Digitaldruck

Grafischer Digitaldruck

Dieser Bereich umfasst alle Anwendungen, in denen Seitendokumente und andere typografisch gestaltete Dateien mit Pixelbildern, Vektorgrafiken und Text gedruckt werden:

• Desktop- und Netzwerkdruck in Büros und Unternehmen
• Transaktionsdruck und Transpromo in Hausdruckereien von Behörden, Finanzinstituten und Unternehmen
• Zeitungs-, Fach- und Publikumszeitschriftendruck in gewerblichen Druckdienstleistungsbetrieben und Verlagsdruckereien
• Außen- und Innenwerbungsdruck (Plakate, Schilder, Paneele, Messestände) – als Ergänzung der konventionellen Verfahren Offset- und Siebdruck in gewerblichen Druckdienstleistungsbetrieben
• fotorealistische Bildwiedergaben (Fotobücher und -kalender, Poster und Kunstreproduktionen) – als Ergänzung des konventionellen Offsetdrucks in gewerblichen Druckdienstleistungsbetrieben
• „digitaler Verpackungsdruck“, vor allem Faltschachteln und Folienbeutel sowie Etiketten – als Ergänzung der konventionellen Massendruckverfahren Offset-, Flexo- und Tiefdruck in spezialisierten Verpackungsdruckereien

Funktionaler Digitaldruck

In diesem Bereich dient das digitale Druckbild nicht der visuellen Kommunikation des Inhalts, sondern es erfüllt rein technische Aufgaben.

• gedruckte organische Elektronik, z. B. OLED, leitfähige Antennen für Transponder und MICR-Eindrucke – als Alternative zum Siebdruck
• Funktionslackierungen mit lackartigen farblosen Tonern oder Tinten als Alternative
  • zu verschiedenen Veredelungstechnologien, die z. B. das Druckbild schützen oder die Gleitfähigkeit des Druckprodukts erhöhen oder verringern oder die unbeschadete Benetzbarkeit des Druckbildes mit Wasser oder Schweiß ermöglichen
  • zum Tampondruck sowie zu Klebeapplikationen auf Formteile und Hohlkörper, wobei der robotergestützte Digitaldruck auch unregelmäßige Oberflächenformen, vor allem sogenannte Freiformflächen, problemlos bedrucken kann.

Industrieller Digitaldruck

Wie schon einige konventionelle Druckverfahren kann auch der Digitaldruck in die industrielle Fertigung von Gütern und Bauteilen aller Art integriert werden.

• Bedruckung von geformten Objekten und Hohlkörpern im Tintenstrahldruck – als Alternative zum Sieb- und Tampondruck, neuerdings auch mit Hilfe von Druckköpfen an Roboterarmen mit allen nötigen Freiheitsgraden
• Dekordruck (Tapeten, Furniere) im Tintenstrahldruck – als Ergänzung zum Tief- und Flexodruck
• Textildruck (sowohl Bedruckung von Stoffbahnen als auch einzelnen Bekleidungsstücken) im Tintenstrahl- und Thermosublimationsdruck – als Alternative zum Sieb- und Flexodruck
• Druckformherstellung für andere Druckverfahren: Tintenstrahlbedruckung mit den farbführenden Kopierschichtpartien auf Offsetdruckplatten (Computer-to-Plate-Positivbebilderung) und mit den deckenden Schablonenpartien auf Siebgewebe (Computer-to-Screen)

Bei eher handwerklichen Aufgaben, z. B. in den Bereichen Fahrzeugdekoration und Innenarchitektur, werden Objektflächen direkt bedruckt, u. a. in den Verfahren Digital Airbrush und Frescografie.

Konfektionierung der Medien

• Anlieferung als Rollenware für den digitalen Rollendruck:
  • für Bedruckung Rolle-zu-Rolle (reel-to-reel), d. h. die bedruckte Bahn wird wiederaufgewickelt, wobei die Wiederaufrollung (winder) arbeitsorganisatorisch als Puffer fungiert
  • für Bedruckung Rolle-zu-Bogen (reel-to-sheet), d. h. die bedruckte Bahn wird in Einzelexemplare geschnitten, um diese auf einem Bogenstapel abzulegen
  • für Bedruckung Bahnrolle-zu-Exemplarrolle (aufgewickelte Exemplare im großformatigen Großformatdruck)
  • für Bedruckung und Inline-Weiterverarbeitung Rolle-zu-Endprodukt (reel-to-product)
• Anlieferung als Bogenware für den digitalen Bogendruck:
  • für Bedruckung Stapel-zu-Stapel (pile-to-pile)
  • für Bedruckung und Inline-Weiterverarbeitung Bogen-zu-Endprodukt (sheet-to-product)
• Anlieferung als zickzackgefaltete Materialbahn mit abtrennbarer Traktor-Randperforation für die digitale Bedruckung Endlosstapel-zu-Endlosstapel (continuous stationary); vorwiegend für Formularsätze mit Selbstdurchschreibefunktion und Haftetiketten

Flexibilität und Oberflächenform

• digitale Bedruckung flexibler Materialien:
  • Papier, Folien und Textilbahnen
  • Kuverts und Packstoffe (inkl. Wellpappe)
• digitale Direktbedruckung starrer Objekte:
  • flache Oberflächen (dabei können mit Printtexturen auch Materialanmutungen wie Stein, Leder, Holz und Textilien simuliert werden)
    • Plastikkarten und Datenträger (CDs, DVDs)
    • Fenster- und Vitrinenglas, Schilder und Paneele aus Kunststoff, Metall und Holz
    • Keramik (Fliesen, Kacheln)
    • Warendisplays, Transport- und Versandverpackungen (meistens aus Wellpappe)
    • straff eingespannte Textilien (T-Shirts, Kleider)
  • gewölbte Oberflächen, auch mit roboterintegrierten Druckkopf-Anwendungen
    • Körperdruck
      • Behältnisse, Verschlüsse, Gläser, Tassen und sonstige Hohlkörper
      • Gebrauchs- und Werbeartikel aller Art
      • Sportartikel (Bälle, Schläger, Helme) und Spielzeug
      • drehbar fixierte Bekleidungsstücke (Schirmmützen, Schuhe)
    • Komponentendruck
      • Armaturenbretter, Ziffernblätter
      • mit Piktogrammen und Text beschriftete Bedienelemente, z. B. Computer-Tastaturen
• digitale Direktbedruckung von Wänden unter Verwendung portabler Druckgestelle, in denen ein Druckkopf bei zeilenweisem Vorschub hin und her fährt

