EP3281800A1 - Tintenstrahl-druckmaschine mit wenigstens zwei tintenstrahl-druckköpfen - Google Patents

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EP3281800A1
EP3281800A1 EP17179242.7A EP17179242A EP3281800A1 EP 3281800 A1 EP3281800 A1 EP 3281800A1 EP 17179242 A EP17179242 A EP 17179242A EP 3281800 A1 EP3281800 A1 EP 3281800A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ink
radiation
inks
dryer
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17179242.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Ernst
Dr. Peter Hachmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heidelberger Druckmaschinen AG
Original Assignee
Heidelberger Druckmaschinen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Heidelberger Druckmaschinen AG filed Critical Heidelberger Druckmaschinen AG
Publication of EP3281800A1 publication Critical patent/EP3281800A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B41J25/00—Actions or mechanisms not otherwise provided for
    • B41J2025/008—Actions or mechanisms not otherwise provided for comprising a plurality of print heads placed around a drum

Definitions

  • the present invention relates to an ink-jet printing machine with at least two ink-jet printheads having the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention relates to a method for drying water-based inks on a substrate having the features of claim 7.
  • the invention lies in the technical field of the graphic arts industry and in particular in the field of inkjet printing (inkjet).
  • inkjet printing inkjet printing
  • a printed image is produced on a substrate or a printing material by a printhead correspondingly producing the finest ink droplets to the image to be printed and transferring them contactlessly onto the printing substrate.
  • the substrate can be made of paper, cardboard, plastic or metal and be curved or web-shaped.
  • the invention also relates to the technical field of drying printing fluids on substrates, in particular of water-based inks on paper or cardboard.
  • the drying is achieved by applying the electromagnetic radiation to the fluid.
  • the fluid is heated and its solvent evaporated.
  • the use of infrared or IR radiation is known.
  • Hot air drying and heat radiation not only heats the ink but also the substrate, which in the worst case can cause the unprinted areas to become too dry while the printed areas remain too wet. In the latter then there is the problem that the so-called paper coating of the substrate can be destroyed and this can lead to a corrugation of the substrate. Drying the ink at too long a time to apply the ink may also cause water from the ink to penetrate too much into the substrate, significantly disturbing the structure of the substrate, such as its fiber structure or coating. This can also cause the substrate to become wavy. The waves of the substrate is not reversible and leads to the further disadvantage that a printing of the back of the substrate is not or only possible with inferior quality. An effective prevention of these problems would be desirable.
  • From the DE 103 16 471 A1 is a method for drying a printing ink on a substrate known which uses laser light sources.
  • offset printing inks are exposed to laser light, whereby the color pigments of the offset printing ink absorb the radiation.
  • the document calls for the color yellow (yellow) a wavelength range of 400 ⁇ 100 nanometers and thus ultraviolet radiation.
  • JP 2007/245374 (A ) discloses drying in the UV range.
  • applied fluids are exposed to radiation from LEDs. It is mentioned that color pigments absorb the radiation, but details of UV radiation, for example their wavelength, are lacking.
  • An ink jet printing machine comprising at least two (or four, CMYK, or seven, CMYKOGV) ink jet printheads, wherein a first printhead has a first water-based ink and a second printhead has a second, non-aqueous second water-based ink on a substrate, e.g. a paper sheet, printed, and with a dryer, which acts on the printed inks with electromagnetic radiation, characterized in that the dryer at least one, different from a laser LED spotlight (or an LED spotlight row or an LED spotlight Field), which applies the same narrow-band radiation to the first and second inks in the wavelength range between 350 nanometers and 405 nanometers.
  • a laser LED spotlight or an LED spotlight row or an LED spotlight Field
  • the device according to the invention makes it possible in an advantageous manner to achieve good drying results and at the same time to prevent damage due to drying on the substrate and on the pressurized fluid.
  • it is inexpensive to produce and operate.
  • the use of expensive laser emitters or laser radiation is dispensed with.
  • special, matched to the laser wavelength absorber must be provided in the colors.
  • Such special absorbers can have a negative effect on the color of the color and thereby lead to noticeable disturbances of the printed image.
  • the invention uses different, less expensive LED emitters from a laser.
  • IR lasers operating at wavelengths greater than that of the visible spectrum are used, but (non-laser) LED emitters operating at shorter wavelengths than the visible spectrum, preferably in the UV range.
  • such a radiator not only for drying an ink, but at least (preferably simultaneously and preferably at the same drying location within machine) drying of two inks. Or vice versa: for the drying of two or more inks, only one dryer is required according to the invention. This measure is also associated with cost savings in an advantageous manner.
  • the narrow-band wavelength range which can be used according to the invention is between 350 nanometers and 405 nanometers.
  • this UV range in the case of the chromatic colors (CMY), there is an absorption by the color pigments present.
  • CMY chromatic colors
  • Extensive measurements with different inks (chromatic colors CMY and black ink K) in the wavelength range between 300 nanometers and 800 nanometers have revealed that in this limited UV range alone by the color pigments present sufficient absorption and thus sufficient for the physical drying coupling of Heat into the ink via the UV radiation is possible.
  • the relatively narrow spectrum of UV radiation that the radiation heats the substrate material or water in the substrate.
  • a preferred embodiment of the invention may be characterized in that the dryer comprises a plurality of LED emitters, wherein at least two LED emitters emit the same radiation, that is, substantially the same wavelength. Particularly preferred is the use of identical LED emitters, since this can reduce the cost of production for the printing press according to the invention.
