Digitale UV-Drucksysteme weiter auf Erfolgskurs

 ANGELA STARCK Die ständig steigende Zahl an Neuvorstellungen bei den grossformatigen UV-Drucksystemen erreichte ihren bisherigen Höhepunkt an der diesjährigen Fespa Digital. Im Rahmen dieser Messe wurden zahlreiche neue UV-Printer vorgestellt – von über 20 Geräten war die Rede.

Dies wirft die Frage auf, weshalb sich diese doch noch recht neue Drucktechnologie in so kurzer Zeit gegen andere grossformatige Digitaldrucktechnologien wie etwa den Druck mit Hard-, Mild- und Eco-Solventtinten durchsetzen und sich so überaus erfolgreich ihren Platz im Markt erobern konnte.

Der wichtigste Faktor für den Erfolg des digitalen Grossformatdrucks mit UV-härtenden Tinten ist sicherlich seine Vielseitigkeit, die immense Zahl an Anwendungen, die sich mit dieser Drucktechnologie realisieren lassen. Diese resultiert aus einer enormen Auswahl an bedruckbaren Medien. Es lassen sich ganz unterschiedliche Substanzen bedrucken – von starren Plattenmaterialien wie Wellpappe, Holz, Aluminium, Stahl, Lochblechen, Keramik, Glas, Plexiglas, Hartschaumplatten oder Fliesen verschiedener Stärke bis hin zu verschiedensten flexiblen Substraten.

Dies ist ein Resultat der besonderen Eigenschaften UV-härtender Tinten – die Farben werden nach dem Druck durch UV-Strahlung innerhalb von Millisekunden getrocknet. Aufgrund der schnellen Aushärtung lassen sich die bedruckten Materialien sofort weiterverarbeiten.

Praktisch ist, dass diese Tinten keine spezielle Inkjetbeschichtung benötigen und sich direkt auf Gegenstände wie zum Beispiel Türen, Fenster oder Fliesen ausgeben lassen. Die UV-Prints eignen sich dabei sowohl für Innen- als auch für Aussenanwendungen. Selbst bei Wind- und Wetterbelastung sind sie in der Regel mehrere Jahre haltbar.

Gerade für kleinere Druckdienstleister bedeutet dies, dass sie mit einem Drucksystem eine grosse Anzahl unterschiedlichster Aufgaben abdecken können. Mögliche Anwendungsbereiche für die Ausgabe mit UV-härtenden Tinten sind zum Beispiel Poster, Plakat-, Messe- und Ausstellungswände, POS-Displays, Schilder, Banner, Laminate, Verpackungsdruck, Bühnengrafiken, Werbetafeln, Fahrzeugbeschriftungen bis hin zu Prints in fotorealistischer Qualität.

Die digitale UV-Drucktechnologie ist in ganz verschiedenen Bereichen einsetzbar. Beim Grossformatdruck findet dieses Verfahren etwa von vielseitig einsetzbaren langsameren Drucksystemen wie dem HP Scitex FB950 bis hin zu hochvolumigen Maschinen wie dem Serienplattendrucksystem Durst Rho 1000 Verwendung. Aber auch zum Beispiel im Bereich des Verpackungs- und Etikettendrucks verbreitet sich dieses Verfahren rasch.

Raffinierte Tintenrezepte

In der Kritik stehen die hohen Literpreise für die UV-Tinten – sie sind deutlich teurer als etwa Lösungsmitteltinten. Im Druck ist die UV-härtende Tinte jedoch sehr sparsam, da sie auf der Oberfläche des Trägermaterials liegt und nicht, wie bei anderen Druckfarben üblich, absorbiert wird. So benötigt man weniger Tinte, um die volle Deckkraft zu erreichen.

UV-Tinten trocknen auch nicht – an­ders als etwa lösungsmittelbasierende Tinten – im Druckkopf ein. Dies verbessert die Lebensdauer der Druckköpfe und verringert den Wartungsbedarf. Durch die Haltbarkeit der Tinten sowie ihre Kratz- und Wetterfestigkeit kann zudem bei vielen Anwendungen – auch im Aussenbereich – eine Schutzlaminierung wegfallen.

Für eine lange Haltbarkeit der Drucke ist die Haftfähigkeit der Tinten auf unterschiedlichsten Bedruckstoffen ein massgeblicher Faktor. Diese ist abhängig von der Zusammensetzung der Tinte sowie vom Trocknungsprozess, also der Energie beziehungsweise Wellenlänge der UV-Lichtquellen. Nicht immer haftet daher eine Tinte, die bei einer bestimmten Wellenlänge des UV-Lichts gehärtet wird, gleich gut auf zum Beispiel Wellpappe oder einer völlig glatten und geschlossenen Oberfläche wie Glas. Mit verbesserten Tintenrezepturen und immer weiter optimierten Einstellungen der UV-Lichtquelle gelingt es heutzutage allerdings, dass sich UV-Tinten kratzfest und längerfristig haltbar direkt auf eine riesige Auswahl an flexiblen und starren Materialien ausgeben lassen.

