|
|
"Świat Druku" - miesięcznik
Archiwum
Rok 2005
Wrzesień
Druk cyfrowy - zastosowania w opakowalnictwie
|
Wprowadzenie
Rynek opakowań stanowi ważną część gospodarki. Według niektórych źródeł[1] wzrost obrotów na tym rynku na przestrzeni pięciu lat (od roku 1999 do 2003) wynosił 72,35 miliardów dolarów w ciągu roku. Wydatki na opakowania elastyczne w tym samym okresie wzrosły o 33%.
Znaczącą rolę w przygotowaniu, produkcji i dystrybucji opakowań odgrywa druk cyfrowy. Stosuje się go w dwu dziedzinach: druku etykiet oraz druku bezpośrednio na opakowaniach.
Na świecie są prowadzone liczne prace badawcze i naukowe dotyczące analizy procesów występujących w opakowalnictwie, badań materiałów, marketingu i in. Wyniki tych prac są prezentowane w referatach na corocznych międzynarodowych konferencjach DPP dotyczących druku cyfrowego i jego przemysłowych zastosowań (International Conferences on Digital Production Printing and Industrial Applications) oraz NIP – dotyczących technologii druku cyfrowego (International Conferences on Digital Printing Technologies). W oparciu o referaty z kilku konferencji DPP i NIP został opracowany niniejszy artykuł.
Zasadniczą zmianą w procesie wytwarzania opakowań, jaka nastąpiła w ostatnich latach, jest digitalizacja tego procesu, będąca skutkiem wzrostu komputeryzacji gospodarki, rozwoju sieci lokalnych i Internetu. Zmiana dotyczy zarówno wprowadzenia druku cyfrowego do druku opakowań, jak i komputeryzacji projektowania i innych etapów produkcji opakowań. Digitalizacja umożliwiła nie tylko wprowadzenie nowych systemów wytwarzania opakowań, ale także spowodowała zmiany w dziedzinie marketingu, przebiegu pakowania i dystrybucji opakowanych towarów.
|
Nowe aspekty rynku opakowań
Wprowadzenie nowych technologii cyfrowego druku opakowań i rozpowszechnienie lokalnych i globalnych sieci cyfrowych (LAN i Internet) umożliwiły zredukowanie próbnych cykli nowych produktów i zwiększyły szybkość globalnej dystrybucji towarów oraz umożliwiły wprowadzenie scentralizowanej kontroli procesu pakowania towarów.
Zaznaczyły się nowe aspekty rynku opakowań:
• wzrost roli znaków firmowych (w skali lokalnej i międzynarodowej)
• łączenie się producentów opakowań, ale także użytkowników, w grupy (na przykład stowarzyszenia CPC – consumer-producer companies[9])
• wzrost konkurencji i konieczność jej uwzględniania w produkcji opakowań
• wzrost wymagań klienta co do opakowań
• wzrost wydajności wytwarzania produktów (rzędu 100–300/min [8]), co stymuluje także wzrost szybkości pakowania
• zmiany w realizacji logistyki dystrybucji (często w skali międzynarodowej), ograniczanie lub wręcz eliminowanie magazynowania opakowań.
Wszystkie te aspekty prowadzą do zasadniczych zmian w przygotowaniu, produkcji i dystrybucji opakowań. Cykl życia produktu na rynku skraca się, staje się mniej przewidywalny. Badania marketingowe wskazują, że wynosi on około sześć miesięcy.[9] Oprócz tradycyjnych funkcji konfekcjonowania oraz ochrony towaru opakowanie musi spełniać zasadniczą rolę dekoracyjną oraz reklamowania towaru i producenta. Opakowanie powinno zawierać elementy uatrakcyjniające produkt, wskazujące na jego unikalne cechy, dostosowane do potencjalnych wymagań indywidualnego klienta (na przykład powinno wskazywać, że towar jest odtłuszczony, bezkofeinowy, nie zwiera konserwantów itp.), do aktualnej mody, popularnych wydarzeń, sytuacji w danym regionie (na przykład nawiązywać do aktualnych zdarzeń – festiwalu, popularnej piosenki itd.). Ogólnie – z jednej strony zwiększa się oddziaływanie opakowania na klienta, z drugiej zaś rośnie zróżnicowanie opakowań.
