Vad är en patronskrivare och hur fungerar Thermal Inkjet (TIJ)?

En patronskrivare är en bläckstråleskrivare som används för industriell märkning av produkter och förpackningar. Med tekniken Thermal Inkjet (TIJ) skrivs information som bäst före-datum, batchnummer, text, streckkoder och QR-koder direkt på materialets yta. Tekniken bygger på utbytbara bläckpatroner där både bläckbehållaren och skrivhuvudet ingår i samma enhet.

Det som kännetecknar en TIJ-skrivare är hur bläckdropparna bildas. Inuti patronens skrivhuvud finns små värmeelement som snabbt värmer upp bläcket och skapar en ångbubbla. Bubblan pressar ut en bläckdroppe genom ett munstycke. Genom att styra vilka munstycken som aktiveras och när dropparna skjuts ut byggs text och koder upp medan produkten passerar skrivhuvudet.

Patronsystem finns i flera utföranden, från kompakta, fristående skrivare till lösningar där en central kontrollenhet styr flera skrivhuvuden. Gemensamt är att märkningens innehåll hanteras elektroniskt och att patronens konstruktion gör det möjligt att byta både bläck och skrivhuvud vid ett patronbyte.

Thermal Inkjet används framför allt när märkningen ställer krav på hög upplösning och tydlig återgivning av små tecken och maskinläsbara koder. För att förstå teknikens möjligheter behöver man också förstå hur patronen är uppbyggd, hur munstyckena arbetar och hur upplösning och bläckegenskaper påverkar utskriften.

Hur är en TIJ-patron uppbyggd?

En TIJ-patron består av en bläckbehållare och ett integrerat skrivhuvud med ett stort antal mikroskopiska munstycken. Det innebär att bläcket och den del av skrivaren som skapar märkningen finns samlade i samma utbytbara enhet. Konstruktionen är en av de viktigaste skillnaderna mellan en patronskrivare och andra typer av industriella bläckstråleskrivare.

Inuti patronen leds bläcket från behållaren till små bläckkammare i skrivhuvudet. Därifrån skjuts dropparna ut genom munstyckena när skrivaren aktiverar dem. Bläcktillförseln behöver fungera kontinuerligt under utskriften eftersom samma munstycke kan aktiveras upprepade gånger när text och koder byggs upp.

Hur länge en patron räcker beror bland annat på hur mycket information som skrivs ut, märkningens storlek och den valda upplösningen.

Hur är skrivhuvudet och munstyckena konstruerade?

Skrivhuvudet sitter i patronens främre del och innehåller ett stort antal mycket små öppningar, så kallade munstycken eller nozzles. Munstyckena är placerade i rader, och det är genom dessa öppningar som bläckdropparna lämnar patronen.

Munstyckenas placering påverkar utskriftens höjd och den möjliga punktplaceringen i höjdled. Tillsammans med hur munstyckena aktiveras medan produkten rör sig avgör konstruktionen hur tätt bläckpunkterna kan placeras och vilken upplösning skrivaren kan uppnå.

Eftersom skrivhuvudet är integrerat i patronen följer munstyckena med när patronen byts. Till skillnad från system där skrivhuvudet sitter kvar i maskinen får skrivaren därmed en ny uppsättning munstycken vid varje patronbyte.

Patronen ansluts till skrivarens styrning genom elektriska kontakter. Via kontakterna överförs signalerna som aktiverar skrivhuvudets värmeelement. För att utskriften ska fungera måste patronen därför sitta korrekt i sin hållare och ha fungerande elektrisk kontakt med systemet.

Den integrerade konstruktionen minskar behovet av underhåll av ett separat, permanent skrivhuvud. Det innebär däremot inte att patronskrivaren är helt underhållsfri, eftersom munstyckena fortfarande behöver hållas i sådant skick att bläcket kan passera och skapa en jämn utskrift.

Hur fungerar Thermal Inkjet-tekniken?

Thermal Inkjet är en värmebaserad bläckstråleteknik där bläckdroppar skapas med hjälp av elektriska impulser och små värmeelement i patronens skrivhuvud.

Tekniken bygger på principen drop-on-demand, vilket innebär att skrivaren endast skjuter ut bläckdroppar när de behövs för att skapa märkningen. I stället för att producera ett kontinuerligt bläckflöde aktiverar skrivaren utvalda munstycken vid bestämda tidpunkter.

Hur bildar bläckdropparna text, siffror och koder?

