Digitaal bedrukken van van metalen containers

Voor de directe digitale decoratie van metalen containers (met als belangrijkste proponenten drankblikjes en aerosolcontainers aka spuitbussen) wordt vandaag voornamelijk UV-inkjettechnologie aangewend naast tonejet technologie. Wat de eerste technologiebenadering betreft, verwijs ik graag naar de artikels die eerder (mei & juni 2023) van mijn hand verschenen zijn in “Eye-Opener” over de digitale decoratie van glazen containers. Immers, heel wat van de daar behandelde systemen van o.m. InkCups, Velox, Hinterkopf, Koenig & Bauer – Kamman en ISIMAT worden aangewend voor de direct digitale decoratie van zowel glazen als metalen containers én containers vervaardigd uit kunststof.

UV-inkjettechnologie voor de directe digitale decoratie van metalen containers

De focus van de firma Velox (Israël, opgericht in 2012) lijkt vandaag vooral en bijna uitsluitend te liggen op het bedrukken van metalen containers (zgn. DTS (Direct-to-Shape) Inkjet technologiebenadering). Crown Holdings (USA), één van de grootste producenten in de wereld van drankblikjes (naast Ball Packaging (USA) en Ardagh Metal Packaging (AMP)(USA)), heeft in dit verband reeds in 2021 een nauwe samenwerking aangekondigd met Velox m.h.o. de ontwikkeling van een systeem dat toelaat om tot 30,000 blikjes/uur (!) te bedrukken en dit in tot 14 kleuren simultaan (bij 900 dpi). Dit systeem is een nieuw (en voor Crown exclusief?) lid van de IDS-BC/NC productfamilies. De eerste installatie zou begin 2023 plaatsgevonden hebben. Velox gebruikt een carrousel-gebaseerde systeemarchitectuur onder de naam “Adaptive Deposition Architecture (ADA)”, wat de geweldig hoge productiviteit van haar systemen verklaart (zie Fig.2). Velox ontwikkelde zijn eigen inkten.

Fig.1 : De Velox IDS-BC Series systemen voor de high-volume directe digitale decoratie middels UV-inkjet van zgn. “straight wall” drankblikjes. De Velox IDS-NC Series systemen zijn dan weer geschikt voor de decoratie van zgn.“necked” drankblikjes.
Fig.2 De Velox “Adaptive Deposition Architecture (ADA)” (hier in een totaalsysteem voor de bedrukking van tubes). Alle containers bevinden zich op mandrels die ronddraaien om hun as terwijl ze in groep voortbewegen onder de verschillende stations van het systeem.

Ardagh Metal Packaging werkt dan weer nauw samen met Hinterkopf (D). Het D240.2 systeem werd gelanceerd in 2017, gebruikt een meer “conventionele” architectuur en heeft (slechts) een max. produktiviteit van 14,400 drankblikjes/uur in tot 7 kleuren (+wit) bij een max. drukresolutie van 1200 dpi. Naar verluidt zouden vandaag in de markt reeds meer dan 20 van dergelijke systemen staan voor diverse applicaties, waaronder dus diverse exclusief voor het bedrukken van bierblikjes. In 2020 werd het D360.3 systeem gelanceerd met een hogere max. drukresolutie (1600 dpi) en meer kleuren (12 + wit). Finaal werd in 2022 het D480.4 systeem gelanceerd. Hinterkopf gebruikt inkten van Tritron (D) (deel van de Coesia groep) op haar systemen.

Fig.3: Het Hinterkopf D240.2 systeem. – Fig.4: De Hinterkopf D240.2 systeemarchitectuur.

Een nieuwe speler in dit gebied is de Italiaanse start-up Quantix Digital met een uitgebreide portfolio aan DTO (Direct-to-object) UV-inkjetprinters, waaronder de Novum Series voor de directe digitale decoratie van drankblikjes en aerosolcontainers (gelanceerd in 2021). Het Novum 3.836X systeem laat een produktiviteit toe van 14,400 containers/uur (max. 9 kleuren). Recentelijk is het wel heel stil geworden rond deze firma. Het is onduidelijk wat hiervoor de reden is.

Fig5: Het Quantix Digital Novum Series systeem.

Bij dit alles dient te worden benadrukt dat voor het bedrukken van metalen voorwerpen meestal ook een gepaste voorbehandeling wenselijk of zelfs vereist is. Waar bij het bedrukken van glazen containers het bevlammen (“flaming”) van de container een gangbare praktijk is (waar bij specifieke organische silanen in de vlam worden toegevoegd), gevolgd door het aanbrengen van een adhesiepromotor of primer fluid, is bij het bedrukken van metalen containers in de regel enkel deze laatste stap vereist. Je vindt deze zgn. metal primers dan ook terug in het assortiment van heel wat inktspelers.

tonejet

De tonejet technologie is een elektrostatische “nozzleless” DoD inkjettechnologie die oorspronkelijk werd uitgevonden door Research Labs of Australia (RLA) (Australië, eerste patentapplicatie in 1993). De technologie werd eigendom van een JV tussen RLA en The Technology Partnership (TTP) (UK), een technology spin-off engine van de Universiteit van Cambridge (UK). In 2010 werd tonejet een zelfstandig bedrijf.