Wymagania te rodzą konieczność stworzenia w nowoczesnym druku opakowań możliwości dokonywania bardzo szybkich zmian szczegółów graficznych, stosowania druku w pełnym kolorze. Jednocześnie zmniejszają się nakłady drukowanych opakowań.
Zaspokojenie tych wymagań jest możliwe przez zastosowanie cyfrowych technologii druku. Zmiany idą w kierunku zmniejszenia kosztów produkcji opakowań, zwiększenia wpływu opakowania na klienta, ogólnie dają znacznie lepsze efekty ekonomiczne.
Jednocześnie nie należy zapominać, że w przypadkach bardzo dużej, masowej produkcji wyrobów opłacalne są w dalszym ciągu tradycyjne technologie druku opakowań, przede wszystkim offsetowa i fleksograficzna.[8] Druk cyfrowy nie eliminuje, ale uzupełnia tradycyjne, analogowe technologie druku opakowań. Jednak wskutek powyższych zmian rynku jego rola ciągle szybko wzrasta.
Drukowanie opakowań jako element opakowalnictwa
Drukowanie opakowań stanowi ważną część procesów opakowalniczych. Według niektórych źródeł [2] ponad 200 miliardów dolarów przeznaczane jest rocznie na druk opakowań. Ze względu na niskie nakłady druku i często zmienne dane używane w druku opakowań ograniczenie tych kosztów jest ważnym aspektem ekonomicznym opakowalnictwa.
Obserwowany jest ciągły wzrost zastosowań druku cyfrowego w dziedzinie opakowań. Druk opakowań realizowany jest na różnych podłożach (papiery, kartony, tworzywa sztuczne) albo bezpośrednio na produkcie. Duży udział w całej produkcji drukowanej mają etykiety umieszczane na towarze (kody identyfikujące towar, naklejki reklamowe lub informacyjne).
Zastosowanie cyfrowej technologii druku natryskowego znacznie ułatwiło drukowanie bezpośrednio na produkcie. Dzięki temu, że jest to druk bezstykowy, bez kontaktu głowicy drukującej z podłożem, na którym nanoszony jest obraz, grubość stosowanego podłoża nie ma zasadniczego wpływu na jakość wydruku. Możliwe jest także stosowanie druku natryskowego na nietypowych materiałach – ceramice, szkle, na dyskach CD i DVD itd.
Druga cyfrowa technologia druku, druk termotransferowy, znajduje szerokie zastosowanie w produkcji etykiet. Wprowadzanie bardzo zróżnicowanych termicznych taśm barwiących (szczególnie szeroko projektowanych i wprowadzanych w Japonii) znacznie ułatwia drukowanie etykiet.
Druk cyfrowy jest bardzo elastyczny, wprowadzanie zmian do drukowanych danych jest w tej technologii bardzo proste i realizowane przy minimalnych nakładach. Koszt wprowadzania zmiennych danych do pliku wejściowego jest bardzo mały. Umożliwia to na przykład w druku opakowań akcesoriów hotelowych proste i szybkie wprowadzanie zmian sezonowych, a stosowanie cyfrowego przekazywania informacji poprzez sieci daje możliwość upowszechnienia zmian praktycznie w tym samym czasie we wszystkich obiektach danej firmy na świecie.
Liczne badania[8,3,1] prowadzą do zgodnego wniosku, że produkcja opakowań musi uwzględniać dwa główne wymagania: z jednej strony zapewniać dobre parametry ekonomiczne (interesy producenta), a z drugiej strony być przystosowana do aktualnych (często zmiennych) wymagań odbiorcy końcowego.
W procesach opakowalniczych można wyróżnić kilka zasadniczych etapów:[3]
• kompletowanie i dostarczenie materiałów do produkcji w odpowiedniej ilości i jakości
• konstruowanie opakowania
• projektowanie graficzne opakowania z użyciem pełnego koloru druku
• drukowanie (w odpowiedniej technologii druku)
• pakowanie towaru (napełnianie opakowania, zawijanie, konfekcjonowanie)
• czynności logistyczne (magazynowanie i dystrybucja opakowanego towaru).
Wykonywanie nadruków na opakowaniach może odbywać się na różnych etapach produkcji opakowania – może być realizowane zupełnie oddzielnie, po czym gotowe opakowania są dostarczane do wyprodukowanego towaru, może być częściowo włączone w proces wytwarzania produktu, lub – co jest najlepszym rozwiązaniem – może być całkowicie zintegrowane z procesem wytwarzania wyrobu. Zastosowanie tego ostatniego wariantu jest bardzo ułatwione po wprowadzeniu cyfrowego druku opakowań.