  • the plurality of radiators may also be provided as a so-called array (one or preferably two-dimensional). Such an array can in turn be modularly constructed of emitter units.
  • all radiators of the dryer generate UV radiation between 350 nanometers and 405 nanometers. Preference is given to two to six consecutively arranged, (with respect to the substrate format) page width, modular LED arrays.
  • Each of these arrays preferably irradiates one page width Strip with an extension of 40 mm to 120 mm in the transport direction of the substrate.
  • the individual modules are (transversely to the transport direction) preferably about 20 mm to 30 mm wide. A separate control of the modules also allows format adaptation.
  • a preferred embodiment of the invention may be distinguished by the fact that the first ink comprises a first pigment and the second ink comprises a second pigment different from the first.
  • the inks may thus have different colors, e.g. C, M, Y or K. It has surprisingly been found in the context of the above-mentioned multiplicity of printing tests that in the limited wavelength range also different inks, and in particular multicolour CMY, with different pigments each have an absorption of UV radiation which is sufficient for the required drying. Have radiation.
  • the inks and their pigments absorb the radiation in the limited wavelength range approximately equally. On additional and expensive absorber in the inks can therefore be dispensed with in an advantageous manner.
  • a preferred embodiment of the invention can be characterized in that between the printhead and the dryer a shield, e.g. a shielding plate is arranged, which prevents water vapor (evaporated solvent of the ink due to drying) and / or drying radiation from reaching the print head. In this way, an increased cleaning effort or damage to the print head can be prevented.
  • a shield e.g. a shielding plate is arranged, which prevents water vapor (evaporated solvent of the ink due to drying) and / or drying radiation from reaching the print head. In this way, an increased cleaning effort or damage to the print head can be prevented.
  • a preferred embodiment of the invention may be characterized in that the dryer has a surface in which a plurality of LED radiators and a plurality of air nozzles, in particular blowing nozzles and / or suction nozzles, are arranged.
  • a design is characterized by a high degree of compactness and therefore requires little space in the machine.
  • such an integrated design can be easily cleaned and maintained.
  • a great advantage results from the fact that a (quasi-) homogeneous radiation field and at the same time a tuyere field integrated into the homogeneous radiation field can be realized.
  • the supplied and preferably dry and heated blowing air serves to remove vaporized solvent from the ink.
  • suction nozzles in the field or on its edges
  • suction nozzles in the field or on its edges
  • the tuyeres can also form a (quasi-) homogeneous field which overlaps with the (quasi) homogeneous field of LEDs.
  • the printed and dried sheet is thus (quasi) homogeneously exposed to the UV radiation and the evaporated solvent, in particular water, is guided (quasi) homogeneously away from the printed substrate.
  • a preferred development of the invention may be distinguished by the fact that the dryer is arranged downstream of the last print head.
  • the distance from dryer to print head is preferably chosen as small as possible, so that the drying time is also as close to the time of printing. Undesired (deep) penetration of water from the ink into the substrate can be effectively prevented in this way.
  • a process according to the invention for drying water-based inks on a printing substrate is a process in which at least two inks, which comprise different pigments, are exposed to the same narrow-band radiation (preferably at the same drying location and preferably at the same drying time), the radiation being in the wavelength range between 350 nanometers and 450 nanometers.
  • the method according to the invention also leads to the same advantages as described above with reference to the device according to the invention.
  • a preferred embodiment of the invention may be distinguished by the fact that the pigments absorb the radiation (or at least a portion of the radiation sufficient for a physical drying).
  • a preferred development of the invention can be distinguished by the fact that the inks, apart from the pigments, do not comprise any absorbers which absorb a significant portion of the radiation. In this way, inks can be produced and processed inexpensively, and it is also possible to prevent the color locations of the inks from being appreciably changed by additional absorbers.
  • a preferred embodiment of the invention may be distinguished in that the inks each comprise at least one absorber which is different from the respective pigments and which absorbs a substantial portion of the radiation, the ink being a colorless ink or a white ink is magenta or a purple ink. It is preferred to dispense entirely with additional absorbers, but it may be necessary or at least helpful in certain ink colors ("transparent", white, magenta, violet) to use an absorber. When printing with e.g. seven colors (K CMY OGV) may e.g. be advantageous to provide only for the inks magenta M and / or violet V absorber, black K, cyan C and yellow Y, as well as orange O and green G without additional absorber use. Opaque white and colorless lacquer, if used, would however be equipped with absorbers if necessary.
  • a preferred development of the invention can be characterized in that the absorption initiates a physical drying of the two inks, wherein there is a heating of the two inks and evaporation of water from the two inks.
  • UV radiation is used in the present invention, the drying of the inks is not chemical, i. by polymerization, but physically, i. by evaporation of the solvent.
  • a preferred embodiment of the invention may be distinguished by the fact that the radiation lies in the (narrower, or more limited) wavelength range between 375 nanometers and 405 nanometers. This part of the radiation has proven to be particularly favorable in the context of extensive pressure tests.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention can be characterized in that the irradiance is in the range of 12 W / cm 2 to 50 W / cm 2 , preferably in the range of 20 W / cm 2 to 25 W / cm 2 . It has been determined in extensive experiments that the surface power density for irradiating the water-based inks must not be too high in order not to dry the inks too quickly. However, for a certain time, about 0.1 s to 0.5 s, the ink layer should be heated sufficiently and stay hot so that the water can evaporate well and sufficiently.
  • the preferred area power density is about 25 W / cm 2 , which is a value that can be achieved with available high power UV LED spotlights.