Bogenformat, Rollen- bzw. Maschinenbreite

• digitaler Bogendruck in den Formaten A4, A3, A3+ und B3:
  • im Desktop-, Büro- und Netzwerkdruck
  • im Broschürendruck (oft mit Inline-Verarbeitung mittels Sorter, Heft- oder Bindeeinrichtung)
• digitaler Bogendruck in den Formaten B2 und B1 (entspricht ungefähr dem Druckmaschinenformat 3b):
  • für hochqualitative Produkte
    • Fotobücher und Fotokalender, Bildbände und Illustrierte
    • farbverbindliche Prüfdrucke
    • Vorabexemplare, Muster- und Modellunikate (Mock-ups)
    • Hybrid- und Komplementärdrucke im Poster-, Publikations- und Verpackungsdruck
  • für layoutverbindliche Prüfdrucke
• digitaler Schmalbahndruck:
  • für Transaktions- und Formulardruck
  • für flexible Verpackungen und Etiketten (Haft-, Nassklebe- und In-Mould-Etiketten)
• digitaler Normalbahndruck:
  • für den Zeitschriften- und Zeitungsdruck
  • für den Bücherdruck mit geschlitzten Strängen (Umschläge werden oft separat gedruckt)
• Großformatdruck (Large/Wide Format Printing, LFP, WFP) bis zu 5 m Bahnbreite:
  • für Poster, Kunstdrucke und Plakate, auch auf Leinen (Canvas)
  • für Fahnen, Textil- und PVC-Banner, netzartigen Geweben (Mesh), Gerüstverhüllungen und Ballonhüllen
  • für Groß- und endlose Rapportdekore (Furniere, Tapeten)
  • für Translights – in Film- und TV-Studios verwendete Hintergründe, die meist durch Fenster betrachtete Stadt- und Straßenkulissen darstellen und mit Be- und Durchleuchtungseffekten die Tages- oder Jahreszeiten simulieren
• digitaler Direktdruck auf Objekte je nach deren Größenordnung (siehe digitale Direktbedruckung starrer Objekte), in der Regel im Tintenstrahldruckverfahren

Bedruckbarkeit

Nicht alle Bedruckstoffe lassen sich in allen Digitaldruckverfahren problemlos bedrucken. Die Bedruckbarkeit des Mediums hängt einerseits von seinen Oberflächeneigenschaften und andererseits vom Druckverfahren und der dabei verwendbaren Druckfarbe ab. Grundsätzlich kommt es darauf an, dass die Druckfarbe gut auf der Oberfläche haftet, also weder abgestoßen noch komplett aufgesogen wird, und das Papier kaum Staubpartikel freisetzt, die die Fotoleitertrommeln und Tintenstrahldüsen verschmutzen.

Oftmals zertifizieren oder empfehlen deshalb die Drucksystemanbieter konkrete Papierprodukte. Das ist vor allem bei Tintenstrahldruckmedien der Fall, wenn der Papierhersteller eine notwendige Konditionierung der Papieroberfläche durchführt, indem er einen sogenannten Primer, also eine Haftgrundierung aufbringt. Um von den entsprechend teureren Medien unabhängig zu sein und außerdem das Bedruckstoffspektrum deutlich zu erweitern, haben einige Drucksysteme den Primer-Auftrag in den Druckprozess integriert. So trägt die Fujifilm Jet Press den Primer vollflächig vor der ersten Druckeinheit auf, und die HP Web Press hat eine zusätzliche Druckeinheit vorgeschaltet, die auf das Papier rasterpunktgenau einen bonding agent vordruckt; mittlerweile bietet aber auch HP den vollflächigen Auftrag mit einem priming agent.

Die Bedruckbarkeit ist möglich

• bei staubarmen ungestrichenen Papieren („Naturpapiere“)
  • mit Toner unproblematisch
  • mit Tinten oft erst nach Oberflächenkonditionierung
• bei matt und glänzend gestrichenen Papieren und Kartons mit geringem Saugvermögen
  • mit Toner eingeschränkt, meistens gibt es speziell gefertigte Papiere
  • mit Tinten oft erst nach Oberflächenkonditionierung
  • mit UV-härtenden Tinten unproblematisch
• bei Kunststoff-, Metall-, Glas-, Stein- und Holzoberflächen: mit UV-härtenden Tinten unproblematisch
• bei Textilien, Canvas und Kunstfasergeweben: mit UV-härtenden Tinten und Thermosublimationsfarben unproblematisch

Es gibt nur ein einziges Verfahren, das alle Oberflächen gleichermaßen gut bedrucken kann: die Nanografie. Das liegt an der geringen Größe der Pigmente, die als bereits getrockneter Farbfilm indirekt auf den Bedruckstoff übertragen werden und in jeder mikrorauen Oberflächentopografie haften bleiben.

Toner

Toner sind elektrostatisch aufladbare oder magnetisierbarer Farbmittel und verlangen in der Regel eine thermische Fixierung des Druckbildes. Die spezielle Verwendung des Toners erlaubt die Unterscheidung der „Tonerdruckverfahren“.

• digitale Druckverfahren mit pulverförmigem Toner:
  • Elektrofotografie mit Zweikomponententoner (Laserdruck, LED-Druck, einfarbige MICR-Eindrucke von magnetisierbaren alphanumerischen Zeichen in Scheckvordrucke)
  • Magnetografie mit Einkomponententoner (nur für den einfarbigen Druck geeignet)
  • Ionografie mit Zweikomponententoner
• Elektrofotografie mit flüssigem Dreikomponententoner (pastöser Zweikomponententoner plus Transferflüssigkeit), z. B. sogenannte Electro-Ink für hp-Indigo-Druckmaschinen
• Elcografie mit flüssiger elektrolytischer Druckfarbe (nach dem Prinzip der Toner-Koagulation)

Meilensteine: Die Elektrofotografie wurde 1938 von Chester F. Carlson entwickelt und 1942 zum Patent angemeldet. In den Markt wurde sie 1950 durch die Haloid Corp. (ab 1961 Xerox) zunächst als Kopierverfahren eingeführt, ab 1973 verkaufte Canon auch Farbkopier. 1976 darf man vom ersten Digitaldrucker sprechen, dem Laserdrucker IBM 3800. 1993 realisierte der israelische Erfinder Benny Landa erstmals den vierfarbigen Digitaldruck mit offsetähnlicher indirekter Druckbildübertragung (Indigo e-Print).

