Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Alle Düsen im Blick: Neue Ansätze für die Inkjet-Prozessentwicklung und -überwachung
In Kürze
Wie wird Inkjet zur zuverlässigen Produktionstechnologie? Gemeinsam mit der droptical GmbH und der Quantica GmbH entwickelt das Fraunhofer IPA Ansätze zur Prozessentwicklung und Inline-Überwachung für industrielle Anwendungen.
Im Detail
Der industrielle Einsatz von Inkjet-Technologien erfordert stabile Prozesse und eine zuverlässige Qualitätsüberwachung. Anders als bei grafischen Druckanwendungen geht es im funktionalen Inkjetdruck nicht nur um ein Druckbild, sondern um die gezielte Verarbeitung von Materialien wie Lacken, Klebstoffen, Beschichtungen oder Elektronikmaterialien. Fällt eine Düse aus oder verändert sich die Tropfenbildung, kann dies direkt die Funktion des gedruckten Produkts beeinträchtigen.
Entwicklung von Dropwatching und Inline-Überwachungssystemen
Gemeinsam mit der droptical GmbH und der Quantica GmbH arbeitet das Fraunhofer IPA im Rahmen eines ZIM-Projekts an zwei ergänzenden Entwicklungsrichtungen. Zum einen wird Dropwatching als Werkzeug für die Prozessentwicklung genutzt. Dabei werden einzelne Tropfen sichtbar gemacht und analysiert, um neue Materialien zu qualifizieren, Druckparameter zu bewerten und Fehlerursachen wie instabile Tropfenbildung oder Lufteinschlüsse besser zu verstehen.
Zum anderen entsteht ein kompaktes System zur Inline-Überwachung direkt am Druckkopf. Ziel ist es, künftig nicht nur einzelne Düsen im Labor zu betrachten, sondern alle Düsen während des Druckprozesses zu überwachen. Das wäre ein wichtiger Schritt, um Inkjetprozesse auch in der Produktion zuverlässig abzusichern.
Die Quantica GmbH entwickelt hierfür ihre Druckkopfplattform für hochviskose Materialien weiter. Dabei geht es um eine robuste Druckkopfarchitektur, ein geeignetes Düsenlayout und die Verarbeitung neuer Materialklassen. Die droptical GmbH bringt miniaturisierte Kamera- und Optiksysteme ein, die eine Integration im engen Bauraum am Druckkopf ermöglichen. Das Fraunhofer IPA übernimmt Prozessentwicklung, Fluidik Auslegung, Integration neuer Sensorik im Fluidsystem sowie Aufbau und Testing im Labor.
Laborsetup
Im Aufbau befindlicher Prototyp für ein Inline-Integration
Prozessentwicklung und Systemintegration am Fraunhofer IPA
Das Fraunhofer IPA entwickelt die prozesstechnischen Grundlagen, um neue Materialien stabil per Inkjet zu verarbeiten. Dazu gehören die Auslegung der Fluidik, die Materialqualifizierung und die Analyse der Tropfenbildung. Ein Schwerpunkt liegt auf Sensorik im Fluidsystem. Sie soll kritische Zustände wie Lufteinschlüsse, Druckschwankungen, instabile Volumenströme oder Veränderungen des Materials frühzeitig erkennen, bevor sie die Tropfenbildung und damit die Druckqualität beeinflussen.
Die Sensordaten werden mit Dropwatching-Aufnahmen und weiteren Prozessdaten verknüpft. So entsteht ein besseres Verständnis dafür, wie Fluidik, Druckkopf und Material zusammenwirken. Parallel dazu entwickelt und validiert das Fraunhofer IPA robuste Prozessfenster für hochviskose und funktionale Materialien.
Langfristig sollen die entwickelten Konzepte helfen, Prozessfehler früher zu erkennen, Ausschuss zu reduzieren und neue Materialsysteme vom Lack bis zum Klebstoff für industrielle Inkjet-Anwendungen nutzbar zu machen.
Einblicke ins Projekt
»Unsere Technologie wurde ursprünglich für die optische Überwachung von Dispensing-Prozessen entwickelt. Das gemeinsame Projekt ermöglicht uns, dieses Know-how auf die Anforderungen des Inkjetdrucks zu übertragen und ein neues Marktsegment zu erschließen. Die enge Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IPA und der Quantica GmbH ermöglicht es uns, diese Konzepte unter realen Prozessbedingungen zu entwickeln und zu validieren.«
Matthias Leininger, Geschäftsführer und CTO der droptical GmbH
Der Inkjet-Prüfstand am Fraunhofer IPA liefert per Software Parameter für einen langzeitstabilen Tropfenausstoß und erkennt ausgefallene Düsen (links). Im ZIM-Projekt entwickelt Droptical auf dieser Basis ein Multikamerasystem, das alle Düsen des Druckkopfs (Quantica NovaJet) über die gesamte Druckkopfbreite überwachen kann (rechts).