En TIJ-skrivare bygger upp märkningen av ett stort antal små bläckpunkter. Vilka punkter som ska placeras bestäms av informationen i skrivarens mjukvara.

När produkten passerar skrivhuvudet aktiveras munstyckena i en bestämd ordning. Varje aktivering bidrar med en bläckpunkt, och tillsammans bildar punkterna bokstäver, siffror, streckkoder eller QR-koder.

Om en del av märkningen ska vara tom aktiveras inga munstycken för just den delen. När nästa tecken eller del av en kod ska skrivas ut aktiveras de munstycken som behövs.

Samma skrivhuvud kan därmed användas för olika typer av information. En enkel datumrad kräver ett annat punktmönster än en detaljerad QR-kod, men den tekniska principen är densamma.

Munstyckenas placering påverkar hur hög märkningen kan bli, medan tidpunkten för aktiveringen avgör hur punkterna fördelas i produktens rörelseriktning. För att text och koder ska få rätt proportioner behöver dropparnas placering därför samordnas med produktens rörelse.

Hur styrs utskriften i en TIJ-skrivare?

En TIJ-skrivare styrs av en kontrollenhet som samordnar informationen som ska skrivas ut med produktens rörelse genom produktionslinjen. För att märkningen ska få rätt storlek och placering behöver systemet veta vad som ska skrivas ut, när produkten passerar skrivhuvudet och hur snabbt den rör sig.

I skrivarens mjukvara skapas märkningens innehåll, exempelvis text, bäst före-datum, batchnummer, streckkoder och QR-koder. Informationen kan vara fast eller variabel. Fast information är densamma på varje produkt, medan variabel information kan förändras mellan produktionstillfällen och mellan enskilda produkter.

Kontrollenheten bearbetar utskriftsinformationen och omvandlar den till elektriska impulser som aktiverar rätt munstycken vid rätt tidpunkt. Styrningen kan ske via en separat kontrollenhet eller genom mjukvara på en ansluten dator, beroende på systemets konstruktion.

Hur synkroniseras utskriften med produktens rörelse?

För att bläckpunkterna ska placeras med rätt avstånd måste skrivarens styrning vara anpassad till produktens hastighet. Om skrivaren aktiverar munstyckena utifrån en annan hastighet än den verkliga kan märkningen bli utdragen eller hoptryckt.

Vid konstant produktionshastighet kan hastigheten anges direkt i skrivarens inställningar. När hastigheten varierar kan en pulsgivare, även kallad encoder, användas för att registrera transportbanans rörelse.

Pulsgivaren skickar elektriska pulser till kontrollenheten. När transportbanan rör sig snabbare kommer pulserna tätare, och när hastigheten minskar blir avståndet i tid mellan pulserna större. På så sätt kan skrivaren anpassa munstyckenas aktivering efter rörelsen.

En fotocell kan samtidigt registrera när en produkt passerar en bestämd punkt och skicka en startsignal till skrivaren. Fotocellen talar alltså om att en produkt har passerat, medan pulsgivaren ger information om rörelsen.

Kontrollenheten använder dessa signaler tillsammans med utskriftsinställningarna för att avgöra när märkningen ska påbörjas och hur bläckpunkterna ska fördelas. Därmed kan text och koder placeras med rätt proportioner och på avsedd del av förpackningen.

I patronsystem med flera skrivhuvuden kan kontrollenheten även samordna utskrifterna från de anslutna huvudena, exempelvis när märkning behöver ske på flera positioner.

Vad påverkar utskriftsupplösningen i en TIJ-skrivare?

Utskriftsupplösningen beskriver hur tätt bläckpunkterna placeras när text, siffror och koder skrivs ut. Upplösningen anges i dpi (dots per inch) och har stor betydelse för hur detaljerad bläckmärkning kan bli.

Upplösningen påverkas både av skrivhuvudets konstruktion och av hur skrivaren styr dropparnas placering. Munstyckenas placering i förhållande till varandra har betydelse för punktavståndet i höjdled, medan aktiveringens timing i förhållande till produktens rörelse påverkar punktavståndet i utskriftsriktningen.

En högre upplösning ger fler möjliga punktpositioner inom samma yta. Det gör det lättare att återge små bokstäver, tunna linjer och detaljer i en kod.

Skillnaden blir särskilt tydlig när märkningen innehåller mycket information på en begränsad yta. En stor och enkel datumrad kan vara fullt läsbar med en lägre upplösning, medan små tecken kan kräva tätare punktplacering för att behålla sin form.