Tinte

Tinten für den Digitaldruck sind dünnflüssig oder als Gel (Canon-Patent) aufgebrachte Druckfarben auf der Basis von Wachs, Wasser oder Lösemitteln, die u. a. Öle, Prepolymere und Latexdispersionen enthalten können. Je nach der Aufbereitung der Tintenstrahlen, -tropfen oder -filme werden die „Tintendruckverfahren“ unterschieden.

• kontinuierlicher Tintenstrahldruck (continuous ink-jet, CIJ): Ablenkung eines kontinuierlich abgegebenen, elektrostatisch aufgeladenen Tintenstrahls in einem punktuell adressierbaren elektrischen Feld
• diskontinuierlicher Tintenstrahldruck (drop-on-demand ink-jet, DOD): Abschießen einzelner Tintentropfen, auch unterschiedlichen Volumens, durch punktuell adressierbare Düsendruckköpfe
  • mit thermaler Tropfenbildung
    • durch Verflüssigen eines festen Wachsstiftes (Festtintendrucker, ausschließlich realisiert als Tektronix/Xerox-Phaser-Technologie)
    • durch Dampfblasenbildung (erstmals realisiert als Canon-BubbleJet-Technologie)
  • mit elektromechanischer Tropfenbildung (pulsierende Kammern)
    • durch piezoelektrische Aktoren (erstmals marktreif realisiert als Epson-Micro-Piezo-Technologie)
    • durch sogenannte Ink Ejectors (von Landa für die Nanografie modifizierte Piezo-Tintenstrahldruckköpfe)
• Sprühventildruck: Digital Airbrush
• Schreibstiftdruck: Verfahrweg-Beschrieb des Mediums (Plotter)
• Elektrografie (hier wird die Tinte auch „Flüssigtoner“ genannt, weil ihre elektrostatische Affinität genutzt wird):
  • Einfärben der aufgeladenen dielektrischen Papierbeschichtung (Direktdruck)
  • Einfärben der aufgeladenen dielektrischen Transfertrommelschicht (indirekter Druck)
• elektrostatische Tintentropfenablagerung (electrostatic drop-on-demand deposition): Herauslösen elektrostatisch aufladbarer Pigmentpartikel mitsamt einem nicht aufladbaren Flüssigkeitsfilm aus der offenliegenden Oberfläche einer Tintenflüssigkeit, die in einem düsenlosen Druckkopf vorgehalten wird, und Anlagerung dieser Tropfen auf entgegengesetzt aufgeladenen Metalloberflächen; für dieses bereits 1993 patentierte Verfahren werden erst seit 2017 marktreife Lösungen für den Industrie- und Verpackungsdruck, insbesondere die Bedruckung metallischer Getränkedosen, angeboten; einziger Patentanwender ist die Tonejet Ltd in Melbourn, Hertfordshire, UK

Meilensteine: 1948 setzt Siemens Elema einen Tintenstrahl zur Aufzeichnung der Kurve eines galvanischen Messgeräts ein, was bereits 1858 William Thomson Lord Kelvin mit einzelnen Tropfen versucht hatte. 1976 stellte IBM den ersten Tintenstrahldrucker vor, der das Prinzip des ablenkbaren Strahls (Continuous Inkjet) nutzte. 1977 beginnt mit Siemens die Historie des Drop-on-demand-Drucks (DoD) unter Anwendung der piezoelektronischen Tropfenbildung, die später von Seiko Epson marktreif vervollkommnet wurde. 1979 gingen HP und Canon gleichzeitig mit ihrer thermischen Tropfenbildung auf den Markt, was zu größeren Patentstreitigkeiten führte. 2012 erzielte Landa große Aufmerksamkeit für sein Nanographic printing, das nach wie vor in der Pionieranwenderphase steckt, weil außer Entwicklungspartner Komori die Lizenznehmer nicht, wie im zeitlichen Umfeld der drupa 2012 erhofft, die Maschinentechnik dazu vervollkommneten, so dass Landa als Technologieentwickler gezwungen ist, nun auch die Druckmaschinen zu entwickeln und zu bauen.

Im Bilderdruck eingesetzte Tintenstrahldrucksysteme verfügen über teilredundante Düsenarrays, um eine Streifenbildung im Bereich aneinandergrenzender Druckköpfe zu vermeiden (Weaving) und durch verstopfte Düsen zu kompensieren.

In den verschiedenen Druckverfahren werden die Tinten selbst gemäß ihrer Anwendungsbestimmung ausgewählt, wonach sich die Auswahl der in Frage kommenden Digitaldrucksysteme richtet.

• Lichtechte Tinten, also Tinten mit UV-Strahlen-beständigen Pigmentfarbmitteln, werden für den Innen- und Außenbereich verwendet:
  • Normal- und Effektpigmente
  • Nanopigmente (Nanografie)
  • leitfähige Pigmente für organische Elektronik (OLED-Strukturen), Magnetpigmente (MICR)
• Lösliche Farbmittel für den Innenbereich:
  • wasserlösliche Farbstoffe, darunter auch Lebensmittelfarben für das Bedrucken von Konditorei- und Chocolatierprodukten
  • in einem Lösemittel gelöste Farbstoffe

Die Ausstattung des Digitaldrucksystems muss außerdem dem Trocknungsprinzip der Tinten gerecht werden:

• Verhalten der Trägerflüssigkeit:
  • Lösemittel verdunstet
  • Wasser verdunstet und penetriert in das Medium, wenn möglich
  • Wasser verdunstet aus der Latex-in-Wasser-Dispersion (ausschließlich in großformatigen Latexdruckern)
• Verhalten des Bindemittels:
  • Monomere und Präpolymere härten mittels UV-Strahlung („UV-Digitaldruck“)
    • Polymerisierung unter Einsatz von UV-Strahlern (verursachen die Bildung von Ozon, das eine Absaugvorrichtung an der Druckmaschine verlangt)
    • Polymerisierung unter Einsatz von LED-UV-Arrays (ozonfreie Härtung, geringerer Energieeinsatz, weniger Wärmeeintrag)
  • Phasenwechsel von flüssig geschmolzenem zu starr wiedererkaltetem „Festtinten“-Wachs

Wachs- und Harzfarbe

Farbmittel lassen sich auch mitsamt dem Wachs- oder Harzbindemittel, in das sie eingebettet sind, übertragen. Bei den entsprechenden Digitaldruckverfahren kommt ein Trägermaterial (Farbfolie, Farbband) zum Einsatz, das mit jedem Druckvorgang einem schrittweisen Vorschub unterliegt, um immer ein maximales Farbangebot zu gewährleisten.