  • a preferred development of the invention can be characterized in that the energy input in the range of 1 J / cm 2 to 10 J / cm 2 , preferably in the range of 2.5 J / cm 2 to 4.5 J / cm 2 .
  • FIG. 1 shows a printing machine 1 according to the invention, in which a sheet-shaped substrate 2 by means of a cylinder 3 and the gripper 4 is moved in a transport direction 5.
  • the substrate or the substrate can be made of paper, cardboard, plastic film, metal foil or metal sheet.
  • the printing material can also be web-shaped.
  • the substrate may also be permanently curved, eg an object surface.
  • the printing machine 1 comprises a first station 10, which may also be referred to as a printer or a printing unit. This comprises a first print head 11, a second print head 12, a further, third print head 13 and a further, fourth print head 14. All print heads are controlled by a control device 15 in such a way that they together form a (preferably multi-colored) print image on the print substrate 2 produce.
  • the printheads 11 to 14 are formed as ink-jet printheads and discharge ink 11 ', 12', 13 'and 14', for example, in the order KCMY.
  • the first ink 11 ' contains a first pigment
  • the second ink 12 a second pigment 12' and so on.
  • the inks ejected from the printheads are water-based inks, that is to say, inks which are primarily built up on the solvent water and have to be heated for drying.
  • the printing machine 1 comprises a second station 20, which may be referred to as a dryer or drying plant.
  • This station in turn comprises a first LED emitter 21, a further, second LED emitter 22, a further, third LED emitter 23 and a further, fourth LED emitter 24.
  • the dryer has at least the first LED emitter 21, the other LED emitters 22 to 24 are optional.
  • the LED emitter (s) impinge the imprinted inks with electromagnetic radiation 25.
  • the radiation is narrow-band radiation in the wavelength range between 350 nanometers and 405 nanometers.
  • the radiation is absorbed by the pigments 11 ', 12', 13 'and 14' and as a result leads to a heating of the inks 11, 12, 13 and 14 or the water contained therein. The latter vaporizes and the inks dry.
  • the second station 20 comprises blower devices 26 and suction devices 27.
  • blowing devices 26 By means of the blowing devices blown air is blown into the area of drying (drying location) between the radiators and the printing substrate 2 and by means of the suction devices the supplied air together with water or water vapor 27 '. sucked off again.
  • the water vapor is formed by the irradiation of the LED radiation 25 on the printed inks 11, 12, 13 and 14, from which the solvent evaporates water.
  • the LED emitter (s) are controlled by a control device 28 in such a way that the inks applied to the printing substrate 2 are sufficiently dried in the region of the drying. Sufficient drying can already be present when the inks have dried to the extent that a stacking of printed substrate sheets or if further processing in a post-processing machine is possible.
  • a shield 29 may be provided between the first station 10 and the second station 20.
  • the shield prevents water or water vapor and / or radiation 25 from reaching the area of the second station 20 from reaching the area of the first station 10. Both the water vapor and the radiation, could lead to disturbances or even damage to the printheads.
  • the first station 10 and the second station 20 may also include respective housings which enclose the printheads and are open to the cylinder 3.
  • the second station 20 is shown in plan view, wherein a printing material 2 below the LED spotlights 21 to 24 can be seen.
  • Blowing devices and suction devices 26 and 27 are arranged between the LED radiators in such a way that an air flow is passed between the LED radiators and the substrate surface (past the place of drying) and the water vapor 27 'produced during drying effectively out of this region dissipates.
  • the devices 26 and 27 are preferably designed as slot nozzles.
  • FIG. 3 An alternative embodiment of the second station 20 or the dryer is in the plan view of FIG. 3 shown.
  • the dryer 20 in this case has a surface 20 ', in which a field 30 of LED emitters is arranged.
  • a number or a field of blowing devices 26, in particular round nozzles are arranged in the surface 20.
  • the surface 20 ' is surrounded by suction devices 27.
  • suction devices 27 According to this embodiment, surface irradiation and surface blowing of the inks to be dried is possible.
  • the water vapor laxative air flows to the outside and is discharged there via the suction devices 27.

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Abstract

Eine erfindungsgemäße Tintenstrahl-Druckmaschine mit wenigstens zwei Tintenstrahl-Druckköpfen (11, 12, 13, 14), wobei ein erster Druckkopf (11) eine erste wasserbasierte Tinte (11') und ein zweiter Druckkopf (12) eine von der ersten verschiedene, zweite wasserbasierte Tinte (12') auf ein Substrat (2), z.B. einen Bogen Papier, verdruckt, und mit einem Trockner (20), welcher die verdruckten Tinten (11', 12') mit elektromagnetischer Strahlung (25) beaufschlägt, zeichnet sich dadurch aus, dass der Trockner (20) wenigstens einen, von einem Laser verschiedenen LED-Strahler (21) umfasst, welcher die erste und die zweite Tinte (11', 12') mit derselben schmalbandigen Strahlung (25) im Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 405 nm beaufschlägt. Die kostengünstige Erfindung ermöglicht das Erzielen eines guten Trocknungsergebnisses und verhindert zugleich Trocknungsschäden am Substrat und den Tinten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tintenstrahl-Druckmaschine mit wenigstens zwei Tintenstrahl-Druckköpfen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Trocknen von wasserbasierten Tinten auf einem Bedruckstoff mit den Merkmalen von Anspruch 7.
