Ziel der Entwicklung

Für eine zukunftsorientierte Konkurrenzfähigkeit zu alternativen Druckverfahren ist eine effiziente Druckformherstellung im Flexodruck unabdingbar. Dieses Projekt sollte ermitteln, welche aktuell am Markt zur Verfügung stehenden Verfahren und Materialien im 3D-Druck eingesetzt werden können und welche Anwendungsbreite damit im Flexodruck erreicht werden kann.
Die chemischen und mechanischen Eigenschaften, die Verarbeitbarkeit und die Druckqualität der 3D-Druckform sowie die Farbübertragungscharakteristik im Flexodruckprozess standen im Fokus der Untersuchungen. Die Verarbeitbarkeit der 3D-Druck-Materialien beeinflusst nicht nur die späteren Eigenschaften der Druckform, sondern auch die komfortable Bedienung des 3D-Drucksystems und den flexiblen Einsatz des 3D-Drucks in der Praxis.
Das Projekt erstreckte sich über verschiedene 3D-Druckverfahren, die flexible Materialien verarbeiten. Die Materialvielfalt des 3D-Drucks ist mittlerweile sehr groß mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Eigenschaften. Es war notwendig, dass Know-how über Umsetzbarkeit, Handhabung, Problemlösungen im Bereich des 3D-Drucks zur Flexodruckformherstellung zu erarbeiten und den Anwendern zur Verfügung zu stellen. Alternative Konzepte und Potenziale werden damit vorangetrieben, um die Flexibilität und Effizienz zur Druckformherstellung zu fördern.
Dieses Projekt hat den existierenden Forschungsbedarf aufgegriffen, um die zukunftsorientierte Technik des 3D-Drucks als generative Fertigungsmethode rechtzeitig für die Effizienz in der konventionellen Drucktechnik nutzbar zu machen.

