Industrial Revolution with Inkjet !

Xaar社は、2016年に初めて発表された 1003の直接の代替品で、720dpiの解像度で最大100mpmのプリント速度が可能な新しいプリントヘッド「Nitrox」を発表しました。

Nitroxは、1003と同じ Hybrid Side Shooterアーキテクチャを採用し、物理的なサイズは同じで、プリント幅は 70mm、ノズル数は 360dpiで 1,000個となっています。しかし、Nitroxの大きな利点は、Xaar社のチーフプロダクトアーキテクトであるマイケル・ウォルシュ氏が説明するように、Xaar社がエレクトロニクスをアップグレードしたことにあります。Xaar社のチーフプロダクトアーキテクトである Michael Walsh氏は次のように説明します。「画像のデータレートを上げ、プリントヘッドに送られる画像の周波数を上げました。それに加えて、波形の生成方法を改善し、より高い周波数にアクセスできるような新しい波形開発プロセスを開発しました。」

「高い周波数にアクセスするためには、新しいヘッドパーソナリティカード、HPC6が必要です。」とWalsh氏は付け加えます。「また、波形も必要になるので、プリントヘッド、インク、HPCに合わせた新しい波形が必要になります。もちろん、OEMやサードパーティ向けに電子機器のパックを用意しており、高周波へのアクセス方法についてガイダンスを提供しています。

まず、セラミックタイルの装飾に使われるような油性インクに適した Nitrox Coreがあります。次に、ガラスの印刷に使われる可溶性塩やフリット、溶剤など、より厳しい条件の液体に対応する Proバージョン。最上位機種の Eliteは、これらすべての液剤に加えて、コーティング用のUV硬化型液剤や、3Dアプリケーションやディスプレイグラフィックス、ラベル印刷ソリューションを含むデコレーション用の液剤にも対応しています。

これらの 3機種はいずれも 6、12、40plの液滴を生成することができますが、駆動周波数が異なるため、印刷速度も異なります。小さい液滴サイズでは Coreと Eliteが 36kHz、6および 12plの液滴サイズでは Eliteが 4 8kHz、40plの液滴サイズではすべてのバージョンが 24kHzとなっています。注目すべきは、6plの液滴を 48kHzで動作させた Elite版が最も正確なドット配置を実現していることです。」

ウォルシュはこう説明します。「48kHzにアクセスすることで、いくつかのことができるようになりました。48khzの波形を使用して 720dpiで直線方向に印刷すると、ウェブ印刷の重要な目標の 1つである 100mpmまで達成することができます。

2つ目は、ワイドフォーマットのグラフィックなどの印刷とスキャンが可能なプリントヘッドで、スキャン方向で最大 1.7m/秒の速度でマシンを動作させることができます。私たちが求めていたアプリケーションは、主にグラフィックで、シングルパスラベルで 100mpmを達成し、大判グラフィックではキャリッジスピードを 1.7m/秒にすることでした」。

アライメントと均一性

新しい Nitroxは、アライメントと均一性に関する Xaar社の最新機能の恩恵も受けており、統合や現場での交換が非常に容易になっています。これには、ノズル間の均一性を高める「チューンドアクチュエーターマニュファクチャリング」が含まれます。また、Nitroxには AcuChpが搭載されており、個々のヘッドや複数のヘッド間の色の均一性が向上しています。

ウォルシュはこう付け加えます。「私たちは、モデル 2002で非常にうまくやっており、ドロップイン、プラグアンドプリント機能について多くの肯定的なフィードバックがあったので、それを活用したいと思い、Xaar Nitroxでまったく同じ機能を引き出し、すべてを強化しました。 データムから最初のノズル、最初から最後のノズル、インクジェットからの回転アライメント、機械的構造にあるすべてのものがドロップイン可能になり、調整されたアクチュエーターとともに均一な色調のAcuChpが得られます。それが TAM機能です。」

Nitroxの高速化に必要な電子機器のアップグレードがなくても、Nitroxは既存のプリンターの 1003の代わりにドロップインで使用でき、均一性が向上するという利点があることは注目に値するでしょう。

高粘度液体

Nitroxはもちろん、Xaar社の Through Flow TF再循環方式を採用しており、プリントヘッドのノズル背面を直接通過する液体の流れを一定に保ち、高流量で沈殿やノズルの詰まりを防ぐことで信頼性を高めています。この技術は、Xaar社のもう一つの独自技術であるハイレイダウン技術と組み合わせて使用されます。ハイレイダウン技術は、1回のパスで大量の液体を付着させることができ、高濃度のワニスや触覚効果などに役立ちます。