Druck auf Glas und Keramik

Mit der direkten Ausgabe von besonders haltbaren, kratzfesten Prints auf geschlossenen Glasoberflächen hat sich zum Beispiel der Hersteller Teckwin in letzter Zeit befasst. Das Unternehmen vertreibt mit dem TeckStorm G, einer Abwandlung des TeckStorm-Druckermodells, sogar einen speziellen Glasdrucker, der Glasplatten bis zu einer Dicke von 20 mm und einem Gewicht von 50 kg/m2 dank eines besonderen Transportsystems verarbeiten kann. Das Gerät nutzt die TeckLok-UV-Tinte, die in erster Linie für industrielle Anwendungen entwickelt wurde, bei denen die Haftung auf dem Trägermaterial erste Priorität hat. Bedrucken lassen sich damit neben Glas etwa Metalle und verschiedene Kunststoffe. Dabei sollen die Prints durchaus zehn und mehr Jahre haltbar und auch farbbeständig sein.

Eine interessante industrielle Digitaldruckanwendung im Bereich Architektur und Design ist auch der Inkjetdruck auf keramische Untergründe mithilfe der UV-Inkjettechnologie. Dadurch eröffnen sich neue Wege in der Fliesengestaltung – die Motive sind frei wählbar, es ist zum Beispiel möglich, in einem Druckvorgang eine grosse Anzahl von Fliesen zu drucken, die alle unterschiedlich sind. Das israelische Unternehmen Jettable, an dem EFI beteiligt ist, hat sich auf den Digitaldruck auf keramische Oberflächen spezialisiert und bietet etwa mit dem Jettable 731/732 und speziellen Tinten ein System an, mit dem sich Fliesen bis zu einer Grösse von 120 mal 80 cm mit einer Auflösung von maximal 545 dpi bedrucken lassen. Die Tinten müssen bei diesem Verfahren besonders hitzeunempfindlich sein, da nach dem Druck der Brennvorgang bei sehr hohen Temperaturen von über 1000 Grad erfolgt.

Eine Frage der Qualität

Im Gegensatz zu den ersten Druckköpfen, die für den Druck mit UV-härtenden Tinten eingesetzt wurden und eine schlechte Auflösung hatten, bieten neuere Druckköpfe dieser Art heutzutage ein sehr viel besseres Druckbild. Hohe Auflösungen bis 1440 dpi sowie Graustufendruckköpfe, die es erlauben, die Grösse der Tintentropfen zu variieren und damit eine höhere Auflösung als die physikalisch mögliche zu simulieren, sorgen bei Bedarf für ein sehr feines Druckbild und eine scharfe Textdarstellung.

Ausserdem arbeiten immer mehr UV-Printer mit mehr als vier Druckfarben, etwa Light-Cyan sowie Light-Magenta. Zu einer weiteren Vergrösserung des Farbraums tragen auch zusätzliche Farben wie etwa Orange oder Grün bei. Darüber hinaus eröffnet die Möglichkeit, weisse Tinte einzusetzen, zusätzliche Chancen für Druckdienstleister – denn Weiss lässt sich entweder als Abdeck-, als Unterdruck- oder als Spotfarbe verwenden.

Durch eine etwas verzögerte Trocknung der Tinten besteht auch die Möglichkeit, die leicht matte Anmutung, die bei UV-Drucken häufig kritisiert wird, zu vermeiden. Dies kann allerdings – je nach Aufbau des Drucksystems – auch zu längeren Ausgabezeiten führen.

Zur Erweiterung des Farbspektrums für den Druck mit UV-härtenden Tinten präsentierte der Pigmenthersteller Eckart im Rahmen der Labelexpo erstmals eine silberne UV-härtende Tinte. Diese Tinte ist zwar vorerst nur für den schmalbandigen digitalen Etikettendruck vorgesehen, könnte aber durchaus auch für den grossformatigen Druck interessant sein.