  • Die Erfindung liegt in dem technischen Gebiet der grafischen Industrie und dort insbesondere im Bereich des Tintendrucks (Inkjet). Bei dem bekannten DOD-Tintendruckverfahren (Drop-on-Demand) wird ein Druckbild auf einem Substrat bzw. einem Bedruckstoff erzeugt, indem ein Druckkopf dem zu druckenden Bild entsprechend feinste Tintentropfen erzeugt und diese berührungslos auf den Bedruckstoff überträgt. Der Bedruckstoff kann aus Papier, Karton, Kunststoff oder Metall bestehen und bogen- oder bahnförmig sein.
  • Die Erfindung betrifft auch das technische Gebiet des Trocknens von Druckfluiden auf Substraten, insbesondere von wasserbasierten Tinten auf Papier oder Karton. Das Trocknen wird durch ein Beaufschlagen des Fluids mit elektromagnetischer Strahlung erzielt. Dabei wird das Fluid erhitzt und dessen Lösungsmittel verdampft. Bekannt ist zum Beispiel der Einsatz von Infrarot- bzw. IR-Strahlung.
  • In bekannten Tintenstrahl-Druckmaschinen, so zum Beispiel in der "Jet Press" der Firma Fujifilm, Japan, in denen wasserbasierte Tinten verdruckt werden, sind die Trockner meist weit beabstandet von den Druckköpfen angeordnet. Dies ist notwendig, da die Trocknung über eine Kombination von Warmluft und Wärmestrahlung erzielt wird. Würde der Ort der Trocknung zu nahe an den Druckköpfen liegen, könnte der Druckprozess durch Luftverwirbelungen gestört werden und zudem könnte die Wärme zur Trocknung der Tinten an der Düsenfläche der Druckköpfe zum Eintrocknen von Tinte führen. Eine kompaktere Bauform wäre wünschenswert.
  • Bei der Trocknung mit Warmluft und Wärmestrahlung wird nicht nur die Tinte, sondern auch das Substrat erhitzt, was im ungünstigen Fall dazu führen kann, dass die nicht bedruckten Bereiche zu trocken werden, während die bedruckten Bereiche noch zu feucht bleiben. In letzteren besteht dann das Problem, dass der sogenannte Papierstrich des Substrates zerstört werden kann und dies zu einer Wellung des Substrates führen kann. Ein Trocknen der Tinte in zu großem Zeitabstand zum Auftragen der Tinte kann auch dazu führen, dass Wasser aus der Tinte zu sehr in das Substrat eindringt und so die Struktur des Substrates, zum Beispiel dessen Faserstruktur oder dessen Strich, merklich stört. Dies kann ebenfalls dazu führen, dass das Substrat wellig wird. Das Wellen des Substrates ist nicht reversibel und führt zu dem weiteren Nachteil, dass ein Bedrucken der Rückseite des Substrates nicht oder nur mit minderer Qualität möglich ist. Ein effektives Verhindern dieser genannten Probleme wäre wünschenswert.
  • Aus der DE 103 16 471 A1 ist ein Verfahren zum Trocknen einer Druckfarbe auf einem Bedruckstoff bekannt, welches Laserlichtquellen einsetzt. Dabei werden Offset-Druckfarben mit Laserlicht beaufschlagt, wobei die Farbpigmente der Offset-Druckfarbe die Strahlung absorbieren. Das Dokument nennt für die Farbe Gelb (yellow) einen Wellenlängenbereich von 400 ± 100 Nanometern und somit ultraviolette Strahlung.
  • Auch die JP 2007/245374 (A ) offenbart das Trocknen im UV-Bereich. Hier werden im Inkjet-Verfahren aufgebrachte Fluide mit Strahlung von LEDs beaufschlagt. Es wird erwähnt, dass Farbpigmente die Strahlung absorbieren, jedoch fehlen nähere Angaben zur UV-Strahlung, zum Beispiel zu deren Wellenlänge.
  • Vor dem Hintergrund des genannten Standes der Technik und der aufgezeigten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Tintenstrahl-Druckmaschine zu schaffen, welche kostengünstig ist und mit welcher gute Trocknungsergebnisse erzielt und zugleich Trocknungsschäden am Substrat und an dem Druckfluid, insbesondere der Tinte, verhindert werden können. Im Besonderen soll ein Wellen des Substrates und ein Verbrennen des Substrates oder der Tinte verhindert werden. Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zu schaffen.
  • Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind mit einer Tintenstrahl-Druckmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Trocknen mit den Merkmalen von Anspruch 7 gegeben.
  • Eine erfindungsgemäße Tintenstrahl-Druckmaschine mit wenigstens zwei (oder vier, CMYK, oder sieben, CMYKOGV) Tintenstrahl-Druckköpfen, wobei ein erster Druckkopf eine erste wasserbasierte Tinte und ein zweiter Druckkopf eine von der ersten verschiedene, zweite wasserbasierte Tinte auf ein Substrat, z.B. einen Papierbogen, verdruckt, und mit einem Trockner, welcher die verdruckten Tinten mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlägt, zeichnet sich dadurch aus, dass der Trockner wenigstens einen, von einem Laser verschiedenen LED-Strahler (oder eine LED-Strahler-Zeile oder ein LED-Strahler-Feld) umfasst, welcher die erste und die zweite Tinte mit derselben schmalbahnigen Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 350 Nanometern und 405 Nanometern beaufschlägt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, gute Trocknungsergebnisse zu erzielen und gleichzeitig Schäden durch die Trocknung am Substrat und am Druckfluid zu verhindern. Zudem ist sie kostengünstig herstellbar und zu betreiben. Erfindungsgemäß wird auf den Einsatz von teuren Laser-Strahlern bzw. LaserStrahlung verzichtet. Dadurch kann auch der Nachteil vermieden werden, dass spezielle, auf die Laserwellenlänge abgestimmte Absorber in den Farben vorgesehen sein müssen. Solche speziellen Absorber können sich negativ auf den Farbort der Farbe auswirken und dadurch zu wahrnehmbaren Störungen des Druckbildes führen. Die Erfindung verwendet stattdessen von einem Laser verschiedene, kostengünstigere LED-Strahler. Im Besonderen werden keine IR-Laser eingesetzt, welche bei größeren Wellenlängen als der des sichtbaren Spektrums betrieben werden, sondern (Nichtlaser-) LED-Strahler, welche mit kürzeren Wellenlängen als der des sichtbaren Spektrums betrieben werden, vorzugsweise im UV- Bereich.