Utskriftens skärpa beror däremot inte enbart på dpi. När bläckdroppen träffar materialet bildas en punkt vars utseende påverkas av bläcket och underlagets yta. Om punkterna flyter ut och går ihop kan fina detaljer bli otydliga trots att skrivaren arbetar med hög upplösning.

Hur påverkar upplösningen bläckförbrukningen och kodernas läsbarhet?

När en märkning skrivs ut med högre punktäthet kan fler bläckpunkter användas för att bygga upp samma innehåll. Det ökar normalt bläckförbrukningen och innebär att patronens bläck kan räcka till färre utskrifter.

En tätare punktplacering kan också ge en fylligare märkning. Samtidigt är högsta möjliga upplösning inte automatiskt det bästa valet. Om texten eller koden redan uppfyller kraven på läsbarhet behöver ytterligare punktäthet inte ge någon motsvarande förbättring.

För streckkoder och QR-koder är precisionen särskilt viktig. Kodernas linjer och enskilda delar behöver återges så att de kan läsas av med en scanner eller kamera. När koden skrivs ut i litet format blir kraven på punktplacering och detaljrikedom större.

Inom exempelvis läkemedelsindustrin används variabel bläckmärkning för identifiering och spårbarhet. En förpackning kan förses med en unik kod som kontrolleras av ett kamerasystem och kopplas till information i ett överordnat system. Hur sådana märkningskrav hanteras i praktiken beskrivs närmare i vår artikel Märkning inom läkemedelsindustrin – när varje detalj måste vara rätt.

Då räcker det inte att koden ser tydlig ut för ögat. Den måste också kunna läsas maskinellt och uppfylla de kvalitetskrav som gäller för märkningen. Förutom upplösningen spelar kontrasten mot bakgrunden och hur väl bläckpunkterna återges en viktig roll.

Valet av upplösning handlar därför om att uppnå tillräcklig detaljrikedom och tillförlitlig läsbarhet utan onödig bläckförbrukning.

Vilka bläcktyper används i patronskrivare?

Patronskrivare med Thermal Inkjet-teknik använder olika typer av bläck beroende på vilket material som ska märkas och vilka krav som ställs på utskriften. Skillnaderna handlar bland annat om bläckets sammansättning, hur det fäster på underlaget och hur snabbt det torkar.

Två patroner kan innehålla svart bläck men ändå ha olika egenskaper. Ett bläck som fungerar på papper och kartong behöver inte ge samma resultat på plast eller glas. Därför är det viktigt att skilja mellan bläckets färg och dess tekniska egenskaper.

Vad är skillnaden mellan vattenbaserat och lösningsmedelsbaserat bläck?

Vattenbaserade och lösningsmedelsbaserade bläck skiljer sig framför allt genom vilken vätska som används som bärare för bläckets färgämnen och övriga beståndsdelar.

Vattenbaserat bläck används framför allt på absorberande material, exempelvis papper och kartong. När dropparna träffar ytan kan vätskan tränga in i materialets struktur. Märkningen torkar då genom en kombination av absorption och avdunstning.

På material som inte absorberar vätskan på samma sätt blir förutsättningarna annorlunda. Bläcket kan bli kvar på ytan längre, vilket påverkar både torktid och vidhäftning.

Lösningsmedelsbaserat bläck, ofta kallat solventbaserat bläck, används bland annat på material som plast och glas. När lösningsmedlet avdunstar blir märkningens färgämnen och övriga beståndsdelar kvar på ytan.

Det innebär däremot inte att ett lösningsmedelsbaserat bläck fungerar på alla typer av plast eller glas. Olika material och ytbehandlingar kan kräva olika bläckformuleringar.

Vad är pigmenterat bläck och varför används det vid vit märkning?

Pigmenterat bläck innehåller små fasta färgpartiklar som är fördelade i vätskan. Det skiljer sig från bläck där färgämnet är löst i vätskan.

Pigmentens egenskaper är särskilt viktiga när märkningen ska vara ljus och tydlig på ett mörkt underlag. Ett exempel är vitt bläck som används för att skriva text eller koder på mörkt underlag.

För att den vita märkningen ska synas behöver den ge tillräcklig täckning mot bakgrunden. Pigmenten bidrar till detta genom att sprida och reflektera ljus.

