Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Vorhersagemodells zur Substrat-Dimensionsstabilität im Inkjetdruck

Forschungsziel

Das Vorhaben befasst sich mit der Entwicklung und Anpassung von Messtechnik zur Untersuchung der Auswirkung von wässriger Inkjettechnologie auf die Dimensionsstabilität verschiedener Papiersubstrate. Dabei ist die zeitnahe und schnelle Erfassung der Dimensionsänderungen durch entsprechende Messtechnik und die Untersuchung von Substratparametern auf die letztliche Veränderung im Inkjetprozess von Interessen. Im Ergebnis soll auf Basis der Daten ein Vorhersagemodell zur Weiterverarbeitbarkeit der Substrate entstehen.

Lösungsweg

Zur Realisierung des Projekts werden verschiedene Papiere ausgewählt und charakterisiert. Aus vorhandener Messtechnik wird durch bauliche Anpassung und Weiterentwicklung der Software ein Messverfahren zur schnellen und direkt an den Inkjetprozess anschließenden Bewertung der Gestalt der Papiere geschaffen. Nach umfassender Untersuchung der Substrate und Vergleich mit einer großtechnischen Anlage wird ein Vorhersagemodell zur Weiterverarbeitbarkeit entwickelt.

Angestrebte Ergebnisse

Neben zur Beurteilung der Dimensionsänderung geeigneten Messverfahren werden außerdem Zusammenhänge zwischen bestimmten Substratparameter und der Dimensionsänderung und somit der Weiterverarbeitbarkeit aufgedeckt. Schließlich soll ein Vorhersagemodell entwickelt werden.

Nutzen für KMU

Durch die Entwicklung eines universell einsetzbaren Messverfahrens ist eine objektive Bewertung der Papiersubstrate möglich. Für Druckereien kann durch das Vorhersagemodell eine Vermeidung von Fehlproduktion zur Einsparung von Kosten und zur Generierung eines Wettbewerbsvorteils führen.

Transfer

Ein Tätigkeitsfeld der PTS umfasst die Weiterbildung und Beratung von Mitarbeitern der KMUs. Gewonnene Erkenntnisse werden auf der Website der PTS abrufbar sein und der Kenntnistransfer durch Berichte und Veröffentlichungen gefördert.

Ergebniszusammenfassung:

Auf Basis der Projektergebnisse kann das Substratverhalten bezüglich der Dimensionsstabilität in x-y- und z-Richtung vorhergesagt werden.

Damit lassen sich zu erwartende Auswirkungen auf die Weiterverarbeitung von Druckprodukten, insbesondere auf die Lage des Druckbildes zur äußeren Kontur ableiten bzw. durch Eingriffe in den Prozess oder geeignete Materialauswahl vermeiden.

Es konnte gezeigt werden, dass die Wölbung und Dimensionsänderung in der Ebene eine starke Korrelation mit dem Feuchtigkeitseintrag aufweisen. Die Veränderung der Dimension war in allen drei Raumrichtungen anteilig von der flächenbezogenen Masse abhängig. Nach dem Feuchtigkeitseintrag (Inkjettinte) wurde ein stark dynamisches Verformungsverhalten der freiliegenden Muster in z-Richtung beobachtet. Die Verformung war teilweise reversibel.

Es wurde aus den vorhandenen Daten eine umfangreiche Korrelationsanalyse durchgeführt und Regressionsmodelle gebildet.

Die Wölbungsstärke korrelierte dabei sehr gut mit der flächenbezogenen Masse, dem E-Modul und Tensile Strength Index (TSI) der Papiersubstrate und war stark abhängig von der aufgetragenen Flüssigkeitsmenge. Die Dimensionsänderung in x-y-Richtung fällt umso stärker aus, je höher der Tintenauftrag ist. Bei hohem Farbauftrag, wie es im Vierfarben-Druck und vollflächigem Druck je nach Layout der Fall ist, kommt es teilweise zu beachtlichen Dimensionsänderungen. Durch die gezielte Anpassung des Bildaufbaus und Farbseparationen kann die Flüssigkeitsmenge und damit die Dimensionsänderung beeinflusst werden.

Es wurde darüber hinaus festgestellt, dass die Zusammensetzung der Tinte einen deutlichen Einfluss auf die Dimensionsänderung der Substrate hat. Damit ergibt sich ein Forschungsbedarf in Zusammenarbeit mit den Tintenherstellern. Dabei wäre eine spezielle Anpassung der Tinten auf bestimmte Substrateigenschaften das Ziel.

Weiterhin ist es von Vorteil, eine geeignete Substratklasse für den wasserbasierten Inkjetdruck auszuwählen.