• Nadeldruck: einfarbiger mechanischer Druck einer grob auflösenden Nadelpunkte-Matrix von hinten auf ein Farbband (Prinzip Schreibmaschine); wie bei einigen Speicherschreibmaschinen werden die alphanumerischen Zeichen mit dem vor- und rücklaufenden Druckkopf nicht zeichenweise, sondern matrixzeilenweise gedruckt, wobei je nach Druckkopfgröße oder Druckmodus (Auflösung) 12 oder 24 Matrixzeilen zu einer Schreibzeile in einem oder zwei Druckkopfläufen zusammengefasst werden können
  • für Eindrucke in Formularsätze mit Selbstdurchschreibefunktion und in einfache Formulare (z. B. Arztrezepte)
  • für Ticketautomaten (auf Bahnhöfen und an Haltestellen)
  • für das Eindrucken laufender Nummern in vorgedruckte Dokumente
  • für das Drucken von Begleitzetteln bei logistischen Aufgaben
• Thermotransferdruck: punktuelle Verflüssigung der Farbe auf dem Farbband, z. B. für den einfarbigen Druck von selbstklebenden Kennzeichnungsetiketten
• Thermosublimationsdruck: mikropunktuelle Verdampfung der Wachsfarbe auf der Trägerfolie, wobei die Temperatur die Farbstoffmenge bestimmt
  • Einsatz in hochwertigen Fotodruckern
  • Bedrucken von Textilobjekten
  • Druck von höherwertigen ID- und Kundenkarten

Farbkupplerreaktion

Beim Digitaldruck mit Farbkupplerreaktion befinden sich die farbgebenden Substanzen (Kuppler) in farblosem Zustand in der Papierbeschichtung. Durch Energieeinwirkung reagieren diese Substanzen mit einem Farbumschlag.

• Thermodruck: eine punktuelle Erhitzung der wärmeempfindlichen Papierschicht löst eine Schwärzung aus; seinerzeit für Faxgeräte entwickelt, findet Thermopapier heute nur noch bei Kassenzetteln und Quittungen Anwendungen
• Lume Jet: ein Laser-Schreibkopf belichtet Direktpositiv-Fotopapier mit roten, grünen und blauen Laserstrahlen und erzeugt hochaufgelöste Drucke in fotorealistischer Wiedergabequalität; trotz mancher Vorteile gegenüber dem Tintenstrahldruck und der beachtlichen Druckgeschwindigkeit von 1,3 m/s (305 mm × 1000 mm von der Rolle) ist die Anwendung der Technologie zu speziell auf den Bildband- und Kleinposterdruck beschränkt, so dass 2018 der Hersteller in Liquidation gehen musste und jetzt mit dem vorhandenen Equipment unter der Bezeichnung L-Type als Bilderdruckdienstleister in Erscheinung tritt

Druckbildübertragung auf den Bedruckstoff

Ein weiteres Unterscheidungskriterium der Digitaldruckverfahren ergibt sich durch das Prinzip der Druckbildübertragung.

• direkte Übertragung:
  • kontaktlos von einer Druckkopfmatrix
  • im Kontakt mit einer Ladungsprofiltrommel oder ähnlichen Transfertrommel
• indirekte Übertragung:
  • alle Farben einzeln über einen Gummituchzylinder (Prinzip Offsetdruck, z. B. bei hp Indigo und Miyakoshi)
  • alle Farben gesammelt über ein Registertransferband (umlaufendes Gummiband, z. B. bei den elektrofotografischen Systemen von Konica Minolta, Ricoh/Heidelberg und Xerox iGen sowie im Tintenstrahldruck bei den Landa-Nanografie-Maschinen)

Seitenbedruckung

Ein wesentliches Kriterium ist, ob und nach welcher technischen Lösung auch die Rückseite bedruckt werden kann. So werden Simplex- und Duplexmaschinen bzw. Simplex- und Duplexmodus unterschieden, sowohl bei Rollen- als auch bei Bogendrucksystemen. Die Begriffe „simplex“ und „duplex“ wurden ursprünglich für die Kopierer und Bürodrucker eingeführt und stehen heute im Digitaldruck für die in den konventionellen Druckverfahren üblichen Begriffe „Schöndruck“ und „Schön- und Widerdruck“.

• simplex: einseitige Bedruckung (Schöndruck)
  • bei Drucksystemen, die ausschließlich einseitig bedrucken
  • bei duplexfähigen Drucksystemen, die auch im Simplexmodus drucken können
• duplex: beidseitige Bedruckung (Schön- und Widerdruck) nacheinander
  • in derselben Druckeinheit mittels Wende- oder Wiedereinzugsvorrichtung (Bogendruck)
  • in einer nachfolgenden Druckeinheit (Rollendruck)

Mehrfarbiger Druckvorgang

Digitale Drucksysteme, die nicht nur einfarbig (monochrom), sondern mehrfarbig (Schwarz + Schmuckfarbe, vierfarbig CMYK oder CMYK + Schmuckfarben) arbeiten, weisen verfahrensbedingte Unterschiede bei der Anzahl der Mediendurchläufe auf.