Typowe dwa warianty powstawania opakowania (tradycyjny i zintegrowany) zilustrowane są na schematach 1 i 2[1].
W tradycyjnym modelu powstawania opakowania trzy podstawowe elementy: projekt opakowania, materiał opakowaniowy i pakowany produkt są dostarczane oddzielnie. Projekt opakowania jest przygotowywany graficznie i funkcjonalnie w oddzielnej fazie, a następnie są tworzone jego pośrednie formy narzucone przez wymogi technologiczne późniejszego procesu druku (na przykład jest wykonywa forma offsetowa do drukowania obrazu na opakowaniu). Równolegle jest dostarczany materiał do druku opakowania (papier, folia). Po druku i obróbce końcowej (na przykład składaniu i sklejaniu wydrukowanego opakowania) jest ono na następnym stanowisku wypełniane produktem, w efekcie czego powstaje gotowy wyrób. Czasem wydrukowane opakowania są jeszcze w pośredniej fazie, przed wypełnieniem produktem, magazynowane. Gotowe opakowane wyroby są przekazywane do magazynu lub przesyłane do hurtowni. Potem następuje dystrybucja towaru do poszczególnych detalicznych przedsiębiorstw handlowych, za których pośrednictwem trafia on do końcowego użytkownika (klienta).
Tradycyjny model produkcji opakowania jest rozbudowany, pracochłonny i wymaga ścisłej synchronizacji poszczególnych etapów realizacji. Magazynowanie opakowań, jak i gotowych wyrobów wymaga określonych nakładów, często, szczególnie przy krótkich, zmiennych seriach opakowań prowadzi ze względu na starzenie się (przy spadku zapotrzebowania) do nieuniknionych strat (nieaktualne opakowania są wycofywane z obiegu). Przy dużym tempie zmian warunków zewnętrznych (zmiana mody, ustanie działania starego bodźca na zapotrzebowanie na dane opakowanie – na przykład nowe wydarzenie na rynku) często powstaje potrzeba zmiany elementu graficznego opakowania i zmagazynowane poprzednio wydrukowane opakowania idą na straty. Wprowadzenie druku cyfrowego daje możliwość zintegrowania procesu druku z produkcją towaru i zastosowanie tak zwanego druku na żądanie[8] – drukowane są opakowania wyłącznie do towarów wyprodukowanych.
Z linii produkcyjnej wychodzi gotowy opakowany produkt. Eliminuje to magazynowanie opakowań i straty na niepotrzebnych opakowaniach. Jednocześnie taki schemat powstawania opakowania eliminuje szereg elementów przygotowania opakowania – pozostają jedynie przygotowanie graficzne, dostarczenie materiału opakowaniowego i produktu. Wszystkie te elementy spotykają się w procesie pakowania, w trakcie którego jest realizowany sam druk opakowania.
Schemat ten może być realizowany z zastosowaniem druku cyfrowego.
W praktyce w zależności od specyficznych cech procesu wytwarzania produktu i samego opakowania granice pomiędzy poszczególnymi etapami przedstawionymi na obu schematach nie są sztywne, zacierają się i sposób postępowania może być modyfikowany.[2,3]
Ważną cechą zastosowania druku cyfrowego jest elastyczność wprowadzania zmian. Jakakolwiek zmiana sytuacji na rynku (na przykład zmiana aktualnych zainteresowań użytkowników powodowana ważnym regionalnym zdarzeniem lub zmianą przepisów prawnych w danym kraju dotyczących oznakowań towaru) powoduje konieczność wprowadzenia – czasem niewielkich – zmian w treści lub formie napisów albo grafiki na opakowaniu. W takim przypadku niewielka zmiana w pliku wejściowym do druku na opakowaniu przy stosowaniu cyfrowych technologii druku wymaga praktycznie bardzo prostych i mało kosztownych zmian programowych i dzięki alternatywnemu systemowi produkcji opakowania może być natychmiastowo wprowadzona do procesu drukowania.