  • Erfindungsgemäß wird ein solcher Strahler nicht nur zum Trocknen einer Tinte, sondern wenigstens zum (bevorzugt gleichzeitig und bevorzugt am selben Trocknungsort innerhalb der Maschine erfolgenden) Trocknen von zwei Tinten eingesetzt. Oder umgekehrt: für das Trocknen von zwei oder mehr Tinten ist erfindungsgemäß nur ein Trockner erforderlich. Auch diese Maßnahme geht in vorteilhafter Weise mit Kosteneinsparungen einher.
  • Der erfindungsgemäß verwendbare schmalbandige Bereich der Wellenlänge liegt zwischen 350 Nanometern und 405 Nanometern. In diesem UV-Bereich gibt es bei den Buntfarben (CMY) eine Absorption durch die vorhandenen Farbpigmente. Umfangreiche Messungen mit verschiedenen Tinten (Buntfarben CMY und schwarze Tinte K) im WellenlängenBereich zwischen 300 Nanometern und 800 Nanometern haben zutage gefördert, dass in diesem begrenzten UV-Bereich allein durch die vorhandenen Farbpigmente eine ausreichende Absorption und damit eine für die physikalische Trocknung ausreichende Einkopplung von Wärme in die Tinte über die UV-Strahlung möglich ist. Zugleich kann durch das relativ schmale Spektrum der UV-Strahlung effektiv verhindert werden, dass die Strahlung das Substrat-Material oder Wasser im Substrat erhitzt. Bei den Untersuchungen wurde nämlich auch zutage gefördert, dass in dem begrenzten UV-Bereich keine wesentliche Absorption durch das Wasser oder das Material des Substrates erfolgt. Nicht bedruckte Bereiche werden somit nicht erwärmt.
  • Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Trockner eine Vielzahl von LED-Strahlern umfasst, wobei wenigstens zwei LED-Strahler die gleiche Strahlung, das heißt im Wesentlichen die gleiche Wellenlänge, emittieren. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von baugleichen LED-Strahlern, da hierdurch die Kosten der Herstellung für die erfindungsgemäße Druckmaschine gesenkt werden können. Die Vielzahl von Strahlern kann auch als ein sogenanntes Array (ein- oder bevorzugt zweidimensional) vorgesehen sein. Ein solches Array kann wiederum modular aus Strahler-Einheiten aufgebaut sein. Bevorzugt erzeugen alle Strahler des Trockners UV-Strahlung zwischen 350 Nanometern und 405 Nanometern. Bevorzugt sind zwei bis sechs hintereinander angeordnete, (bezüglich des Bedruckstoffformats) seitenbreite, modular aufgebaute LED-Arrays. Jedes dieser Arrays bestrahlt bevorzugt einen seitenbreiten Streifen einer Ausdehnung von 40 mm bis 120 mm in Bedruckstoff-Transportrichtung. Die einzelnen Module sind (quer zur Transportrichtung) bevorzugt etwa 20 mm bis 30 mm breit. Über eine separate Ansteuerung der Module ist auch eine Formatanpassung möglich.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die erste Tinte ein erstes Pigment umfasst und die zweite Tinte ein von dem ersten verschiedenes, zweites Pigment umfasst. Die Tinten können somit verschiedene Farben aufweisen, z.B. C, M, Y oder K. Es wurde überraschend im Rahmen der oben bereits genannten Vielzahl von Drucktests festgestellt, dass in dem begrenzten Wellenlängenbereich auch verschiedene Tinten, und insbesondere Buntfarben CMY, mit je verschiedenen Pigmenten eine für die erforderliche Trocknung ausreichende Absorption der UV-Strahlung aufweisen. Zudem absorbieren die Tinten bzw. deren Pigmente die Strahlung in dem begrenzten Wellenlängenbereich in etwa gleich stark. Auf zusätzliche und teure Absorber in den Tinten kann daher in vorteilhafter Weise verzichtet werden.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass zwischen dem Druckkopf und dem Trockner eine Abschirmung, z.B. ein Abschirmblech, angeordnet ist, welche verhindert, dass Wasserdampf (verdampftes Lösungsmittel der Tinte infolge der Trocknung) und/oder Trocknungs-Strahlung zu dem Druckkopf gelangt. Auf diese Weise kann ein erhöhter Reinigungsaufwand oder auch eine Beschädigung des Druckkopfes verhindert werden.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Trockner eine Fläche aufweist, in der eine Vielzahl von LED-Strahlern und eine Vielzahl von Luftdüsen, insbesondere Blasdüsen und/oder Saugdüsen, angeordnet sind. Eine solche Bauform zeichnet sich durch eine hohe Kompaktheit aus und beansprucht daher wenig Bauraum in der Maschine. Zudem kann eine solche integrierte Bauweise leicht gereinigt und gewartet werden. Ein großer Vorteil ergibt sich jedoch daraus, dass ein (quasi-) homogenes Strahlungsfeld und zugleich ein in das homogene Strahlungsfeld integriertes Blasdüsenfeld verwirklicht werden kann. Die zugeführte und bevorzugt trockene und erwärmte Blasluft dient dabei dem Abtransport von verdampftem Lösungsmittel aus der Tinte. Neben den hierzu vorgesehenen Blasdüsen können auch Saugdüsen (im Feld oder an dessen Rändern) vorgesehen sein. Auch die Blasdüsen können ein (quasi-) homogenes Feld bilden, welches mit dem (quasi-) homogenen Feld von LEDs überlappt. Der bedruckte und zu trocknende Bogen wird somit (quasi-) homogen mit der UV-Strahlung beaufschlagt und das verdampfte Lösungsmittel, insbesondere Wasser, wird (quasi-) homogen von dem bedruckten Substrat weg geführt.