• Single Pass: Übertragung aller Farben in einem Durchlauf
  • die Farben werden gemeinsam mit einer einzigen Zylinderumdrehung (Zentralzylinderkonstruktion) oder einem einzigen Registertransferbandumlauf der Druckeinheit übertragen
  • die Farben werden einzeln in mehreren hintereinander geschalteter Druckeinheiten übertragen
• Multi[ple] Pass: die Farben werden einzeln in jeweils einem Durchlauf durch die einzige Druckeinheit übertragen (in Bogendrucksystemen passiert der Bogen z. B. bei CMYK-Drucken viermal die Druckeinheit, bevor er ausgestoßen wird)

Einige Digitaldrucksysteme, vor allem aus dem unteren Preissegment ihrer jeweiligen Technologie, weisen die Schwäche auf, dass die Passgenauigkeit der einzelnen Farben im Mehrfarbendruck und die Registergenauigkeit von Vorder- und Rückseitenbedruckung im Duplexdruck mangelhaft sind. Konstruktionsbedingte Ursache ist in diesen Fällen, dass die Konzeption der Bogenführungsorgane noch aus der Kopierertechnik stammt und nicht den hohen und erfahrungsreichen Anforderungen des Präzisionsmaschinenbaus konventioneller Druckmaschinen genügt. Im Tintenstrahldruck kann dieser Effekt unter Umständen noch verstärkt werden, weil beim kontaktlosen Bedrucken die Tinte aus einer bestimmten Höhe aufgebracht wird, erst recht mit traversierenden Druckköpfen.

Dass digital auch hochpräzise gedruckt werden kann, beweisen die höherpreisigen Lösungen, sowohl die Toner- als auch die Tintendruckverfahren. Dies gelingt vor allem dann, wenn die Bahn- oder Bogenführungsorgane konzeptionell aus dem konventionellen Druckmaschinenbau stammen und mit schwingungsarm konstruierten, weil massereichen Druckeinheiten kombiniert werden.

Nutzungsregime: Funktionalität vs. Auslastung

Digitaldrucksysteme unterscheiden sich sehr stark nach ihrer Auslastung und der entsprechenden Funktionalität. Dort, wo permanent gedruckt wird, ist die Druckgeschwindigkeit ein wesentliches Auswahlkriterium.

• sporadische Nutzung, aber reich an Funktionen – typisch für den „Bürodruck“: Standby-Zeiten zwischen den Druckjobs; demzufolge wird man bei der Anschaffung eher Wert legen auf Multifunktionalität (Netzwerkfähigkeit, Kopieren und Faxen, Scannen und Speichern in PDF-Dateien und Versenden als E-Mails) anstatt auf Druckgeschwindigkeit
• permanente Auslastung – typisch für den „Produktionsdruck“: möglichst nahtlose Abarbeitung von Druckjob-Warteschlangen; maßgeblich ist daher die Druckgeschwindigkeit, die bei Bogendrucksystemen üblicherweise in A4-Seiten pro Minute und bei Rollendrucksystemen in Laufmeter pro Minute angegeben und dann weiter nach Farbbelegung (ein-, mehrfarbig), wählbarer Druckauflösung (Dots per inch, dpi – Punkte pro Zoll), simplex/duplex und maximalem Bogenformat bzw. maximaler Bahnbreite spezifiziert wird; leistungsmäßig beginnen die digitalen Bogenproduktionsdrucksystemen im allgemeinen Praxisverständnis ab vier Farben (CMYK), Format A3+ und 60 A4-Farbseiten/min

Workflow-Konzept

Drei digitaldrucktypische Geschäftsmodelle beruhen auf den folgenden organisatorisch-wirtschaftliches Konzepten der Druckdatenorganisation:

• bedarfsabhängiger Druck, Print(ing)-on-Demand (PoD): bestellmengengenaues Drucken geringer Exemplarzahlen (typisch: 1 bis 500 Exemplare) anstelle des Druckens auf Vorrat (Vermeiden von „totem Kapital“ und Lagerkosten); neben spezialisierten Dienstleistern, die die PoD-Aufträge über eine Internet-Schnittstelle akquirieren, wird PoD oft auch in Copyshops angeboten, wohin der Kunde seine Datei auf Datenträger mitbringt und auf die Ausgabe seiner Kleinauflage „zum Mitnehmen“ wartet
• ortsabhängiger Druck, Distribute-and-Print, First distribute, then print: Verteilen der Druckdateien an beliebige Ausgabeorte weltweit, wo jeweils eine bedarfsorientierte Anzahl an Exemplaren gedruckt und dadurch der Kosten verursachende Versand einer zentral gedruckten Auflage vermieden wird; Tageszeitungen bieten z. B. gern den Wirtschaftsteil als digital gedruckten Auszug für Flugpassagiere an, mittlerweile wird dieses Konzept jedoch durch den Download von E-Papers verdrängt, die auch nach Verlassen der Internetverbindung auf dem digitalen Endgerät gelesen werden können
• Druck variabler Daten, Variable Data Printing: dieses Konzept spielt das Alleinstellungsmerkmal des Digitaldrucks aus, jedes Druckexemplar mit verschiedenem Inhalt ausgeben zu können (siehe Customizing)

Druckauflösung vs. Produktivität

Bei der Datenstromaufbereitung am Steuerungscomputer, dem Digital Front-End (DFE), wird das Verhältnis von der Druckauflösung zur Produktivität eingestellt. Aufgrund der Abhängigkeit von der Prozessorgeschwindigkeit für die Neuberechnung des Druckbildes muss in Kauf genommen werden, dass die Druckgeschwindigkeit nur auf Kosten der Druckauflösung (niedrigere Qualitätsstufe) gesteigert werden kann, bzw. umgekehrt eine hohe Auslösung auf Kosten der Produktivität geht. Eventuell ist eine Anpassung der Rasterungsmethode erforderlich.