Alternatywny sposób produkcji opakowania w połączeniu z drukiem cyfrowym jest też wykorzystywany w przypadku wprowadzania na rynek nowego produktu, w nowym opakowaniu. Wytwarzana jest wtedy niewielka seria produktu (według niektórych źródeł[2] wynosząca od kilkuset do 1000 sztuk) wykorzystywana do szybkiej promocji towaru. W ten sposób dzięki zastosowaniu druku cyfrowego można tanio i szybko przeprowadzać wstępny marketing nowych produktów.[2,9]
Wielu autorów[3,1,8] zwraca uwagę na fakt, że cykl innowacji procesu produkcji opakowań jest procesem ciągłym, rozwiązanie jednego aktualnego problemu prowadzi do powstawania następnych. Wynika to z ciągle zmieniających się wymagań rynku. Analiza projektowania i realizacji procesu wykonania opakowania w połączeniu z ciągłym ulepszaniem poszczególnych technologii druku opakowań jest słuszna i ciągle aktualna.
Podsumowując można stwierdzić, że zastosowanie cyfrowych technologii druku (przede wszystkim druku natryskowego i termotransferowego) wprowadza szereg nowych pozytywnych cech druku opakowań:
• umożliwia szybkie, elastyczne, zależne od sytuacji na rynku zmiany w produkcji opakowań
• znacznie upraszcza przygotowanie opakowania: elektroniczne pliki wejściowe nie wymagają dalszego przetwarzania (np. wykonywania form offsetowych, odbitek próbnych)
• umożliwia szybkie zmiany w raz przygotowanym opakowaniu, przystosowuje je do małonakładowych druków
• zwiększa szybkość przygotowania opakowania
• daje małe koszty instalacji stanowiska do druku
• daje możliwości łatwej i taniej realizacji prac wykończeniowych druku (na przykład laminowanie, odcinanie arkuszy ze wstęgi może być łatwo realizowane w końcowym etapie drukowania)[4]
• umożliwia stosowanie nowej drogi promowania produktu (szybkie wykonanie nowych opakowań do krótkiej serii promocyjnej) i nowych wydajnych metod marketingu (na przykład szybkie rozprzestrzenienie nowego wzoru opakowania w wielu krajach poprzez internet)[8]
• umożliwia integrację technologii druku opakowania z systemem produkcji opakowania[1]
• powoduje rozwój logistyki (digitalizacja procesów wykończeniowych druku)
• umożliwia wprowadzenie nowych systemów produkcji opakowań z zastosowaniem druku na żądanie POD (Print-On-Demand), co eliminuje konieczność magazynowania opakowań[8]
• eliminuje straty występujące często w druku tradycyjnym, kiedy wydrukowane w dużym nakładzie opakowania zalegają magazyny i stają się (po wprowadzeniu nawet małej zmiany) zupełnie bezużyteczne.
Cyfrowe metody druku, mimo bardzo wielu zalet, nie eliminują metod tradycyjnych, bardziej ekonomicznych przy bardzo dużych nakładach opakowań.
Główne technologie cyfrowego druku opakowań i ich właściwości
W cyfrowym druku opakowań stosowane są dwie główne technologie: natryskowa i termotransferowa. Trzecia technologia – elektrofotograficzna (praktycznie: laserowa) znajduje tu znacznie ograniczone zastosowanie.[8]
Ogólnymi wymaganiami druku opakowań są:
• druk w pełnym kolorze, najczęściej z wykorzystaniem sześciu barw podstawowych (CMYK plus jasna magenta i jasny cyjan), a ostatnio nawet druk bardzo zróżnicowanych stopni czerni (kilka odcieni barw podstawowych szarych i czarnych – tu najczęściej pigmentowy barwnik czarny)
• duża wydajność druku (według wielu autorów: 500 m2 druku w ciągu godziny)
• duża szybkość druku (na przykład około 50 m/min[8])
• zmienna w bardzo szerokim zakresie grubość stosowanych podłoży (na przykład aż do 10 mm przy stosowaniu tektur falistych[2])
• często możliwość drukowania na materiałach nietypowych: ceramice, szkle, metalach
• drukowanie zarówno na arkuszach, jak i na nośniku konfekcjonowanym w rolce, o zróżnicowanych szerokościach
• dobra jakość wydruku (dobra kolorystyka, rozdzielczość druku rzędu 600 dpi).
Podłożami, na których głównie realizowany jest druk opakowań, są papiery i materiały pochodne (kartony, tektura, itp.) folia z tworzywa sztucznego i folia aluminiowa. Procentowy udział poszczególnych materiałów jest według[7] następujący: 54% stanowi papier, 38% – tworzywa sztuczne, 8% – aluminium. Szczególne wymagania stawiane są opakowaniom artykułów spożywczych. Muszą one spełniać ostre wymogi sanitarne, nie mogą wydzielać niekorzystnych zapachów, muszą być odporne na działanie światła i wilgoci.