De belangrijkste principes van deze technologie staan weergegeven in Figs. 6 & 7. Pigmentdeeltjes (ca. 0,5 µm diameter) in een organische non-polaire carrier liquid worden pulsgewijs (beeldsgewijs) opgeladen in de printhead en onder invloed van een sterk elektrostatisch veld op het tegengesteld geladen substraat afgeschoten en aldaar afgezet. Het volume van elke druppel bedraagt tussen 0,2 en 0,4 pl (afhankelijk van diverse systeemparameters), waardoor een zeer dunne laag per kleur kan opgedragen worden (max. 0,5 µm), wat dan weer een snelle droging in de hand werkt.

Een speciale printhead (106 mm of 192 mm breedte, native resolution 150 dpi) diende voor deze tonejet technologiebenadering te worden ontwikkeld. Bij het gebruik van 4 printhead rijen en een lineaire substraat-snelheid van 60 m/min haalt met een effectieve beeldopbouwresolutie van 600 dpi x 600 dpi.

Fig.6: Principe van de tonejet technologie. – Fig.7: Samenstelling van de tonejet liquid.

Oorspronkelijk werd gekozen voor een systeemarchitectuur waarbij de containers op een roterende mandrel rond een centrale cilinder bewegen, cfr. heel wat high-end systemen die in mijn vorige bijdrage over de directe digitale decoratie van glazen containers figureerden. Een allereerste dergelijke systeeminstallatie vond reeds plaats bij Ball Packaging in 2007. De productiviteit van deze aanpak bleek evenwel (veel) te laag te zijn voor deze industrie, waarna in een samenwerking met Rockwell Automation (USA) een carrousel-gebaseerde systeemarchitectuur werd ontwikkeld onder de naam Cyclone (zie Fig. 8 & 9) die een productiviteit van 3600 containers/uur toelaat. Het ov. systeem werd gelanceerd in 2017 (Cyclone C4). In 2021 volgde dan een systeem waarbij een bredere printhead werd ingezet (Cyclone C4+), waardoor hogere containers (bv. 500 ml. drankblikjes) kunnen bedrukt worden. Ook werd een station voorzien voor het aanbrengen van een tonejet Can Primer, die storende olierestanten verwijdert (afkomstig uit het productieproces van de containers) en de container voorziet van een inktvriendelijke ontvangst laag. Met de introductie van het Cyclone C4+ systeem kwam ook de beschikbaarheid van een witte inkt.

Fig.8: tonejet : de Cyclone systeemarchitectuur – Fig.9: Het tonejet Cyclone C4 systeem            

Het zij opgemerkt dat de opdracht van een OPV (overprint varnish) vereist, daar de gedroogde tonejet inktlaag op zicht niet voldoende mechanisch robuust is. Vandaag staan er naar schatting 6 systemen in de markt. tonejet heeft evenwel enkele maanden geleden (voorjaar 2023) bekendgemaakt dat het haar operaties (tot nader order) staakt. Het is onduidelijk op heden hoe de tonejet klanten verder geserviced zullen worden en wat er gaat gebeuren met de tonejet technologie.

Slotbemerking

Een belangrijk alternatieve benadering voor de digitale decoratie van metalen containers is deze waarbij niet de container zelf, maar het precursormateriaal (metalen vellen) wordt bedrukt. Er is bij mijn weten slechts één speler actief op dit terrein, met name SACMI (Italië) met zijn DMD Line systeem (single-pass UV-inkjettechnologie, zie Fig.10). Dit systeem (max. 2400 vel/uur, max. velformaat 120 cm x 100 cm, max. veldikte 0.5 mm, max. drukresolutie 1200 dpi) werd ontwikkeld in samenwerking met de ASA Group (Italië), de vierde grootste speler in Europa op het vlak van metaaldecoratie. Naar alle waarschijnlijkheid zullen ook andere systeemaanbieders van single-pass UV-inkjetsystemen actief worden op dit aantrekkelijke verpakkingsdrukterrein.

Fig.10: De SACMI DMD Line systeem systeemarchitectuur.

Johan Van Hunsel
Johan Van hunsel werkte als Dr. Fysische Scheikunde gedurende meer dan 3 decennia bij Agfa N.V. te Mortsel en dit in diverse rollen en verantwoordelijkheden. Hij startte zijn loopbaan als R&D-projectleider voor digitale offsetdrukplaten en als verantwoordelijke voor de diverse offsetdrukkerijen binnen de muren van Agfa. Hij eindigde zijn loopbaan in Agfa’s Innovation & Technology Office waar hij verantwoordelijk was voor het deelgebied digitaal drukken (incl. inkjet).

Sinds zijn vertrek bij Agfa stelt Johan zijn kennis en vaardigheden beschikbaar als freelance gastdocent, freelance auteur (voor o.m. Grafisch Nieuws/Nouvelles Graphiques en M&C Magazine) en als een technology consultant.