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Trockner dem letzten Druckkopf direkt nachgeordnet ist. Der Abstand von Trockner zu Druckkopf ist dabei bevorzugt so gering als möglich gewählt, damit der Trocknungszeitpunkt ebenfalls möglichst nahe am Zeitpunkt des Bedruckens liegt. Unerwünschtes (tiefes) Eindringen von Wasser aus der Tinte ins Substrat kann auf diese Weise effektiv verhindert werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Trocknen von wasserbasierten Tinten auf einem Bedruckstoff ist ein Verfahren, bei welchem wenigstens zwei Tinten, welche voneinander verschiedene Pigmente umfassen, mit derselben schmalbandigen Strahlung (bevorzugt am selben Trocknungsort und bevorzugt zum selben Trocknungszeitpunkt) beaufschlagt werden, wobei die Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 350 Nanometern und 450 Nanometern liegt.
  • Auch das erfindungsgemäße Verfahren führt zu denselben Vorteilen, wie sie weiter oben mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben sind.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Pigmente die Strahlung (oder zumindest einen für eine physikalische Trocknung ausreichenden Anteil der Strahlung) absorbieren.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Tinten außer den Pigmenten keine Absorber umfassen, die einen wesentlichen Anteil der Strahlung absorbieren. Auf diese Weise können kostengünstig Tinten hergestellt und verarbeitet werden und zudem kann verhindert werden, dass die Farborte der Tinten durch zusätzliche Absorber merklich verändert würden.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Tinten jeweils zumindest einen, von den jeweiligen Pigmenten verschiedenen Absorber umfassen, welcher einen wesentlichen Anteil der Strahlung absorbiert, wobei die Tinte eine farblose Tinte bzw. ein farbloser Lack, eine weiße Tinte, eine magentafarbene oder eine violettfarbene Tinte ist. Bevorzugt wird auf zusätzliche Absorber gänzlich verzichtet, es kann jedoch bei bestimmten Tinten-Farben ("Transparent", Weiß, Magenta, Violett) erforderlich oder zumindest hilfreich sein, einen Absorber einzusetzen. Beim Drucken mit z.B. sieben Farben (K CMY OGV) kann es z.B. vorteilhaft sein, nur für die Tinten Magenta M und/oder Violett V Absorber vorzusehen, Schwarz K, Cyan C und Gelb Y, sowie Orange O und Grün G ohne zusätzliche Absorber einzusetzen. Deckweiß und farbloser Lack, sofern zum Einsatz kommend, würden jedoch erforderlichenfalls mit Absorbern ausgestattet.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Absorption eine physikalische Trocknung der beiden Tinten einleitet, wobei es zu einer Erwärmung der beiden Tinten und zu einem Verdampfen von Wasser aus den beiden Tinten kommt. Obwohl erfindungsgemäß UV-Strahlung eingesetzt wird, erfolgt die Trocknung der Tinten nicht chemisch, d.h. durch Polymerisation, sondern physikalisch, d.h. durch Verdampfen des Lösungsmittels.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Strahlung im (engeren, d.h. weiter begrenzten) Wellenlängenbereich zwischen 375 Nanometern und 405 Nanometern liegt. Dieser Teil-Bereich für die Strahlung hat sich im Rahmen der umfangreichen Drucktests als besonders günstig erwiesen.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die Bestrahlungsstärke im Bereich von 12 W/cm2 bis 50 W/cm2, bevorzugt im Bereich von 20 W/cm2 bis 25 W/cm2 liegt. Es wurde in umfangreichen Versuchen festgestellt, dass die Flächenleistungsdichte zum Bestrahlen der wasserbasierten Tinten nicht zu hoch sein darf, um die Tinten nicht zu schnell zu trocknen. Für eine bestimmte Zeit, etwa 0,1 s bis 0,5 s, sollte die Farbschicht jedoch ausreichend erhitzt werden und heiß bleiben, so dass das Wasser gut und ausreichend verdampfen kann. Die bevorzugte Flächenleistungsdichte liegt bei etwa 25 W/cm2 und das ist ein Wert, der mit verfügbaren Hochleistungs-UV-LED-Strahlern erreicht werden kann.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Energieeintrag im Bereich von 1 J/cm2 bis 10 J/cm2, bevorzugt im Bereich von 2,5 J/cm2 bis 4,5 J/cm2 liegt.
