Traducido por Grafix Digital, con autorización de What They Think

Por el Dr. Tim Phillips

La producción textil se ha transformado en los últimos 10 años con la introducción de la impresión digital industrial basada en la tecnología de inyección de tinta. Si bien hubo incursiones tempranas en la impresión digital en la década de 1970 con la impresora de alfombras digitales Millitron Millitron, las primeras impresoras comerciales de inyección de tinta se introdujeron en la década de 1990 con ejemplos anteriores que incluyen Stork, TruColor, Jet Printer (1991), e Ichinose Image Proofer (1999) . Como indica el nombre de la máquina Ichinose, estas máquinas primitivas apuntaban firmemente a la producción de muestras y pruebas de diseños, destinados a la producción posterior en impresoras rotativas convencionales. Durante muchos años no parecía posible que la tecnología digital se pudiera utilizar para la producción de textiles impresos en cantidades industriales.

A principios del nuevo siglo, la introducción de una serie de soluciones mostró la dirección futura de la industria: por primera vez había máquinas digitales utilizables para la producción, aunque a pequeña escala y con un costo relativamente alto. Sistemas como DuPont / Artistri 2020, Reggiani DReAM y Roantelli’s Monna Lisa, permitieron pruebas de alta calidad de nuevos diseños, pero también la producción de productos de alto volumen y bajo volumen, como bufandas de seda para el mercado de la alta costura. La existencia de mercados de alto valor y bajo volumen proporcionó una salida para la tecnología digital, dando una introducción a las fábricas textiles de las posibles ventajas (y dificultades) de la tecnología, al tiempo que permite a los fabricantes de sistemas de inyección de tinta y componentes justificar nuevas inversiones en próximos sistemas de generación.

La actual Monna Lisa Evo Tre, ahora propiedad de Epson

Esta inversión ha llevado a una gran mejora en la capacidad de los sistemas de impresión y tintas, lo que ha llevado a la introducción de soluciones desde 2010 que pueden rivalizar con los sistemas de impresión convencionales en calidad, capacidad y cada vez más en rendimiento y costo de impresión. En las siguientes secciones, se revisarán los desarrollos que han permitido la impresión digital textil industrial, así como aquellos que continuarán permitiendo mejoras de rendimiento y costos en los próximos años.

Cabezales de impresión

El componente en el corazón del sistema de impresión son los cabezales de impresión de inyección de tinta, y el desarrollo de cabezales de impresión mejorados es un factor muy importante que permite la impresión industrial. Los principales factores en el rendimiento del cabezal de impresión son la frecuencia máxima de inyección, el número de boquillas, el volumen de caída, la rectitud y uniformidad del chorro, la ventana operativa y el costo. Durante muchos años, los cabezales de impresión piezoeléctrica de goteo controlado (DOD por su sigla Drop On Demand) han dado el mejor compromiso en velocidad, calidad, robustez y variedad de tipos de tinta que se pueden usar, y se utilizan en casi todas las aplicaciones textiles. Otras tecnologías posibles incluyen el chorro de tinta continuo, que se ha utilizado en el pasado y mantiene cierto interés, y el goteo térmico controlado, que aún puede mostrar cierta promesa en textiles, porque fue desarrollado por Hewlett Packard (HP) y Memjet para aplicaciones industriales.

El auge de las máquinas textiles digitales para su aplicación industrial ha dependido casi por completo de un cabezal de impresión hasta ahora: el Kyocera KJ4. La combinación de alta velocidad, compatibilidad acuosa, gran cantidad de boquillas y capacidad de escala de grises con una gama adecuada de tamaños de gota para la impresión textil permitieron construir impresoras exitosas a su alrededor. Estos van desde máquinas de escaneo con un cabezal de impresión por color, hasta máquinas de un solo pase, con cientos de cabezales de impresión en total. Sin embargo, debido a la construcción del cabezal de impresión (y quizás también debido a su posición dominante en el mercado), la cabeza sigue siendo un alto costo por componente de boquilla.

Cada vez son más los cabezales de impresión alternativos disponibles para los fabricantes de sistemas, a menudo basados en la construcción de silicio (Si) MEMS (sistemas micro electromecánicos) que se ha convertido en un enfoque popular para la construcción de cabezales de impresión piezoeléctricos industriales. La llegada de las arquitecturas de impresoras de un solo paso ha generado la necesidad de cabezales de impresión con conteos de boquillas más altos, densidades de empaquetado más ajustadas y tamaños de gota más pequeños. Esta necesidad de miniaturización encaja bien con el control preciso del tamaño de las características inherentes a las técnicas fotolitográficas y de micromecanizado utilizadas en los procesos de MEMS.