Eftersom pigment består av fasta partiklar kan de sedimentera när patronen står stilla under längre tid. Vissa pigmenterade bläck kan därför behöva blandas eller skakas enligt tillverkarens anvisningar för att pigmenten ska fördelas jämnt.

Bläckets sammansättning påverkar alltså inte bara märkningens utseende, utan även hur patronen behöver hanteras för att ge ett jämnt utskriftsresultat.

Vad är skillnaden mellan TIJ och andra märkningstekniker?

Thermal Inkjet är en av flera tekniker för industriell märkning med variabel information. Andra vanliga alternativ är Continuous Inkjet (CIJ) och Piezo Inkjet (PIJ).

Teknikerna kan användas för liknande uppgifter, exempelvis datum, batchnummer och spårbarhetskoder, men skiljer sig åt i hur märkningen skapas och hur utrustningen är konstruerad.

Vad är skillnaden mellan TIJ och CIJ?

Den grundläggande skillnaden mellan Thermal Inkjet och Continuous Inkjet är hur bläckdropparna skapas och hanteras.

En TIJ-skrivare använder bläckpatroner med integrerade skrivhuvuden. Munstyckena aktiveras när en bläckpunkt ska skrivas ut och varje droppe skapas genom en kort värmeimpuls. Tekniken arbetar därmed enligt principen drop-on-demand.

En CIJ-skrivare arbetar i stället med en kontinuerlig bläckström. Bläcket pumpas genom skrivarens system och lämnar skrivhuvudet som en ström som delas upp i små droppar. Dropparna styrs med elektrisk laddning och elektriska fält så att de som ska bilda märkningen träffar produkten. Bläck som inte används leds tillbaka till systemet.

Det innebär att CIJ behöver ett system för bläckcirkulation, medan TIJ har bläcket samlat i en utbytbar patron.

Konstruktionen påverkar också hur utrustningen underhålls. I ett TIJ-system byts skrivhuvudet tillsammans med patronen. Ett CIJ-system har däremot ett separat bläcksystem och ett skrivhuvud som ingår i den permanenta utrustningen.

TIJ används ofta när märkningen behöver återge små tecken, streckkoder eller QR-koder med hög detaljrikedom. CIJ används bland annat för tydlig märkning av datum och batchnummer i produktionslinjer med hög hastighet.

Det innebär inte att TIJ alltid ger bättre utskriftskvalitet eller att CIJ enbart lämpar sig för enklare text. Resultatet beror på den aktuella skrivarmodellen, märkningens storlek och vilken information som ska återges.

En annan teknisk skillnad gäller avståndet till produkten. TIJ arbetar med små bläckdroppar som normalt behöver färdas en kort och jämn sträcka från munstycket till materialet för att ge god precision. CIJ kan i vissa tillämpningar arbeta med större avstånd mellan skrivhuvud och produkt.

För dig som vill fördjupa sig i CIJ-tekniken finns även vår artikel Varför CIJ är rätt teknik för att märka små tecken.

Vad skiljer Thermal Inkjet från Piezo Inkjet (PIJ)?

Både Thermal Inkjet och Piezo Inkjet kan skapa bläckdroppar vid behov, men använder olika metoder för att skjuta ut dem.

I en TIJ-skrivare används ett värmeelement som bildar en ångbubbla i bläckkammaren. Bubblans expansion pressar ut bläckdroppen genom munstycket.

I en PIJ-skrivare används i stället ett piezoelektriskt element. När elementet påverkas av en elektrisk signal ändrar det form och skapar en tryckförändring i bläckkammaren. Trycket pressar ut en bläckdroppe utan att droppbildningen bygger på uppvärmning.

PIJ-tekniken används bland annat i industriella skrivare för större märkningar och grafik. Beroende på skrivhuvudets konstruktion kan tekniken också ge möjlighet att styra droppstorleken.

En annan skillnad är hur skrivhuvudet och bläckförsörjningen är uppbyggda. I ett vanligt TIJ-patronsystem byts skrivhuvudet tillsammans med patronen, medan PIJ-system ofta har separata skrivhuvuden och bläckförsörjning.

Hos oss på Logimark finns flera lösningar för industriell bläckstrålemärkning för olika märkningsbehov. Vi hjälper dig att hitta en lösning som passar ditt material, dina krav på märkningen och din produktion.

Är du osäker på om Thermal Inkjet är rätt teknik för dig? Kontakta oss så hjälper vi dig vidare.