Die Druckauflösung wird normalerweise in Längs- und Querrichtung angegeben, z. B. 600 dpi × 600 dpi, zumal die Zahlen verfahrensbedingt nicht identisch sein müssen. Zwar ist die Druckauflösung durch die Anzahl der adressierbaren Bildpunkte bzw. Tintenstahldüsen physikalisch vorgegeben, es besteht aber technisch die Möglichkeit, die native Auflösung scheinbar zu steigern:

• durch Graustufen-Interpolation (scheinbare Verdopplung der Auflösung, z. B. von „600 dpi × 600 dpi nativ“ auf „1200 dpi × 1200 dpi interpoliert“)
• im Tintenstrahldruck außerdem durch Variation der (bis zu 7 über den Tonwertbereich verteilten) vordefinierten Tropfenvolumina (angegeben in Picoliter) oder der Punktgröße bei konstantem Tropfenvolumen (variable dot); es besteht in bestimmten Grenzen die Möglichkeit, die Geschwindigkeit durch Erhöhen der Ausstoßfrequenz (firing frequency, bis zu 50 kHz) ohne Qualitätsverlust zu steigern

Customizing

Die Möglichkeiten der teilauflagen- oder exemplarweisen Anpassung zu günstigen Druckkosten stellen das herausragende Alleinstellungsmerkmal aller Digitaldruckverfahren dar. Den größten Anteil bei derartigen Anwendungen machen kunden- bzw. zielgruppenbezogene inhaltliche Anpassungen aus. Selbst hohe Druckauflagen können kostengünstig inhaltlich individuell variiert werden – das Paradebeispiel für die hoch bewertete Mass Customization. Produktbeispiele sind werbewirksame Verpackungen mit dem individuellen Vornamen, das Buch mit persönlicher Widmungsseite oder die im Internet-Dialog erstellbaren Fotobücher, Fotokalender und Grußkarten, die dank der weitverbreiteten Digitalfotografie und den immer verfügbaren Smartphones ein Millionengeschäft generieren.

• Transaktionsdruck: permanenter Druck von Rechnungen, Mahnungen, Kreditkartenabrechnungen, Konto- und Depotauszügen, Policen, Lieferscheinen, Belegen usw. in standardisiertem (briefartigen) Layout, je nach Informationsmenge mit unterschiedlichen Seitenumfängen, oft ergänzt mit Werbedrucken – in dieser Kombination als Transpromo bezeichnet
• versionierter Druck: Druck mit zielgruppenspezifischen Inhalten, z. B. in verschiedenen Sprachen oder mit unterschiedlichen Preisauszeichnungen
• personalisierter Druck: Druckprodukt mit einem über die gesamte Auflage verwendeten Standard-Layout und eingefügtem personalisierten Text (Adresse, Anrede, Code, Losnummer etc.), z. B.
  • in serienbriefartigen Werbepostsendungen (Direct Mailings), also gezielt auf den Empfänger abgestimmte Werbung (Direktmarketing).
  • auf Verpackungen (personalisierte Werbung auf der Oberfläche von Versandkartons) und Etiketten (im Rahmen von Werbeaktionen, vor allem Vornamen)
• individualisierter Druck: komplett individuell zusammengestellte Bild-, Grafik- und Textinhalte, z. B. individuelle Reiseführer

Automatisches Ausschießen

Aus fortlaufenden Seiten bestehende PDF-Druckdokumente müssen für die Digitaldruckausgabe in numerischer Seitenreihenfolge angeliefert werden. Die in der Workflow- oder DFE-Software implementierte Lösung zur Dokument- und Datenstromaufbereitung passt in der Regel vollautomatisch die Anordnung und Reihenfolge der Seiten gemäß dem Druckformat und der Weiterverarbeitungsaufgabe an (Ausschießen).

• zusammengetragener Druck: Drucken der Endformatseiten eines Dokuments in numerischer Reihenfolge, auch im Duplexmodus, meist in Kombination mit einer Inline-Verarbeitung (Heften, Binden)
• Drucken in Strängen: Sonderform des zusammengetragenen Drucks auf digitalen Rollendruckmaschinen, wobei die bedruckte Bahn in Stränge längsgeschlitzt, die Stränge zu Blättern quergeschnitten und die Blätter zu Buchblöcken zusammengetragen und mit einer Vorderseiten-Hilfsleimung fixiert werden
• Drucken nach Ausschießschema: Drucken größerformatiger Exemplare, d. h. mit 4, 8 oder 16 Duplexseiten im Druckformat, unter Berücksichtigung einer späteren Weiterverarbeitung in einer Falz- und/oder Zusammentragmaschine

Digitale und konventionelle Druckprozesse zeitlich und räumlich getrennt

Die organisatorischen und technischen Alleinstellungsmerkmale des Digitaldrucks ermöglichen wirtschaftlich interessante und zweckmäßige Anwendungsszenarien, z. B. als Prüfverfahren und als Ergänzung zu hochqualitativen Massendruckverfahren.

• Muster- und Modellproduktion, Mock-ups: Unikatdrucke, vor allem von Faltschachteln und Warendisplays, deren Anmutung in bedrucktem und fertig montiertem Zustand demonstriert wird, wobei das (in der Regel nicht digitale) Zieldruckverfahren simuliert wird
• Prüfdruck: Unikatdrucke, die das (in der Regel nicht digitale) Zieldruckverfahren simulieren
  • in seiner erwarteten Farbwiedergabe (farbverbindlicher Prüfdruck, Digitalproof), gegebenenfalls in Kombination mit dem Rastermodell des Zieldruckverfahrens
  • in Form des ausgeschossenen Druckbogens mit Vorder- und/oder Rückseitenbedruckung
• Hybridproduktion: digitale Realisierung von Druckjobs im unteren Auflagenbereich (typisch: 1 bis 500 Exemplare), wenn die übliche wirtschaftliche Auflagenhöhe des ursprünglichen Massendruckverfahrens nicht verlangt wird; maßgeblich ist die maximal erzielbare Wiedergabequalität des zu simulierenden Massendruckverfahrens (z. B. Offsetdruck)
• Komplementärproduktion: digital gedruckte Ergänzung und Vervollkommnung, z. B.
  • komplett personalisiert gedruckte Umschläge für konventionell gedruckte Zeitschrifteninhalte, z. B. „Dieses Exemplar gehört unserem treuen Leser [Vorname Name]“ bei Jubiläumsausgaben
  • digitales Eindrucken von Seitenelementen in freigehaltene Flächen in konventionell vorgedruckten Exemplaren, z. B. personalisierte Informationen unter dem Briefkopf oder in Werbedrucksachen
• Offline-Weiterverarbeitung: zeitlich gepufferte und räumlich getrennte Weiterverarbeitung der digitalen Druckexemplare
  • auf den bereits vorhandenen Anlagen für die konventionelle Druckproduktion (Zwischenlagerung und Transport auf Paletten zur ersten Weiterverarbeitungsstation)
  • auf speziellem Veredelungsequipment
    • für typische Digitaldruckprodukte, z. B. zum Laminieren mit Klarsichtfolie oder zum Kaschieren auf rahmenlose Bildunterlagen
    • für den digitalen Schilderdruck (Digital Signage Printing), z. B. das Eloxal-Versiegeln der aufgedruckten Tinten unter einer glasklaren schützenden Eloxalschicht, die fest im Aluminiumschild eingebettet wird, wodurch die Drucke widerstandsfähiger gegen mechanische, thermische und chemische Einflüsse sind
• Nearline-Weiterverarbeitung: modular organisierte Offline-Weiterverarbeitung im unmittelbaren Umfeld der Digitaldruckmaschinen