El silicio y el óxido de silicio proporcionan una excelente compatibilidad química con la mayoría de las familias de tintas utilizadas en la impresión textil por inyección de tinta. La cuidadosa selección de materiales de construcción aguas arriba y adhesivos epóxidos ayuda a impulsar aplicaciones que requieren compatibilidad con tintas de reticulación complejas, materiales funcionales y fluidos de mantenimiento agresivos. Finalmente, la fabricación de MEMS de silicio mantiene la promesa de disfrutar de las economías de escala tan importantes en la industria de los semiconductores. A medida que crece la cantidad total de unidades enviadas y los fabricantes de cabezales aprenden cómo aprovechar esto, el alto costo fijo de operar una fábrica de MEMS se puede extender a un mayor número de unidades, reduciendo el costo unitario de fabricación (y potencialmente el costo por boquilla de los cabezales de impresión cuando los compran los fabricantes del sistema). Queda por ver qué tan rápido y con qué efecto la adopción de los cabezales de impresión Si-MEMS progresará en el mercado textil, pero sigue siendo una tecnología muy prometedora.

Suministro de tinta

Aunque a menudo se trata como un elemento secundario, el sistema de suministro de tinta que garantiza que la tinta se entregue a los cabezales de impresión, es vital para garantizar la fiabilidad en un contexto de producción industrial. Si bien es simple en principio, el suministro de tinta suele ser una fuente de problemas que pueden ser extremadamente difíciles de rastrear. El suministro de tinta debe mantener la temperatura, la presión y el caudal de tinta correctos en condiciones externas variables, al tiempo que evita que las partículas y otros contaminantes lleguen al cabezal de impresión y evita la interacción química y otros problemas de fiabilidad. Es importante que también sea fácil de usar y rellenar en las condiciones de producción.

Las tintas son fluidos químicos complejos con una amplia gama de posibles componentes, que incluyen partículas y resinas aglutinantes en el caso de las tintas pigmentadas. Esto hace que sea difícil encontrar materiales para las partes del sistema de tinta en contacto con la tinta que no interactuarán químicamente con esa tinta. Las tuberías en los sistemas de escaneo deben diseñarse cuidadosamente para evitar las fluctuaciones de presión que conducen a la formación de bandas en el resultado impreso. Solo el continuo aprendizaje y desarrollo de los sistemas y componentes de suministro de tinta ha permitido que los sistemas de impresión de inyección de tinta obtengan la fiabilidad suficiente como para ser una opción realista para la impresión textil de producción.

Mantenimiento automatizado

A medida que aumenta la cantidad de cabezales de boquilla / impresión en los sistemas y el requisito de tiempo de actividad en la producción limita el tiempo disponible para el mantenimiento de la boquilla, la necesidad de configuraciones de mantenimiento rápidas y automatizadas se vuelve más apremiante. De hecho, en muchos sistemas grandes el mantenimiento manual de boquillas es simplemente imposible ya que muchas de ellas son inaccesibles. Las boquillas se ven comprometidas debido a la tinta satelital y la acumulación de neblina en la placa frontal del cabezal de impresión, la suciedad atrapada en boquillas no imprimibles, la vibración que conduce a la filtración de tinta, polvo y fibras del sustrato y otros contaminantes del entorno de impresión en la boquilla o en la suspensión en la tinta, y el secado de la tinta en la boquilla. Todo esto puede hacer que el chorro se vea comprometido o detenido por completo.

Muchos sistemas en producción hoy en día en las fábricas textiles dependen del mantenimiento manual de boquillas, y el desarrollo de un mantenimiento automatizado confiable y rápido es un factor significativo en la adopción continua de inyección de tinta en la impresión textil de producción.

Sistemas de manejo y movimiento de sustrato

Los sistemas de movimiento son necesarios para mover el sustrato o los cabezales de impresión, o ambos, para escanear todo el tejido y producir el resultado impreso. Un sistema de movimiento industrial para impresión digital, sin importar la configuración, necesita suavidad y consistencia de movimiento, precisión de posicionamiento, manejo de sustratos para asegurar la estabilidad dimensional durante la impresión, y la supresión de vibraciones que pueden conducir a artefactos de impresión visibles. Hay una serie de problemas específicos que enfrentan los diseñadores de sistemas de movimiento, ya que los errores sistemáticos en la colocación de puntos son muy visibles para el ojo humano y, en general, indeseables. Se requiere una combinación de diseño mecánico sólido y (en algunos casos) compensación con soluciones de software para una calidad de impresión óptima.