Belastung der Umwelt

Beim Druckvorgang setzen UV-härtende Tinten im Gegensatz zu beispielsweise Lösungsmitteltinten keine flüchtigen organischen Substanzen (VOCs) frei, die gesundheitsschädlich sind und deren Verarbeitung strengen gesetzlichen Schutzbestimmungen unterliegt. Allerdings entsteht beim Härtungsprozess von UV-Tinten Ozon, das wegen seiner oxidierenden Wirkung ebenfalls gesundheitsschädlich ist. Zwar kann man grundsätzlich davon ausgehen, dass UV-härtende Farben nach vollständiger Polymerisation (Härtung) ungiftig sind. Aber es besteht insbesondere beim Druck auf saugenden Materialien die Gefahr, dass die Tinte nicht vollständig trocknet und so unter anderem nicht umgesetzte Monomere (Acrylate) mit eventuell toxischem oder zumindest reizendem und/oder sensibilisierendem Potenzial entstehen. UV-härtende Tinte besteht üblicherweise zu über 90 Prozent aus solchen Monomeren.

Durch den Einsatz moderner, weniger hautreizender Monomere ist diese Gefahr in der letzten Zeit zwar reduziert worden, das Tragen von Schutzkleidung (Handschuhe, Schutzbrille) sollte beim Umgang mit UV-Druckern dennoch zwingend sein – zumindest wenn das Druckwerk nicht abgeschirmt ist.

Umweltschonende Alternativen

Viele, auch kleinere Dienstleister sehen sich immer häufiger Anfragen ihrer Kunden nach «grünen» Drucktechniken und Materialien ausgesetzt. Auch die Umweltmassnahmen des Gesetzgebers im Druckbereich werden weiter verschärft. Um hier auf der sicheren Seite zu sein, bietet es sich an, auf einen Grossformatdrucker zu setzen, der mit einer möglichst umweltverträglichen Drucktechnologie arbeitet.

In diesem Bereich haben insbesondere Weiterentwicklungen der UV-Technologie wie das UV-LED-Verfahren oder der Druck mit kationischen Tinten einiges zu bieten. Sie gelten als umweltfreundlicher als der konventionelle Druck mit UV-härtenden Tinten und können da­rüber hinaus das Spektrum an bedruckbaren Medien noch erweitern.

Beide Verfahren nutzen wesentlich geringere Temperaturen zur Aushärtung der Medien. Dadurch können auch temperaturempfindliche Bedruckstoffe wie aufgeschäumter Kunststoff, dünne Folien oder sensible Papiere verwendet werden. Bei Temperaturen ab etwa 70 Grad, wie sie beim traditionellen Druck mit UV-härtenden Tinten entstehen, können bei diesen Materialien Beschädigungen entstehen. Durch die geringeren Temperaturen wird zudem Energie gespart.

Härtung mit UV-LED-Lampen

Grossformatige UV-LED-Systeme gibt es im Vergleich mit der geradezu riesigen Auswahl bei den konventionellen UV-Printern erst wenige. Dazu gehören etwa die Mimaki-Drucker UJV-160 und JFX-1631 oder der VersaUV LEC-330 von Roland DG. Diese Large Format Printer besitzen einige bedeutende Vorteile gegenüber jenen mit konventionellen UV-Lampensystemen. Bei der Härtung mithilfe von LEDs sollen zum Beispiel die Ozonemissionen wegfallen. Durch die geringere Hitzezufuhr – bei UV-LED-Lampen sind es etwa 30 bis 40 Grad – lässt sich zudem viel Strom einsparen. Darüber hinaus benötigen LEDs nur wenige Sekunden, bis sie einsatzbereit sind, während konventionelle UV-Lampen zwei bis fünf Minuten brauchen, bis sie entsprechend vorgeheizt sind.

Ein weiterer Vorteil ist die lange Lebensdauer der LEDs, die bei 10 000 und mehr Stunden liegen soll. Zum Vergleich: Quecksilberbogenlampen, die üblicherweise zur Härtung von UV-Farben eingesetzt werden, besitzen eine Haltbarkeit von lediglich 1000 bis 2000 Stunden.

Nachteilig ist in der Praxis allerdings, dass das UV-LED-Leistungsspektrum auf eine schmale Wellenlängenbandbreite begrenzt ist (380 bis 420 nm). So muss die zu härtende Kombination von Tinte und Bedruckstoff sehr genau auf das Spektrum der Härtungsanlage abgestimmt sein, damit die Tinte vollständig aushärtet.

