Projekt 22325/01

CTG – Computer to Glass – Reduktion von Abwässern und Lösemittelemissionen im großflächigen Druck durch ein siebfreies, tonerbasiertes elektrostatisches Druckverfahren

Projektträger

THIEME GmbH & Co. KG
Tullastr. 11
79331 Teningen
Telefon: 07641/583-412

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Siebdruck ist das heute übliche Verfahren zur Bedruckung großer Flächen oder zum Aufbringen strukturierter funktioneller Bereiche auf ebene Oberflächen. Die üblicherweise verwendeten Farben besitzen dabei einen Lösemittelanteil von bis zu 60%, die zum größten Teil verdunsten. Ziel des Projekts CTG - Computer to Glass ist die Entwicklung einer Druckmaschine zum Bedrucken großer, ebener Flächen durch ein lösemittelfreies, tonerbasiertes Druckverfahren. Dieses Druckverfahren soll am Beispiel der einfarbigen Glasbedruckung in den Bereichen Bau- und Architekturglas bzw. KFZ-Verglasungen entwickelt und demonstriert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZu Beginn des Projektes werden die Anfangsspezifikationen und Randbedingungen zur Entwicklung des CTG definiert. Von besonderer Wichtigkeit ist hierbei die Evaluation der zu bedruckenden Glasarten, deren Oberflächenbeschaffenheiten, ihrer Dicken und ihres Temperaturverhaltens. Basierend auf dem Pflichtenheft werden technische Voruntersuchungen der Systemkomponenten durchgeführt. Unterstützt werden diese Arbeiten durch die Simulation und messtechnische Erfassung des Komponentenverhaltens. Nach der Festlegung dieser Randbedingungen ist anschließend die konstruktive Auslegung zur Integration der Komponenten in das Gesamtmaschinenkonzept vorgesehen. Auf der Basis der vorangegangenen Arbeitspakete werden anschließend die Maschinenelemente realisiert. Parallel dazu muss ein geeignetes Steuerungskonzept ausgearbeitet werden, das alle Komponenten des Gesamtsystems umfasst. Nach der Montage der einzelnen Systemmodule zum Gesamtkonzept müssen diese in ihrem Zu-sammenspiel untersucht und ggf. angepasst werden. Nach der Integration der einzelnen Systemmodule zum Gesamtsystem müssen dessen Grundfunktionen überprüft werden. Sofern einzelne Punkte des Pflichtenheftes nicht erfüllt werden, ist die Anpassung und Überarbeitung des Maschinenkonzeptes notwendig. Abschließend ist der Leistungsnachweis gegenüber potentiellen Anwendern vorgesehen.