Si bien se ha estado promoviendo la estabilidad dimensional de los sustratos textiles mediante el uso de “rodillos adhesivos” durante muchos años, el requisito y los desafíos representan más pruebas para la impresión digital. Las pantallas giratorias en impresión convencional actúan para mantener el tejido en su lugar, mientras que con la inyección de tinta la naturaleza sin contacto de la impresión proporciona un desafío adicional, que se vuelve cada vez más difícil a medida que aumentan las velocidades de impresión. De nuevo, se ha requerido un desarrollo significativo para proporcionar un buen rendimiento en la manipulación de textiles para la producción, y es necesario resolver problemas nuevos y más difíciles para sistemas de un solo paso.

Impresión de un solo pase

Los sistemas de impresión de un solo paso, donde los cabezales de impresión permanecen estacionarios en una línea completa a través del rollo textil y el substrato se mueven debajo de ellos de manera continua, permiten un gran aumento en el rendimiento de un sistema de impresión único. Los sistemas de impresión de un solo paso tienen productividades que rivalizan con los sistemas de pantallas rotativas por primera vez, con el compromiso de un costo mucho mayor sobre los sistemas de escaneo.

Un problema potencial con la impresión de un solo paso es el hecho de que no existe la oportunidad de utilizar el entrelazado de múltiples franjas de impresión, como se usa comúnmente en las impresoras de escaneo, para ayudar a enmascarar los defectos de impresión. Otro factor a tener en cuenta es que con la impresión de un solo paso es que no hay oportunidad de realizar limpieza de boquillas durante una ejecución de impresión, un proceso que se usa comúnmente en el escaneo de impresoras para asegurar que todas las boquillas continúen funcionando correctamente. Estos factores significan que la producción de un solo paso de impresión tiene un mayor riesgo de rechazo debido a defectos de impresión, y que las altas velocidades de impresión también significan que estos defectos de impresión pueden extenderse a grandes áreas antes de ser reconocidos.

Por estas razones, la impresión de un solo paso no se ha adoptado ampliamente en la impresión textil de producción, y muchas fábricas textiles eligen agregar productividad a sus fábricas ordenando máquinas de escaneo adicionales en lugar de ir por la ruta de un solo paso. Sin embargo, algunas de las fábricas textiles más grandes han utilizado sistemas de un solo paso con éxito durante varios años, y la introducción de nuevos participantes en este mercado sugiere que los sistemas de un solo paso pueden mostrar una mayor penetración en el mercado a partir de ahora.

Software y electrónica

Otra área importante es el software de impresión que gestiona el sistema de impresión y controla el suministro de datos a los cabezales de impresión. El desarrollo de software potente y fácil de usar es un factor importante en la adopción de impresoras industriales, especialmente en un entorno de producción como una fábrica textil. Una buena interfaz de usuario permite un fácil acceso a los controles más importantes, al tiempo que permite que usuarios calificados realicen cambios más detallados.

Mientras tanto, el ducto de imagen es responsable de convertir un archivo de imagen de entrada en los datos que determinan cuándo se dispara cada boquilla a medida que se imprime la materia textil. Esto implica una serie de pasos, incluida la gestión del color (para garantizar que los colores impresos son los esperados), cribado (para reproducir variaciones tonales continuas de la mejor manera con una matriz de puntos), y división (decidir qué datos enviar a cada cabezal de impresión) dependiendo de la configuración de la impresora). Los sistemas de un solo paso vuelven a exigir mucho de la electrónica y el software para manejar los grandes volúmenes de datos requeridos, y el desarrollo en esta área ha sido crucial para permitir que los sistemas de un solo paso sean exitosos.

Se necesita un software específico para textiles para manejar imágenes de diseños textiles, incluidos diseños de tonos planos y continuos, y archivos de separación. También se requiere la aceptación de una amplia variedad de formatos de archivos de imagen desde diseño CAD y programas de separación de pantallas, manejo de archivos de imágenes grandes, soporte para colores planos y de proceso con conjuntos de colores de proceso expandidos, variaciones de diseños en colores, repetición de imágenes en tiempo real y muchas más funciones. Las funciones de simulación de tramas o retículas unen la brecha entre las telas digitales y serigrafiadas, especialmente si ambas técnicas aún están por usarse. Varios proveedores de software han incorporado funciones útiles para simular y combinar con el tejido de producción impreso, como la resolución de trama / tamaño de malla, la mezcla y sobreimpresión de colores, el atrapamiento de color (trapping) y la incorporación de curvas de gradación para separaciones tonales.

