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Dimensionsstabilität im Inkjetdruck

Zielsetzung

Ziel des Projektes ist eine Vorhersagbarkeit des Substratverhaltens bezüglich der Dimensionsstabilität im Inkjetdruck. Bei der Anpassung der Bedruckstoffe an Druckverfahren mit hohem Wassereintrag wurden in erster Linie Planlageeigenschaften betrachtet, die visuell und funktional wesentlich für die Qualität sind. In diesem Projekt soll darüber hinaus die Stabilität innerhalb der planen Ebene untersucht werden, da Änderungen in der Dimension in x- bzw y-Richtung Auswirkungen auf die Weiterverarbeitung, insbesondere auf die daraus folgende Lage des Druckbildes zur äußeren Kontur eines Produktes haben können.

Projekttitel: » Entwicklung eines Vorhersagemodells zur Substrat-Dimensionsstabilität im Inkjetdruck

Laufzeit: » 01.02.2019 - 31.01.2021

Projektart: » Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF), IGF 20425 BR

Forschungsstellen: » Papiertechnische Stiftung (PTS) Projektleiterinnen: Dr.-Ing. Martina Härting Dr. Sabine Genest

» Sächsisches Institut für die Druckindustrie (SID) Projektleiterinnen: Beatrix Genest Carolin Sommerer

Forschungsergebnisse

Im Rahmen des Projekts wurde ein Messsystem entwickelt, bei dem die Rechenleistung und Kamera eines Smartphones genutzt wird und damit das System variabel einsetzbar ist. Mithilfe eines speziell entwickelten Koordinatensystems und eines Messtools, mit dem die zu vermessende Probe gegen einen Anschlag auf dem Koordinatensystem fixiert wird, kann die x- und y-Ausdehnung der Probe mit einer Wiederholgenauigkeit von bis zu 1 μm gemessen werden (Messaufbau Abbildung 1). Dafür wurde eine entsprechende Auswertungssoftware entwickelt.

Die z-Verformung der untersuchten Muster lag in einer Größenordnung, die nicht topografisch zu vermessen war. Aufgrund dieses Verhaltens wurden alle Papiermuster mittels der in Abbildung 2 gezeigten Vorrichtung zur Wölbungsmessung vermessen.

Im Projekt wurde im Kontext des Inkjetdrucks die Hydroexpansion, also die Veränderung des Substrats durch Applikation von wässriger Tinte, untersucht. Hierzu wurden verschiedene Papiere (Kraftliner, Topliner, grafi sche Papiere, Kartons einseitig und beidseitig gestrichen, Testliner) ausgewählt und charakterisiert. In einer ersten Versuchsrunde wurden die Muster vollflächig auf 50 x 50 mm² mit einer wässrigen Inkjettinte mit drei verschiedenen Farbauftragsmengen (A: 3,2 g/m² single pass; B: 9,6 g/ m² und C: 14,8 g/m² Multipass) bedruckt und unmittelbar nach dem Druck sowie weiteren zeitlichen Abstufungen hinsichtlich ihrer Dimensionsänderung in alle Raumrichtungen geprüft.

Dimensionsstabilität der untersuchten Muster

Die Bewertung der Dimensionsstabilität erfolgte nach Unterteilung der zu untersuchenden Papiere in Gruppen. Diese sind in der Abbildung 3 farblich gekennzeichnet. Die Abbildung 3 zeigt die Ausdehnung längs bzw quer der Substrate 5 min nach dem Druck bei drei verschiedenen Tintenmengen.

Abb.3: Gemittelte Dehnung [µm] der Papiermustergruppen 5 min nach dem Druck in Längs- (links) und Querrichtung (rechts)

Die untersuchten Muster zeigten häufig eine Abhängigkeit der Dehnung von der aufgetragenen Tintenmenge. Dabei war nach einer anfänglichen Dehnung durch den Feuchteauftrag auch eine Schrumpfung zu beobachten. Das Dehnungsverhalten nach 24 h, d h nach vollständiger Trocknung, war teilweise gegensätzlich zu der unmittelbar nach dem Druck, da sich diese Dehnungen nicht nur zurückbildeten, sondern teilweise irreversible Schrumpfungen auftraten.

Die Bewertung der Dimensionsänderung in z-Richtung erfolgte mittels der in Abbildung 2 dargestellten Vorrichtung Dabei wurde neben der maximalen Höhenveränderung auch die Wölbungsrichtung (quer, längs, diagonal) bewertet. Die Wölbungsausprägung war analog zu der Dehnung in x-und y-Richtung erwartungsgemäß mit steigendem Tintenauftrag stärker, vgl Abbildung 4.

Abb.4: Maximale Ausdehnung/Verformung in z-Richtung

Die Wölbungsausprägung und Formveränderung in der Ebene war erwartungsgemäß i.d.R geringer, je höher die flächenbezogene Masse der Bedruckstoffe war. Die Wölbungsrichtung spiegelte bei den meisten untersuchten Mustern die Faserorientierung wider. Die spezifizierte Hauptfaserrichtung sowie die durch Reiß- und Hängetests festgestellte Faserrichtung stimmen mit den Ergebnissen der TSO-Messung nicht überein. Somit fehlt es an einer zuverlässigen messtechnischen Methode, die Hauptfaserrichtung und ggf Abweichungen davon, insbesondere bei mehrlagigen Papieren, zu ermitteln.

Abb.5: Wölbungsverhalten der ausgewählten Muster

Ausblick

Im weiteren Verlauf des Projektes werden die Druckversuche in größerem Format (20 x 20 cm) und mit weiteren Tinten durchgeführt. Da es sich bei der hier vorgestellten Auswahl der Ergebnisse, um ein Verhalten ohne Zugbelastung handelt, welche jedoch für die Verarbeitung der Materialbahnen relevant ist, werden darüber hinaus die Dehnung in Quer- und Längsrichtung unter Spannung sowie z-Verformung nach dem Entspannen ermittelt. Über diese Ergebnisse wird in der nächsten Ausgabe der PTSNews berichtet.

Dr.-Ing. Martina Härting,

martina.haerting@ptspaper.de

Dr. Sabine Genest,

sabine.genest@ptspaper.de