Neben den grossformatigen UV-LED-Drucksystemen gibt es auch spannende Einsatzbereiche für diese Technik, zum Beispiel im Bereich der schmalspurigen Drucksysteme. So arbeitet etwa das Braillejet-Digitaldrucksystem von Atlantic Zeiser, einem Anbieter von Personalisierungs- und Kodierkomplettlösungen, mit einem UV-LED-Druckwerk, um damit Blinden- beziehungsweise Brailleschrift digital, personalisiert und auf ganz unterschiedliche Bedruckstoffe auszugeben. Die auf kleinen runden Punkten basierende Blindenschrift wird üblicherweise im Siebdruckverfahren oder durch Prägen auf den Bedruckstoff aufgebracht, eine nicht unaufwendige Prozedur, zu der der Braillejet eine verhältnismässig kostengünstige Alternative darstellt. Der Braillejet-Druckkopf nutzt eine spezielle, hochviskose UV-Tinte, die mithilfe von Energie sparenden LED-Lampen besonders schnell ausgehärtet wird. Dadurch wird eine hohe Punktschärfe und damit eine gute Lesbarkeit der Blindenschrift erreicht. Ausserdem haften die Punkte sehr fest auf dem Untergrund.

Viel versprechend: kationisch härtende UV-Tinte

Es werden zwei bedeutende Arten der chemischen Zusammensetzung UV-härtender Tinte für Grossformatdrucker eingesetzt: radikalisch härtend und kationisch härtend. Nahezu alle aktuellen UV-Drucksysteme arbeiten mit radikalisch härtender Tinte. Der Druck mit kationischer Tinte gilt als kompliziert. Bei diesen Tinten soll eine Aushärtung der Farben sogar bereits bei Raumtemperatur und durch Feuchtigkeit möglich sein. Daher sollte der Drucksaal weder zu hohe Temperaturen noch eine zu hohe Luftfeuchtigkeit aufweisen.

Die Polymerisierung der kationischen Farben wird wie bei den radikalisch härtenden Tinten durch UV-Licht ausgelöst – allerdings kann dies bereits bei geringen Temperaturen von nur etwa 40 Grad geschehen. Ist diese chemische Reaktion einmal angestossen, läuft sie ohne weitere Lichteinwirkung weiter. Dabei härtet die Tinte zwar schnell, in der Regel aber – zumindest zurzeit noch – etwas langsamer als die radikalische Tinte.

Weitere Vorteile von kationischen Tinten sind, dass sie geruchlos sind und beim Druck mit diesen Farben kein Ozon freigesetzt wird. Zudem kann die Trocknung, im Gegensatz zum Härtungsprozess bei radikalisch härtenden Tinten, nicht durch den Sauerstoff in der natürlichen Atmosphäre (Sauer­stoff-Inhibition) unterbrochen werden. Sie gelten ausserdem als flexibler, chemisch resistenter und haften auf einer grösseren Bandbreite an Substraten ohne Vorbehandlung oder Vorbeschichtung.

Einer der bislang sehr wenigen Grossformatdrucker, die mit kationischen Tinten (GerberCAT-UV-Tinten) arbeiten, ist der Gerber Solara Ion. Dieser Flachbett- und Rollenprinter, der Druckgeschwindigkeiten von bis zu 195 Quadratmeter pro Stunde erreichen soll, arbeitet mit speziellen UV-Lampen, die über der gesamten Druckbreite des Gerätes liegen. Diese liefern zwar die notwendige UV-Strahlung, produzieren aber nur geringe Hitze. Dadurch sind sie energiesparender als die Quecksilberbogenlampen, die üblicherweise zur Härtung von UV-Farben eingesetzt werden, und halten mit etwa 10 000 Betriebsstunden auch deutlich länger. Gerber nennt diese Trocknungstechnologie «Cold Fire Cure».

Abgesehen davon, dass kationische Tinte deutlich teurer ist als jede andere Standard-UV-Tinte und heutzutage noch Probleme mit der Stabilität auftreten, gelten die Vorteile dieser Tintenart gegenüber der radikalisch härtenden Tinte als signifikant. Branchenkenner bezeichnen den Druck mit kationischen Tinten als Drucktechnologie der Zukunft.

Fazit

Die digitalen UV-Grossformatdrucksysteme sind zurzeit dabei, die vorhandenen Lösungsmittelsysteme zu ersetzen. Neben der grösseren Auswahl an bedruckbaren Medien ist der UV-Druck deutlich umweltfreundlicher als jener mit Lösungsmitteltinten. Mit der UV-LED-Technologie sowie dem Druck mit kationischen UV-Tinten stehen sogar noch wesentlich umweltverträglichere Druckverfahren zur Verfügung, die sich in den nächsten Jahren immer mehr im Markt durchsetzen werden. Zwar gilt der Druck mit den Latex-Tinten von HP als zurzeit umweltfreundlichstes Druckverfahren. Nachteilig ist hier aber die relativ geringe Bandbreite an für dieses Verfahren optimierten Bedruckstoffen, bei denen es sich auch durchweg nur um Rollenmedien handelt.