Otra área donde el software tiene un papel que desempeñar es en el reconocimiento automático y la compensación de defectos de impresión. Los sistemas avanzados de visión y análisis tienen el potencial de poder reconocer una amplia variedad de defectos de impresión (gran parte de este trabajo aún depende del ojo humano en muchas aplicaciones de impresión, incluidos los textiles). La automatización del reconocimiento de defectos promete ser más rápida, más objetiva y confiable, al tiempo que permite una respuesta rápida al defecto activando la acción de mantenimiento, reimprimiendo un trabajo e incluso utilizando esquemas de compensación de boquilla donde una boquilla contigua o de respaldo se presiona para reemplazar o esconder una boquilla faltante.

Tintas

Las tintas han mostrado un rápido avance en los últimos años, con mayor desarrollo requerido y se espera que entreguen todas las posibilidades requeridas por las impresoras textiles. Las tintas de colorantes reactivos han mostrado avances en el rendimiento y la confiabilidad del color, mientras que las tintas de sublimación han transformado la manera en que los textiles están decorados para aplicaciones de ropa deportiva y de señalización suave (Soff signage o publicidad en tela). Un área que requiere un mayor desarrollo para aprovechar verdaderamente el potencial de la impresión digital, particularmente en el mobiliario doméstico, es la disponibilidad de tintas pigmentadas con un buen rendimiento de color, tacto y solidez a un costo razonable por metro. Actualmente, esta es una brecha importante en el mercado, pero las empresas de tintas están desarrollando tecnología en esta área, y se espera que en los próximos años se produzcan más avances en el rendimiento y la reducción del costo.

El futuro.

Una serie de factores tecnológicos aún no son importantes en la impresión textil de producción, pero bien pueden serlo en los próximos años, con el potencial de avanzar en la tecnología digital en la producción textil (y de prendas de vestir).

Acabado digital

Acabado digital; el uso de inyección de tinta u otra tecnología para depositar materiales funcionales como parte del proceso de producción, es actualmente un área de interés específico, pero se espera que sea más importante en el futuro. Las empresas e instituciones han demostrado una variedad de materiales con funciones como conductividad, repelencia al agua, bloqueo UV e IR, etc. Existe la posibilidad de crear tejidos y prendas ‘inteligentes’ elaborados que utilizan la capacidad del depósito digital para depositar las funciones solo donde son necesarios, pero esto requiere un replanteamiento de la cadena de suministro textil normal y se encuentra en una etapa temprana de implementación actualmente.

Teñido digital

Otra área que se espera que muestre crecimiento es el teñido digital, utilizando la tecnología de inyección de tinta para colorear textiles de un solo color. Esto es contrario a la intuición, ya que el chorro de tinta es el típico usado (y posiblemente sea el mejor), para crear patrones finos, pero el potencial de esta tecnología es enorme. El teñido es uno de los procesos más dañinos para el medio ambiente en los textiles, que utiliza una gran cantidad de agua por kilo de tejido. Si se puede utilizar la tecnología de inyección de tinta, el ahorro de agua y energía es muy significativo. Las implementaciones actuales de la tecnología de inyección de tinta pueden no ser ideales para esta aplicación, ya que están destinadas a la creación de patrones. Decorar áreas sólidas es una debilidad, ya que expone fácilmente los defectos de impresión que no se notan en los patrones impresos. Además, la capacidad de cobertura total para crear colores sólidos y ricos es limitada.

Nuevas tecnologías de deposición

Tanto el acabado digital como el teñido digital pueden, de hecho, beneficiarse del desarrollo de nuevas tecnologías de deposición. Estos son direccionables digitalmente como inyección de tinta, pero están diseñados para depositar cantidades muchos mayores de material, proporcionando una mayor cobertura y la capacidad de depositar materiales con los que la inyección de tinta tiene problemas (altas viscosidades, materiales corrosivos, partículas grandes, etc.). Empresas como The Technology Partnership, Alchemie Technology y Archipelago Technologies, han mostrado tecnologías de deposición digital dirigidas a aplicaciones de deposición donde la resolución de detalles finos es menos importante, todas basadas en diferentes configuraciones electromecánicas que permiten la eyección de materiales bajo control digital parcial o completo. En el futuro, podremos ver la adopción de estas tecnologías y permitir nuevas incursiones en el mundo de la producción textil, con posibilidades infinitamente emocionantes.

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Fuente: www.wtin.com

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