и т. д и т. п. В результате — важная экономически штука: головки не просто смертны, они непредсказуемо смертны. Поэтому 

  • производители стараются избегать сервисных контрактов с полным покрытием замены головок независимо от их числа. И каковой была ваша себестоимость, вы сможете понять далеко не сразу. А использовать купленные на стороне чернила даже не пытайтесь, общая практика говорит о том, что все собаки будут повешены на такого нарушителя;
  • качество печати непостоянно, и степень деградации сильно зависит от реализации. Сопла забиваются, но менять при одном забитом сопле головку запретительно дорого. Поэтому нужен механизм дублирования и контроль забитых сопел;
  • число доступных пигментов ограничено. К примеру, столь востребованные в этикетке металлики доступны для обоих типов электрографии, но не для струйной печати.

И это еще не все… Теперь о специфических недостатках УФ.

  • УФ-краски по самой своей природе используют химически высокоактивные вещества. Такие вещества часто имеют резкий запах и, что гораздо важнее, занесены в развитых странах в черные списки — их не разрешается использовать для первичной пищевой упаковки, в том числе и без прямого контакта красочного слоя с пищей.
  • Основные типы этих веществ — моно-, олигомеры и фотоинициаторы. И если концентрацию моно- и олигомеров в финальном продукте можно заметно снизить за счет «дожигания» сушкой в бескислородной среде и т. п., то фотоинициаторы при этом сохраняются. В результате удается сильно снизить неприятный запах, но не удовлетворить требования регуляторов по пищевой упаковке, не имеющей прямого контакта красочного слоя с пищей;
  • УФ-краска наносится значительным слоем. На поверхности — микроскопические кусочки твердого пластика. Иногда это хорошо, например создается тактильный эффект. Чаще — плохо, особенно при необходимости послепечатной обработки (выборочный лак,фольга, ламинация для защиты продукта от веществ красочного слоя).
  • Крайне затруднительным оказывается изготовление термоусадочной этикетки с большим коэффициентом усадки. На сплошных заливках возможно растрескивание краски при сильном изгибе материала;
  • частицы красителя ничем не изолированы и могут взаимодействовать с запечатываемым материалом и друг с другом. Поэтому производителям приходится создавать множество наборов красок для разных задач. Переход с одного набора на другой — долгий и дорогой процесс, а часто вообще невозможный без замены красочных трактов, то есть значительной части ЦПМ.

Все это, конечно, не делает УФ-вариант негодным. Идеала не существует, ищем оптимум. В ряде приложений именно этот вариант оказывается наиболее пригодным из доступных. Потому, что преимущества оказываются важными именно здесь, а недостатки второстепенны. Мы договорились не писать о плакатах и наружной рекламе, где УФ доминирует. Но групповая упаковка в местах продаж стала уже значимой тенденцией. Для производителя товара очень важно иметь возможность фактически поставить в торговый зал свой собственный прилавок, а не теряться среди 100–500 конкурентов. И здесь УФ-печать — фактический лидер.

В производстве этикетки УФ-печать на втором месте после LEP (жидкий тонер), хоть и с кратным отрывом. Если этикетка для бытовой химии, то мономеры с фотоинициаторами никого не волнуют. А вот устойчивость к маслу и моющему средству без лака или ламинации выходит на первый план. Если этикетка для пивной стеклянной бутылки, пакуемой в ящики, где бутылки трутся друг о друга, на первый план выходит стойкость к истиранию. А вот для пищевой первичной упаковки и этикетки на бумажные пакеты и проч. — тут на первый план выходит совместимость с продуктами питания.