  • Die Erfindung und deren vorteilhafte Weiterbildungen werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben, in den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
    • Figur 1:
    schematische Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Druckmaschine bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Figur 2:
    schematische Draufsicht eines Trockners eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Druckmaschine; und
    Figur 3:
    schematische Draufsicht eines alternativen Trockners eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Druckmaschine
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Druckmaschine 1, in welcher ein bogenförmiger Bedruckstoff 2 mittels eines Zylinders 3 und dessen Greifer 4 in eine Transportrichtung 5 bewegt wird. Der Bedruckstoff bzw. das Substrat kann aus Papier, Karton, Kunststofffolie, Metallfolie oder Metallblech sein. Alternativ kann der Bedruckstoff auch bahnförmig sein. Das Substrat kann auch permanent gekrümmt sein, z.B. eine Objektoberfläche.
  • Die Druckmaschine 1 umfasst eine erste Station 10, welche auch als ein Drucker oder ein Druckwerk bezeichnet werden kann. Diese umfasst einen ersten Druckkopf 11, einen zweiten Druckkopf 12, einen weiteren, dritten Druckkopf 13 und einen weiteren, vierten Druckkopf 14. Alle Druckköpfe werden von einer Steuereinrichtung 15 derart angesteuert, dass diese gemeinsam ein (bevorzugt mehrfarbiges) Druckbild auf dem Bedruckstoff 2 erzeugen. Die Druckköpfe 11 bis 14 sind als Tintenstrahl-Druckköpfe ausgebildet und stoßen jeweils Tinte 11', 12', 13' und 14', z.B. in der Reihenfolge KCMY, aus. Dabei enthält die erste Tinte 11' ein erstes Pigment, die zweite Tinte 12 ein zweites Pigment 12' und so weiter. Bei den von den Druckköpfen ausgestoßenen Tinten handelt es sich um wasserbasierte Tinten, das heißt um Tinten, welche primär auf dem Lösungsmittel Wasser aufgebaut sind und zur Trocknung erwärmt werden müssen.
  • Des Weiteren umfasst die Druckmaschine 1 eine zweite Station 20, welche als Trockner oder Trockenwerk bezeichnet werden kann. Diese Station wiederum umfasst einen ersten LED-Strahler 21, einen weiteren, zweiten LED-Strahler 22, einen weiteren, dritten LED-Strahler 23 und einen weiteren, vierten LED-Strahler 24. Der Trockner weist wenigstens den ersten LED-Strahler 21 auf, die weiteren LED-Strahler 22 bis 24 sind optional. Der oder die LED-Strahler beaufschlagen die verdruckten Tinten mit elektromagnetischer Strahlung 25. Bei der Strahlung handelt es sich um schmalbandige Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 350 Nanometern und 405 Nanometern. Die Strahlung wird von den Pigmenten 11', 12', 13' und 14' absorbiert und führt infolge zu einer Erwärmung des Tinten 11, 12, 13 und 14 bzw. des darin enthaltenen Wassers. Letzteres verdampft und die Tinten trocknen.
  • Des Weiteren umfasst die zweite Station 20 Blaseinrichtungen 26 und Saugeinrichtungen 27. Mittels der Blaseinrichtungen wird Blasluft in den Bereich der Trocknung (Trocknungsort) zwischen den Strahlern und dem Bedruckstoff 2 geblasen und mittels der Saugeinrichtungen wird die zugeführte Luft zusammen mit Wasser bzw. Wasserdampf 27' wieder abgesaugt. Der Wasserdampf entsteht durch das Einstrahlen der LED-Strahlung 25 auf die verdruckten Tinten 11, 12, 13 und 14, aus denen das Lösungsmittel Wasser verdampft. Der oder die LED-Strahler werden von einer Steuereinrichtung 28 derart angesteuert, dass die auf dem Bedruckstoff 2 aufgebrachten Tinten im Bereich der Trocknung ausreichend getrocknet werden. Eine ausreichende Trocknung kann bereits dann vorliegen, wenn die Tinten soweit getrocknet sind, dass ein Aufeinanderstapeln von bedruckten Bedruckstoff-Bögen oder wenn eine Weiterverarbeitung in einer Nachverarbeitungsmaschine möglich ist.
  • Zwischen der ersten Station 10 und der zweiten Station 20 kann eine Abschirmung 29 vorgesehen sein. Die Abschirmung verhindert, dass Wasser bzw. Wasserdampf und/oder Strahlung 25 aus dem Bereich der zweiten Station 20 in den Bereich der ersten Station 10 gelangt. Beides, der Wasserdampf und die Strahlung, könnten zu Störungen oder gar Beschädigungen an den Druckköpfen führen.
  • Die erste Station 10 und die zweite Station 20 können auch jeweilige Gehäuse umfassen, welche die Druckköpfe bzw. Trockner umschließen und zum Zylinder 3 hin offen sind.
  • In der Figur 2 ist die zweite Station 20 in der Draufsicht dargestellt, wobei ein Bedruckstoff 2 unterhalb der LED-Strahler 21 bis 24 erkennbar ist. Zwischen den LED-Strahlern sind Blaseinrichtungen und Saugeinrichtungen 26 bzw. 27 derart angeordnet, dass ein Luftstrom zwischen den LED-Strahlern und der Bedruckstoffoberfläche hindurch (am Ort der Trocknung vorbei) geführt wird und den bei der Trocknung entstehenden Wasserdampf 27' effektiv aus diesem Bereich abführt. Die Einrichtungen 26 und 27 sind bevorzugt als Schlitzdüsen ausgebildet.