Prozessintegrierter Digitaldruck

Der prozessintegrierte Digitaldruck reicht vom Kennzeichnen über das Eindrucken bis hin zur vollautomatischen Inline-Herstellung kompletter Druckprodukte. Simple Kennzeichnungs- und Kodierungsaufgaben werden mit niedrigauflösenden Matrixdruckköpfen im Nadeldruck- oder Tintenstrahldruckverfahren oder alternativ mittels Laserablation realisiert. Anspruchsvolle Eindrucke mit Bild- und Textinhalten müssen mit hochauflösenden Verfahren wie Tintenstrahldruck oder der Elektrofotografie durchgeführt werden.

• digitales Eindrucken von Seitenelementen in freigehaltene Flächen während des Druckens in der konventionellen Druckmaschine, z. B. Artikel oder Anzeigen mit regionalem oder zielgruppenbezogenem Inhalt in Zeitungen
• digitale Kennzeichnung:
  • Chargennummer und Mindesthaltbarkeitsdatum auf Verpackungen, Verschlüssen und Etiketten
  • laufende Nummern auf Tickets, Losnummern (oft digital überdruckt mit Rubbellack) auf Gewinnscheinen und in Werbedrucksachen
  • Codes auf Druckbogen zwecks Rückverfolgbarkeit oder Organisation der Endfertigung
• Inline-Weiterverarbeitung: nahtlose Weiterverarbeitung der digitalen Druckexemplare, z. B. zu Broschüren oder zu gefalzten und kuvertierten Mailings, auf speziell für Digitaldruckproduktion konzipierten Anlagen

Systemprüfung Digitaldruck

Im Dezember 2018 veröffentlichten der Bundesverband Druck und Medien und das Fogra Forschungsinstitut für Medientechnologien die gemeinsam erarbeitete Richtlinie „Technische Prüfung von Bogendrucksystemen mit elektrofotografischer Druckbildübertragung“. Dieses Regelwerk ermöglicht eine objektive Bewertung der Leistungsfähigkeit von Tonerdrucksystemen anhand standardisierter Qualitätskriterien und Prüfverfahren. Sowohl die Anbieter als auch die Anwender können damit wichtige Qualitätseigenschaften der Drucksysteme ermitteln, vereinbaren und überprüfen, was vor allem bei Investitionsentscheidungen und Vertragsabschlüssen eine Rolle spielt.

Im Fokus der 15 Prüfkriterien stehen Bild- und Farbwiedergabe sowie Passer- bzw. Registerprüfungen und gelten für elektrofotografische Bogendrucksysteme bis Format SRA3 (320 mm × 450 mm). Da sich die angebotenen Digitaldrucksysteme im Hinblick auf Preis und Leistungsfähigkeit stark unterscheiden, enthält die Richtlinie zu jedem Prüfkriterium anstelle konkreter Grenzwerte eine Werteskala, die das Qualitätsspektrum marktüblicher Drucksysteme zeigt. Zur besseren Orientierung sind dort außerdem die für den Offsetdruck typischen Qualitätswerte markiert. Auf diese Weise können die Vertragspartner die Systemeigenschaften mit den jeweiligen Anforderungen abgleichen.

Die Richtlinie wird durch die benötigten Testdruckdateien im Bogenformat SRA3 ergänzt. Da sich die damit erzeugten Drucke teilweise nur mit speziellen Messsystemen bzw. Softwarelösungen zuverlässig auswerten lassen, ist für die Systemprüfung eventuell externe Unterstützung erforderlich.

Arbeitsblätter der Berufsgenossenschaft ETEM

Im Digitaldruck stehen Vorsichtsmaßnahmen und Handlungshilfen zu Arbeitssicherheit, Gesundheits- und Umweltschutz im Mittelpunkt der Berufsgenossenschaft Energie, Textil, Elektro, Medienerzeugnisse (BG ETEM):

• „Gefährdungsbeurteilung – Praxishilfe für den Digitaldruck (04/18)“ mit Checklisten
• Brancheninformation „Tonerbasierte Digitaldrucksysteme“ (Freisetzung von Ozon, VOCs, Chemikalien und Staub; Absaugung und Schutzkleidung)
• „Tonerstäube“: Handlungshilfen und Fachveröffentlichungen
• „InkJet-Digitaldruck“: Sicherheitstechnik, Arbeitsstoffe und Gesundheitsschutz (Freisetzung von Ozon und VOCs, Hazard-Bewertung von Lösemitteln; Arbeitsplatzgestaltung, Absaugung und Schutzkleidung)
• Broschüre „Sicheres Arbeiten im Inkjet-Digitaldruck“: Die Broschüre informiert über Gefährdungen und Schutzmaßnahmen beim Umgang mit großformatigen Digitaldruckmaschinen (wesentliche Aspekte der Sicherheitstechnik, z. B. im Hinblick auf bewegte Maschinenteile, chemische Gefährdungen durch Farben, Tinten und Lösemittel, sowie der Arbeitsplatzgestaltung, z. B. beim Schneiden, Lagern und Transportieren, und organisatorische Aspekte).