В общем, приложений, где именно УФ-струйная печать оптимальна, немало. Другое дело, что далеко не для любого применения. И суммарная инсталлированная база и в мире, и в России ясно показывает это соотношение. Производители цифровой этикетки если и берут УФ-решение, то в основном как дополнение к лидирующей LEP-технологии. Для того, чтобы печатать каждый заказ оптимально и оптимальным образом, но не пытаясь заменить составляющую основу рынка жидкостную электрографию,к которой мы и перейдем. Но сначала цифры. По сведениям автора, в 2018 г. и за прошедшие месяцы 2019 г.в России продано 10 новых этикеточноупаковочных ЦПМ HP Indigo (LEPтехнология) и 3 струйных ЦПМ этого назначения, все UV и производства Durst. В этот же период установлена первая в своем классе ЦПМ для печати по гофрокартону.

Также на УФ-чернилах, производства HP Scitex. Впрочем, и по производительности, и по объему потребления чернил, и по стоимости один гофороагрегат стоит нескольких этикеточных машин. Так что он существенно добавил струйному сегменту в соревновании с электрографическим.

LEP

Существуют десятки, если не сотни производителей ЦПМ струйной УФ-печати, множество производителей ЦПМ на WB-чернилах и несколько для сухой электрографии. Но только стартапу Indigo удалось несколько десятилетий назад создать коммерчески успешную ЦПМ на базе LEP-технологии (печать жидким тонером), а купившему его концерну HP понадобились десятилетия и миллиардные инвестиции в разработки для того, чтобы довести технологию до современного состояния, реализовать ее потенциальные преимущества на практике и занять рыночную долю в цифровой этикетке, гибкой и картонной упаковке, превышающую суммарную долю остальных производителей — и в России, и в мире. (Отметим в скобках, что для гофрокартона LEP не подошла, здесь используются струйные технологии). То есть порог входа в LEP оказался очень высоким. Нельзя сказать, что другие не пытались: дальше всех зашел Xeikon, доведший свои LEP-разработки до выставочных образцов. Но что-то пошло не так, и проект был свернут. Так что, наверное, очень высокий порог входа в сегмент — важнейший недостаток LEP-технологии с точки зрения производителей оборудования. Но потребителей их проблемы волнуют в меньшей степени.

Зато им крайне интересны преимущества и недостатки в каждодневном применении.

Общие для электрографии в целом преимущества уже были упомянуты, среди них — нет непредсказуемых по сроку службы дорогостоящих компонентов. В результате пользователям HP Indigo доступны сервисные контакты с полным покрытием всех запчастей.

При практическом разговоре о LEP в этикетке и упаковке речь идет только об одном существующем варианте технологии — HP Indigo Electroink. Этот термин и будем использовать.

Специфические преимущества для HP Indigo Electroink:

  • самый широкий спектр запечатываемых материалов (при использовании штатного праймирования в линию). Цифровой тираж можно печатать на том же материале, что и флексографским или глубоким способами, неотличимо с точки зрения конечного продукта. Здесь справедливо было бы уточнить, что именно при праймировании. Без праймирования ряд материалов качественно запечатать не удастся. Поэтому, собственно, устройство праймирования и стало штатным;
  • краска переносится на материал уже высушенным слоем. Нет нужды в последующей сушке. Это очень важно как для работы с нежными материалами, так и для экономии времени. Цифровой тираж почти всегда сверхсрочный; 
  • все красочные слои переносятся на материал единым «пирожком», за один раз. Это обеспечивает идеальное, недоступное в других технологиях совмещение и качественную печать на крайне тонких, тянущихся, пленках;
  • последовательность красок произвольна и не определена конструктивно. Можно печатать несколько разных изображений одного цвета. Например, нанести на прозрачную пленку «пирожок» CMYK-WWKYMC, содержащий изображения для лица и оборота, отделенные друг от друга двумя слоями кроющего белого;
  • частицы пигмента очень мелкие, 1–2 мкм, но заключены каждая в полимерную оболочку. Из этого есть много важных следствий:
  • слой краски крайне тонкий, 1–2 мкм, и повторяет структуру бумаги, следуя ей, но не проникая в слой. Это позволяет проводить практически любые операции послепечатной бработки (ламинацию, выборочный лак, припрессовку фольги). Это особенно важно при изготовлении термоусадки с большим, более 50%, коэффициентом усадки;
  • так как частицы красителя изолированы друг от друга инертным полимером,возникает возможность создания крайне широкого спектра красок: повышенной яркости, флуоресцентных, металликов, видимых только под УФ-облучением и пр. Спектр красок HP Indigo значительно шире, чем в любом конкурирующем процессе;
  • поскольку частицы краски заключены в оболочку, их химические свойства оказывают слабое влияние на упаковываемую продукцию. Краски универсальны — единый набор на все задачи;
  • кроме триадных красок, Indichrome для расширения цветового охвата и специальных красок, существует возможность заказать и получить любой цвет шкалы Pantone или фирменный цвет по образцу. В ряде случаев это оказывается крайне экономически важным, например для использования Coca-Cola Red — при печати заказов компании нужный цвет получается не только стабильно и гарантированно, но и за один краскооттиск;
  • исторически кроющий белый появился впервые именно в красках Electrionk. В настоящее время доступно второе поколение белого — Premium White, соответствующий по плотности лучшим конкурирующим решениям. 