Ergebnisse und Diskussion

Erreichte Ergebnisse:
Das Ziel der Phase I, Erstellen eines Prototyps und Test des CTG-Verfahrens wurde erreicht, die technische Machbarkeit des lösemittelfreien, tonerbasierten Druckens konnte prinzipiell nachgewiesen werden. Im Einzelnen umfasst dieser Nachweis:
· Die Druckgeschwindigkeit von bis zu 5 m/min auf die entsprechende Arbeitsbreite von 36 Zoll hat sich bestätigt, es konnten ausreichend bzw. gute Druckergebnisse erzielt werden.
· Es wurde nachgewiesen, dass passgenau mit der gleichen Farbe über eine entsprechende Fläche mit dieser Maschine gedruckt werden kann.
· Mit der CTG-Maschine lassen sich Linien von 0,1 mm Breite in guter Qualität darstellen (dies ist mit keramischem Siebdruck so nicht möglich).
· Die Maschine kann innerhalb kürzester Zeit ohne Reinigungsaufwand von Schwarzdruck auf z.B. Weißdruck umgestellt werden.
· Über den geplanten Umfang hinaus wurden Versuche durchgeführt, die unerwartete neue Anwendungsmöglichkeiten eröffneten (Vorraussetzungen für 4-Farb-Rasterdrucke).
Aufgetretene Probleme:.
Hinsichtlich folgender während der Testreihen aufgetretener Probleme besteht noch Entwicklungsbedarf:
· Systemmodul Heizung: Aufheizen der Druckoberfläche noch nicht optimal (Verhältnis Druckgeschwindigkeit - Transfertemperatur; Integration Heizung in die Maschine, Tonerverhalten).
· Problem der Kontamination: Dabei handelt es sich um vagabundierende, herumirrende Tonerteilchen, welche die Glasoberfläche im eigentlich unbedruckten Bereich kontaminieren. Dies kann am Toner liegen oder/und an der Anordnung der Funktionskomponenten.
· Problem der Opazität: In einigen Anwendungsfällen wird durch Einfachbedruckung nicht die erforder-liche Dichte erreicht. Mehrfachbedruckung ist technisch möglich, aber nicht wirtschaftlich.
Lösungsansätze ergeben sich zum einen in der Optimierung der technologischen Parameter (Temperatur, Geschwindigkeit). Zum anderen hat sich gezeigt, dass der Einfluss der Zusammensetzung des Toners einen wesentlichen Einfluss auf das Endergebnis hat. Hier ist neben der Auswertung der eigenen Tests eine wesentlich engere Zusammenarbeit mit den Herstellern der Druckköpfe und der Toner erfor-derlich. Diesbezügliche Ansätze und Kontakte sind vorhanden und müssen ausgebaut werden.
Neue Anwendungsfälle, hauptsächlich im Bereich spezieller Dekordrucke und dem 4-Farb-Druck bieten bereits zum jetzigen Zeitpunkt Möglichkeiten der industriellen Nutzung.
Umweltrelevanz:
Es wurde der Prototyp für ein Verfahren entwickelt und erfolgreich getestet, in welchem keine lösemittelhaltigen Farben und Reinigungsmittel mehr verwendet werden. Allein im Bereich KFZ-Glas wird im herkömmlichen Siebdruck eine VOC-Emissionsmenge von 600 t in Form von Dämpfen geschätzt. Darüber hinausgehend kann das Verfahren auch zur teilweisen Ablösung anderer Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Glas (Sandstrahlen, Ätzen) eingesetzt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, beim brei-ten industriellen Einsatz des CTG-Verfahrens die Umwelt zusätzlich zu entlasten.
Hinsichtlich der Energiebilanz muss der Aufheizprozess des neuen Verfahrens mit dem Trocknungsprozess der herkömmlichen Siebdruckanlagen verglichen werden: zwar besteht wie oben beschrieben noch Optimierungsbedarf hinsichtlich des Energieeintrags für die Aufheizung - aber es kann davon ausgegangen werden, dass der Vergleich zugunsten des neuen Verfahrens ausgehen wird. Im Gegensatz zum nichtgetakteten Trockner wird beim CTG-Verfahren nur bedarfsgesteuert geheizt, also nur aktiv während des Druckvorgangs. Exaktere Angaben hierzu werden nach erfolgreicher Optimierung in Phase II möglich sein.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bereits im Vorentwicklungsstadium wurde das Verfahren auf mehreren Messen (Glastec 2004 und Fakuma 2005) einem breiten Fachpublikum vorgestellt. Die unerwartet große Resonanz, die dieses Verfahren dort gefunden hat lässt hohe Erwartungen an den späteren industriellen Einsatz zu.


Fazit

Die erste Phase des Gesamtprojektes wurde abgeschlossen und bestätigt die Richtigkeit des Ansatzes zur Entwicklung eines lösungsmittelfreien Druckverfahrens für die Bedruckung von Glas. Von entschei-dender Bedeutung für das Erreichen des Zieles des Gesamtprojektes (Phase I und II) sind jedoch weitere FuE-Arbeiten bezüglich der Tonermaterialien und der Feinabstimmung der Systemkomponenten. Des-halb ist es sinnvoll, diese Arbeiten ergänzend in die geplante Phase II des Gesamtprojektes (CTG für Druckbreiten von 2500 mm) zu integrieren.