Verfahrensübergreifend

• ISO 12647: Graphic technology – Process control for the production of half-tone colour separations, proofs and production prints (Prozesskontrolle für die Herstellung von autotypischen Farbauszügen, Prüfdrucken und Auflagendrucken) – Teil 7: Proofing processes working directly from digital data; Teil 8: Validation print processes working directly from digital data
• ISO 15311: Graphic technology – Requirements for printed matter for commercial and industrial production (Anforderungen an Digitaldruckerzeugnisse für die kommerzielle und industrielle Produktion) – Teil 1/TS: Measurement methods and reporting schema (Parameter und Messmethoden); Teil 2/TS: Commercial printing (Drucken zur kommerziellen Produktion); Teil 3/FograSpec: Großformatiger Digitaldruck
• ISO/IEC 24712, ISO/IEC 19798 und ISO/IEC 2471: Testbilder für Farbdrucker
• Medienstandard Druck 2018: Systematik typischer Anwendungsfälle für digitale Druckverfahren und die dazugehörigen Arbeitsfarbräume, ISO-Papierkategorien, technischen Kriterien und Austauschdatenformate

Medien und Druckfarben

• ISO 2836 (DIN ISO 2836): Graphic technology – Prints and printing inks – Assessment of resistance of prints to various agents (Bestimmung der Beständigkeit gegenüber verschiedenen Agenzien): chemische Beständigkeiten von Drucken und Druckfarben inkl. Toner und Tinten
• ISO 21139-21/TS (Entwurf): Permanence and durability performance in commercial applications – Part 21: Display window – Light and ozone stability: Licht- und Ozonbeständigkeit von Digitaldrucken und Fotoabzügen in Schaufenstern und hinterleuchteten Plakatwänden
• ISO 18055-1: Photography and imaging – Inkjet media: Classification, nomenclature and dimensions – Part 1: Photo-grade media (paper and film)
• DIN 53131: Prüfung von Papier – Inkjet-Medien Teil 1: Cockle-Test, Teil 2: Trocknungszeit, Inkjet-Testform; Teil 3: Druckbildqualität – optische Auflösung, optische Dichte, Farbwerte, Druckbildstörungen

VDP, Customizing

Für den Druck variabler Daten (VDP) anwendbare Seitenbeschreibungssprachen (Auswahl) und ihre Adaption in ISO-Standards und Richtlinien:

• APS, IPDS: IBM Advanced Function Presentation mit variabler Aufbereitung des Datenstroms Intelligent Printer Data Stream wird herstellerübergreifend unterstützt
• FreeForm: ohne spezifische Software für die VDP-Dokumentgestaltung anwendbar, wird in allen EFI-Fiery-RIPs unterstützt
• PCL: Hewlett-Packard Printer Command Language, wird herstellerübergreifend unterstützt
• PDF: Adobe PDF kann in nahezu allen VDP-Workflows zu softwarespezifischem Optimized PDF konvertiert werden
• PDF/VT: Druck personalisierter Transaktionsdokumente, oft mit Werbung kombiniert (variable transactional and transpromotional work) auf Basis von PDF-Dokumentseiten; wird als eines der Zielformate von Optimized-PDF-Algorithmen herstellerübergreifend unterstützt
  • ISO 16612: Graphic technology – Variable printing data exchange (Variabler Druckdatenaustausch); Teil 2: Using PDF/X-4 and PDF/X-5 (PDF/VT-1 and PDF/VT-2); Teil 3 (Entwurf): Using PDF/X-6 (PDF/VT-3)
  • PDF/VT Application notes (Anwendungshinweise)
• PostScript: Adobe-PostScript-Dateien unterschiedlicher Levels (1, 2, 3) werden in VDP-Workflows verschiedener Lösungsanbieter zu einem softwarespezifischen Optimized PostScript umgewandelt, das nicht mit anderen Lösungen kompatibel ist und deshalb bei Bedarf zu PDF/VT konvertiert wird
  • VIPP: das durch die Xerox Variable-data Intelligent PostScript Printware optimierte PostScript wird auch auf Xerox-fremden Systemen unterstützt
• PPML: Personalized Print Markup Language; PPML und das dazugehörige Template-Format PPMLT werden herstellerübergreifend unterstützt
  • Printing On Demand initiative (PODi) – The Digital Printing Initiative: PPML-Spezifikation und -Werkzeuge
  • PPML/VDX: The Committee for Graphic Arts Technologies Standards (CGATS) gibt eine eigene, erweiterte PPML-Spezifikation heraus: Personalized Print Markup Language/Variable Data Exchange (PPML/VDX)
  • ISO 16612-1: Variable printing data exchange – Part 1: Using PPML 2.1 and PDF 1.4 (PPML/VDX-2005)
  • JLYT, SNAP: J-Layout und seltener Swift Native Accelerated Personalization sind native Dokumentformate, die im HP SmartStream Designer für die HP-Maschinenreihe indigo Press erzeugt werden und Elemente von PPML verwenden
• PDF/VCR: ISO 16613-1: Graphic technology – Variable content replacement – Part 1: Using PDF/X for variable content replacement (PDF/VCR-1); wird herstellerübergreifend unterstützt
• XMP: die Microsoft XML Paper Specification wurde als Alternative zu Adobe PDF entwickelt; Dokumente in XMP und dem nicht kompatiblen Open XMP von ECMA International werden in Windows 10 unterstützt, spielen aber bestenfalls im Netzwerkdruck von Unternehmen eine Rolle

Ferner können Grafikdateiformate wie DCS, EPS, GIF, JPEG und TIFF (anstelle von PostScript oder PDF/X) direkt und mit variablem Text kombiniert gedruckt werden.

Energieverbrauch entsprechend dem Nutzungsregime

• ISO 20690: Graphic technology – Determination of the operating power consumption of digital printing devices (Bestimmung des Energieverbrauchs von Digitaldruckgeräten im Betriebszustand); vorzugsweise anzuwenden auf den permanenten digitalen Produktionsdruck mit Bogen- und Rollendrucksystemen, jedoch nicht für den Großformatdruck (LFP/WFP)
• ISO 21632: Graphic technology – Guidelines to determine the energy consumption of digital printing devices including transitional and related modes (Leitfaden für die Kalkulation des Energieverbrauchs von Digitaldruckmaschinen für den Kleinauflagendruck im Übergangsmodus und den dazugehörigen Modi); vorzugsweise anzuwenden auf sporadisch genutzte Drucksysteme mit höherem Stand-by-Anteil