Было бы, конечно, глупо умолчать о недостатках, тем более, что недостаки и достоинства — зачастую две стороны одной медали:

  • производительность зависит от числа красочных слоев, снижаясь по мере их увеличения. «Пирожок» CMYK-WW-CMYKOG напечатать можно, но скорость упадет в разы; 
  • слой краски крайне тонкий. Это преимущество в ряде случаев, описанных выше. Но тонкий слой менее устойчив к внешним воздействиям, например к истиранию, химикатам и пр. И иногда нуждается в дополнительной защите;
  • желтая и пурпурная краски, как и многие офсетные и флексокраски этих цветов, выцветают на уличном освещении. В этом случае приходится применять специальные стойкие к выцветанию версии красок Electroink;
  • стандартная белая краска для некоторых задач недостаточно плотная. Приходится печатать в два краскопрогона или использовать вновь разработанный премиальный белый.

Как видно, достоинств много, но и недостатки есть — как и у всех реально используемых технологий. Иначе, как мы знаем, их бы и не использовали. В сегменте цифровой упаковки из гофрокартона электрография обоих видов не получила сколь-нибудь заметного распространения, и за внимание клиента борются варианты струйной технологии. Маленьких машин там нет, пожалуй, нет и средних. Большие, скорее на UV. А гигантские — на WB-чернилах. Сегмент складной картонной упаковки, напротив, оказался более плодородным для электрографии, хотя и струйные решения имеют на него серьезные виды. С другой стороны, проникновение цифровой печати в сегмент складного картона пока не так велико. А вот в этикетке цифра наиболее серьезно заявила о своих правах. Здесь есть успешные примеры применения сухой электрографии, но основная борьба идет между печатью УФ-чернилами и жидкостной электрографией HP Indigo. Причем год за годом слышатся прогнозы экспертов о скором доминировании струйной печати, но по итогам год за годом в моду входит то один, то другой игрок «номер два» — а лидер остается неизменным. В области гибкой упаковки, которая в очень большой степени пищевая, проникновение цифровых технологий стремительно растет. Наряду с гофрокартоном это наиболее быстро растущий рынок цифровой печати в мире. Специфика гибкой упаковки и жесточайшие требования регуляторов привели к тому, что все виды цифровой печати без существенных дополнений и модификаций оказались применимы ограниченно. Первым такие модификации своей технологии удалось вывести в коммерческую эксплуатацию, в том числе и в России, HP Indigo. Решения конкурентов пока в лабораториях и чертежах. Но они что-то точно со временем придумают. Прогресс не остановить.
 

Скачать в PDF

Отраслевые статьи о полиграфии

НИССА Центрум в отраслевых СМИ

Подписаться на рассылку