この 2つの技術により、非常に高粘度の流体を使用することができると Walsh氏は説明します。「Xaarのアーキテクチャと Through Flowにより、非常に高い粘度を実現することができました。シェアードウォール*では 60センチポイズ程度まで可能で、ハイレイダウンを使えば 100cpまで可能です。ノーマルは 10〜12cp程度なので、10cpからずっといけるわけです。ほとんどの製品は市場に応じてグレード分けされており、グラフィックでは約 12cp、セラミックでは約 18cp、3Dに移行すると約 40〜50cpの高粘度の流体が必要になりますが、シェアードウォールを使えば 60cpまでの範囲を扱うことができ、さらにハイレイダウンを使えば 100cpまで高めることができます。

このことは、Xaar社のプリントヘッド事業のゼネラルマネージャーである Graham Tweedale氏が説明するように、これらのプリントヘッドが扱えるアプリケーションに直接的な影響を与えます。「非常に高い粘度に対応できることで、流体やインクを開発する際の化学的な考え方が大きく変わることが分かっています。先進的な製造業、特に 3Dにおいては、モノマーが少なく、流体内の分子がより複雑な流体を開発できるため、材料のクロスリンクが向上し、先進的なアプリケーション、特に 3Dプリントにおいては、より強固なパーツを得ることができます。また、従来のグラフィックインクでは、インクに多くの顔料を入れることができるため、粘度が高くなり、色域を広げることができます。」

さらに彼はこうも言います。「白をシングルパスで表現できること、マルチパスで表現する必要がないことに、人々が大きな関心を寄せていることがわかりました。なぜなら、2つのパスを交換するとインクのコストが高くなるかもしれませんが、シングルパスにはいくつかの利点があるからです。」

Tweedale氏は続けます。「多くの3Dプリンタメーカーや材料メーカーが、この機能によって使用可能な材料の範囲が広がり、3Dでのさまざまなアプリケーションが可能になることに注目しています。なぜなら、実際の課題の一つは、単に形状を印刷して寸法を正確に再現することではなく、適切な機械的特性と耐薬品性を備えているかどうかということだからです。」

高粘度の液体を扱う場合、プリントヘッドに液体を供給するためのインクシステムにも課題があります。ウォルシュはこう説明します。「当社には、Hydraと Midasという 2つのインクシステムがあります。Hydraは約 45〜50℃まで対応しているので、40〜50cpの標準的な UVインクを約45℃の噴射温度まで下げて12cpにすることができます。」

「さらに高度な液剤の場合は、1,500～2,000cpからスタートするので、粘度を下げるために加熱し、その場合は 50～60℃まで加熱して粘度を 60～100cpに下げようとします。つまり、通常の温度である 45～50ºCを超えて、60～65ºCまで上昇させて、適切な噴射粘度を得ることができるインクシステムが必要なのです。」

Tweedale氏は付け加えます。「インクシステムをヘッドから遠隔操作で加熱するのが適切なアプリケーションもありますが、ヘッド内での加熱が興味深いものもあり、ロードマップでは、ノズルプレートの後ろのチャネル、つまり焼成室で直接加熱することを検討しています。この開発には 2～3年かかると予想しています。それほど遠い話ではありません。もっと複雑な開発もあるので時間がかかるかもしれませんが、それは比較的近い将来の話です」

プリントヘッドの構造と TF（Through Flow）テクノロジーのさらなる利点は、垂直または水平モードを含む複数の方向にプリントできることであり、加速および減速するロボットアームによって位置決めされた状態でもプリントが可能であり、これらはすべて、いくつかの産業用途に役立ちます。

Nitroxは既に発売中されています。Tweedale氏によると、すでにダイレクト・トゥ・シェイプの用途で注文が入っているとのことです。「製品発表後、短期間で 40件以上の注文がありました。その内容は、直接成形だけでなく、先進的な製造や 3Dプリントなど、さまざまな分野にわたっています。価格については、当然のことながら言及しませんが、次のように述べています。「さまざまなバリエーションと異なるアプリケーションがありますが、大きな変化はありません」と述べています。

Nitroxは、Xaarが重要な 100mpmのスピードに到達できる競争力のあるヘッドを手に入れた、重要な開発であると言ってもいいと思います。他のメーカーからも高解像度のプリントヘッドが発売されていますが、多くのアプリケーションでは、より高粘度の液体を流すことができるかどうかが重要になってきます。詳細は xaar.com を参照してください。

*インク室を構成する壁は、隣接するインク室と共有されており、隣接するチャネルを独立して発射するために屈曲することができるプリントヘッドの構造を指します。

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