  • Eine alternative Ausführungsform der zweiten Station 20 bzw. des Trockners ist in der Draufsicht der Figur 3 gezeigt. Der Trockner 20 weist dabei eine Fläche 20' auf, in welcher ein Feld 30 von LED-Strahlern angeordnet ist. Zusätzlich ist in der Fläche 20 auch eine Anzahl bzw. ein Feld von Blaseinrichtungen 26, insbesondere Runddüsen, angeordnet. Die Fläche 20' ist von Saugeinrichtungen 27 umgeben. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein flächiges Bestrahlen und flächiges Anblasen der zu trocknenden Tinten möglich. Dabei strömt die Wasserdampf abführende Luft nach außen hin und wird dort über die Saugeinrichtungen 27 abgeführt. Alternativ ist es auch möglich, in der Fläche 20' zusätzlich zu den Blaseinrichtungen 26 auch eine Anzahl bzw. eine Feld von Saugeinrichtungen 27 vorzusehen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Druckmaschine
    2
    Bedruckstoff
    3
    Zylinder
    4
    Greifer
    5
    Transportrichtung
    10
    erste Station / Drucker
    11
    erster Druckkopf
    11'
    erste Tinte, erstes Pigment
    12
    zweiter Druckkopf
    12'
    zweite Tinte, zweites Pigment
    13
    weiterer (dritter) Druckkopf
    13'
    weitere (dritte) Tinte, drittes Pigment
    14
    weiterer (vierter) Druckkopf
    14'
    weitere (vierte) Tinte, viertes Pigment
    15
    erste Steuereinrichtung
    20
    zweite Station / Trockner
    20'
    Fläche
    21
    erster LED-Strahler
    22
    weiterer (zweiter) LED-Strahler
    23
    weiterer (dritter) LED-Strahler
    24
    weiterer (vierter) LED-Strahler
    25
    LED-Strahlung
    26
    Blaseinrichtungen
    27
    Saugeinrichtungen
    27'
    Wasser/Wasserdampf
    28
    zweite Steuereinrichtung
    29
    Abschirmung
    30
    LED-Feld mit LED-Strahlern

Claims (14)

  1. Tintenstrahl-Druckmaschine mit wenigstens zwei Tintenstrahl-Druckköpfen (11, 12, 13, 14), wobei ein erster Druckkopf (11) eine erste wasserbasierte Tinte (11') und ein zweiter Druckkopf (12) eine von der ersten verschiedene, zweite wasserbasierte Tinte (12') auf ein Substrat (2) verdruckt, und mit einem Trockner (20), welcher die verdruckten Tinten (11', 12') mit elektromagnetischer Strahlung (25) beaufschlägt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Trockner (20) wenigstens einen, von einem Laser verschiedenen LED-Strahler (21) umfasst, welcher die erste und die zweite Tinte (11', 12')) mit derselben schmalbandigen Strahlung (25) im Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 405 nm beaufschlägt.
  2. Tintenstrahl-Druckmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Trockner (20) eine Vielzahl von LED-Strahlern (21, 22, 23, 24) umfasst, wobei wenigstens zwei LED-Strahler (21, 22, 23, 24) die gleiche Strahlung (25), d.h. im Wesentlichen die gleiche Wellenlänge, emittieren.
  3. Tintenstrahl-Druckmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Tinte (11') ein erstes Pigment (11') umfasst und die zweite Tinte (12') ein von dem ersten verschiedenes, zweites Pigment (12') umfasst.
  4. Tintenstrahl-Druckmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen dem Druckkopf (11, 12) und dem Trockner (20) eine Abschirmung (28) angeordnet ist, welche verhindert, dass Wasserdampf und/oder Strahlung zu dem Druckkopf (11, 12) gelangt.
  5. Tintenstrahl-Druckmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Trockner (20) eine Fläche (20') aufweist, in der eine Vielzahl von LED-Strahlern (30) und eine Vielzahl von Luftdüsen, insbesondere Blasdüsen 26 und/oder Saugdüsen 27, angeordnet sind.
  6. Tintenstrahl-Druckmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Trockner (20) dem letzten Druckkopf (14) direkt nachgeordnet ist.
  7. Verfahren zum Trocknen von wasserbasierten Tinten auf einem Bedruckstoff, wobei wenigstens zwei Tinten (11', 12'), welche voneinander verschiedene Pigmente (11', 12') umfassen, mit derselben schmalbandigen Strahlung (25) beaufschlagt werden, wobei die Strahlung (25) im Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 405 nm liegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Pigmente (11', 12') die Strahlung (25) absorbieren.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Tinten (11', 12') außer den Pigmenten (11', 12') keine Absorber umfassen, die einen wesentlichen Anteil der Strahlung (25) absorbieren.
  10. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Tinten (11', 12') jeweils zumindest einen, von den jeweiligen Pigmenten (11', 12') verschiedenen Absorber umfassen, welcher einen wesentlichen Anteil der Strahlung (25) absorbiert, wobei die Tinte (11', 12') eine farblose Tinte bzw. ein farbloser Lack, eine weiße Tinte, eine magentafarbene oder eine violettfarbene Tinte ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Absorption eine physikalische Trocknung der beiden Tinten (11', 12') einleitet, wobei es zu einer Erwärmung der beiden Tinten (11', 12') und einer Verdampfung von Wasser (15) aus den beiden Tinten (11', 12') kommt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Strahlung (25) im Wellenlängenbereich zwischen 375 nm und 405 nm liegt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Bestrahlungsstärke im Bereich von 12 W/cm2 bis 50 W/cm2, bevorzugt im Bereich von 20 W/cm2 bis 25 W/cm2 liegt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Energieeintrag im Bereich von 1 J/ cm2 bis 10 J/ cm2, bevorzugt im Bereich von 2,5 J/ cm2 bis 4,5 J/ cm2 liegt.
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