Vorteile und Lösungen

Die Flexodruckformherstellung mittels 3D—Druck erlaubt eine flexiblere Prozesskette im Vergleich zur konventionellen Druckformherstellung.
Die Druckergebnisse der 3D-Drucker sollten in diesen Untersuchungen grundsätzlich den Merkmalen von Flexodruckformen entsprechen. Ein Teil dieser Eigenschaften wurde in Untersuchungen ermittelt und gegenübergestellt. Die Parameter des späteren Flexodruckprozesses beeinflussen das Druckergebnis und somit die Druckqualität.
Die messbaren Merkmale wurden unter anderem durch chemische und mechanische Untersuchungen festgestellt. Hierzu gehörten die Shorehärte, Oberflächenbeschaffenheit, Kompressibilität, Quellverhalten, Maßhaltigkeit, Produktionstoleranzen/-schwankungen, Beständigkeit gegenüber Lösemitteln.
Die tatsächliche Verwendung der 3D-Druckformen im Flexodruck konnte mit einer Probedruckmaschine sowie in der Praxis beurteilt werden. Schwankungen der Druckformdicke oder die realisierbare Detailauflösung druckender Elemente wurden durch Reproduzierbarkeitsuntersuchungen ermittelt.
Besonders wichtig bei der Testformkonzeption war die Geometrie der druckenden Elemente. Um den Druckprozess gut bewerten zu können, waren Punkt-, Linien- und Flächenelemente enthalten. Zu Beginn der Konzeption wurden verschiedene Abmessungen und geometrische Elemente genutzt, welche dann 3D-gedruckt und anschließend evaluiert wurden. Die Linienelemente auf der Testform waren vertikal und horizontal angeordnet, um qualitative Auswirkungen auf die Ausrichtung der Elemente untersuchen zu können.
Die Ergebnisse der Drucktests waren sehr vielversprechend. Details können feiner übertragen und Druckergebnisse besser reproduziert werden als erwartet.
Die messtechnische Prüfung und Auswertung der im 3D-Druck hergestellten Testformen, diente dem objektiven Vergleich untereinander und zu konventionellen Flexodruckformen.
Jede Probe wurde mit unterschiedlichen Parametern getestet (Probe, Bedruckstoff und Beistellungen) . Die Druckversuche zeigten, welche 3D-Druckformen mit welchen Parametern die beste Druckqualität umsetzen konnten. Mit dem Material TPU95 (Thermoplastisches Polyurethan, Shorehärte 95A) wurden die besten Ergebnisse erzielt. Bei den messtechnischen Auswertungen zeigte sich, dass mit hohen Druckbeistellungen die beste Qualität erreichbar ist. Mit optimalen 3D-Druckanpassungen und Flexodruckparametern ist eine verhältnismäßig gute Druckqualität mit dem Material TPU möglich.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die gewonnenen Ergebnisse für die Zukunft vielversprechend sind. Die Potenziale des Flexodrucks und des 3D-Drucks sind groß und können voneinander profitieren.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die im Flexodruck druckenden Bildelemente müssen erhaben sein, damit nur diese beim Einfärben Farbe annehmen und die Farbe auf den entsprechenden Bedruckstoff übertragen.
Für jedes Druckprodukt sind eigene Druckformen zu erstellen. Das Flexodruckverfahren kommt vorrangig im Verpackungs- und Etikettendruckbereich zum Einsatz. An der Vielzahl der zum Beispiel im Supermarktregal erkennbaren Produktvariationen ist ersichtlich, dass die Zahl der Druckmotive und damit der Druckformen sehr groß ist. Durch den Trend zu immer mehr Vielfalt bei den Produktvarianten werden zunehmend auch Digitaldruckverfahren bei der Verpackungsherstellung eingesetzt. Zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit des Flexodrucks ist es daher erforderlich, die Effizienz dieses Druckverfahrens zu erhöhen.
Jede Motivänderung bedeutet im Flexodruckverfahren im Bereich Verpackung und Etiketten sieben bis zehn unterschiedliche Druckplatten, da sich das Gesamterzeugnis aus dem Zusammendruck dieser Farben ergibt. Flexodruckplatten sind in aller Regel Einzelstücke, Duplikate werden nur dann erstellt, wenn eine Druckform beschädigt oder verschlissen ist. So stellt die Herstellung von Flexodruckplatten auf konventionellem Wege die Produktion eines Einzelexemplars dar.
An dieser Stelle bietet sich der Einsatz von 3D-Druckverfahren an. Es wird in der Regel immer nur ein Exemplar von jeder Druckplatte benötigt. Gleichzeitig ist zu beachten, dass auf einer Flexodruckmaschine im Zwei-Schicht-Betrieb pro Jahr zirka 5.000 bis 6.000 dieser Unikate benötigt werden. Verpackungs- und Etikettendruckereien sind in Unternehmensverbünden mit großen Standorten zusammengeschlossen. Im Durchschnitt kann von vier Druckmaschinen pro Werk ausgegangen werden, woraus sich ein Bedarf von durchschnittlich etwa 22.000 Druckplatten pro Jahr und Standort ergibt.
Der konventionelle Herstellungsprozess von Flexodruckplatten ist arbeits- und kostenintensiv. Gleichzeitig ist bei der oft externen Produktion der Platten mit erheblichen Vorlaufzeiten zu planen, da die spontane Zulieferung an die Druckerei nicht möglich ist. Dies macht sich negativ bemerkbar, wenn während des Einrichtens oder in der laufenden Produktion auch nur eine der Platten einen Defekt aufweist oder verschlissen ist und ersetzt werden muss. In diesem Fall wird der aktuelle Auftrag aus der Maschine genommen und ein anderer Auftrag gerüstet. Erst nach Zulieferung der fehlenden Platte kann der Auftrag erneut nach einem weiteren Rüstvorgang angedruckt werden. Die Zeit für den Rüstprozess eines Auftrags ist von vielen Faktoren, wie das Druckformat und die Anzahl der verwendeten Druckwerke abhängig. Für einen Auftragswechsel wird eine durchschnittliche Rüstzeit von 2,5 bis 4 Stunden angenommen. Dies ist Produktionsausfallzeit und es ist mit zusätzlicher Makulatur zu rechnen.
Eine vergleichsweise einfache Herstellung, um defekte Druckplatten im 3D-Druck innerhalb der Druckerei zu ersetzen, kann derartige Stillstandszeiten auf nur 1-2 Stunden reduzieren. Zudem ist zu erwarten, dass die Arbeitsgeschwindigkeit der 3D-Drucksysteme in den nächsten Jahren weiter deutlich zunimmt.
Die Kosten konventionell hergestellter Flexodruckplatten sind abhängig vom ausgewählten Herstellungsverfahren und vom erforderlichen Druckformat. Es kann heute von durchschnittlichen Kosten von zirka 60 bis 250 Euro ausgegangen werden. Derzeit ist die Herstellung einer Flexodruckplatte im 3D-Druck noch deutlich teurer.
Allerdings ist aufgrund der weiteren Entwicklung dieser Verfahren, der breiteren Anwendung und anderer Preiskalkulationen bei der Abnahme von Druckplatten in Stückzahlen von mehreren Zehntausend mit einer sehr deutlichen Kosten- und Preisreduzierung für derartige Produkte zu rechnen. Insgesamt ergibt sich damit mittel- bis langfristig die Chance, dass im 3D-Druck hergestellte Flexodruckformen zu einer Kostenreduzierung gegenüber klassischen Verfahren führen, was sich bei dem oben abgeschätzten Plattenbedarf von 22.000 Druckplatten pro Jahr wirtschaftlich stark auswirken wird.
Während des Projektes konnten einige Unternehmen bereits für die neue Technologie interessiert werden. Die Praxispartner haben potentielle Anwendungsbereiche für die im 3D-Druck gefertigten Druckformen erkannt und sind bemüht eine solche Technik bzw. alternativen Workflow für Teile ihrer Druckformherstellung selbst einzusetzen.