Bardzo ważnymi materiałami w druku opakowań są barwniki: atramenty w druku natryskowym, termoczułe taśmy barwiące w druku termotransferowym. W wielu przypadkach w druku natryskowym są stosowane atramenty szybko schnące pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (U.V. curing inks). Zastosowanie ich bardzo szybko wzrasta, mimo dość wysokiej ceny komponentów, ze względu na dobre własności barwne, szybkie schnięcie, brak emisji szkodliwych gazów podczas odparowywania rozpuszczalnika. Spełniają one ostre wymaganie dotyczące dużej szybkości schnięcia (na przykład według[8] 3–10 s). Przykładowo udział zastosowań tych atramentów w USA w latach 1999–2004 wzrastał rocznie o około 15% (tablica 1).
Tablica 1 jednocześnie ilustruje znaczną przewagę ilościową zastosowań atramentów rozpuszczalnikowych szybko schnących w druku etykiet.
W ostatnich latach w druku natryskowym (szczególnie w druku czarnych powierzchni) zastosowano atramenty pigmentowe, mające bardzo dobrą odporność na działanie światła i wilgoci.
Termoczułe taśmy barwiące są produkowane w bardzo wielu odmianach. Przy druku barwnym efektywność ich wykorzystania jest bardzo mała (na jeden arkusz drukowanego opakowania przypada tyle arkuszy taśmy, z ilu barw podstawowych tworzony jest drukowany obraz, a wykorzystanie powierzchni jednego arkusza zwykle nie przekracza dziesięciu procent. Reszta taśmy jest tracona. Mimo tego koszty druku termotransferowego są niższe niż natryskowego. Ważnym jest także fakt, że druk termotransferowy nie wymaga tak starannego doboru własności zestawu barwnik – papier, jak to ma miejsce w druku natryskowym. Druk natryskowy ma jednak tę przewagę, że nie jest drukiem stykowym i można go stosować bezpośrednio na produktach, a niekoniecznie na papierze.
Ogólnie koszt materiałów eksploatacyjnych w cyfrowym druku opakowań stanowi znaczną część kosztów całkowitych.
Podsumowanie
Ogólnie można stwierdzić, że druk cyfrowy jest nowoczesną technologią w druku opakowań, ma szereg zalet zarówno bezpośrednio wpływających na parametry techniczne druku, jak i na możliwości organizacji produkcji opakowań i jej efekty ekonomiczne. Uzupełnia on i często wypiera tradycyjne analogowe technologie druku.
Literatura
1. K-J. Stol, Opportunities for Digital printing in packaging, DPP 2001, s. 152–154.
2. R. Zioni, Corrugated Packaging &Displays – The Opportunity for Industrial Digital Printing, DPP 2003, s. 166–167.
3. B. Dielemans, Pre-production of Printed Packaging Samples, DPP 2001, s. 156–160.
4. F. Jacobs, Digital Printing Applications for Packaging and Labels, DPP 2003, s. 168–169.
5. D.J. Harrison, Industrial Applications of Thermal Transfer Printing, DPP 2001, s. 201–202.
6. D.J. Harrison, P. Geddes, New Developments in Thermal Transfer Imaging, NIP17 2001, s. 508–510.
7. L. Depres L, W. Beeck, K. Rosenberger, Digital Production Printing with UV-Curable Dry Toners for Paper and Flexible Packaging, NIP19 2003, s. 486–491.
8. H.M. Dante, G. Karles, Development of an Inline Digital Printing System for Industrial Packaging Applications, DPP 2001, s. 145–149.
9. K. Moncarey, G. Hole, Benefits for Packaging and Labels Through Digital Printing, DPP 2003, s. 164–165.
10. C.T. Ashley, Emerging Applications for Inkjet Technology, NIP 2002, s. 540–542.
11. N. Caiger, Development of UV-Curing Inks for Food Packaging Applications, NIP19 2003, s. 261–264.
12. N. Caiger, Industrial Application of UV-Curing Jet Inks, DPP 2001, s. 161–164.
dr inż. Ludwik Buczyński
Instytut Mikromechaniki i Fotoniki
Politechnika Warszawska
|
|
|
|
