A DECORAÇÃO DE REVESTIMENTOS CERÂMICOS POR IMPRESSÃO DIGITAL (JATO DE TINTA)
A. O. Boschi (a), A. V. Lot (a), F. G. Melchiades (ab), L. J. J. Nieves (a),
(a) Laboratório de Revestimentos Cerâmicos – LaRC, Departamento de Engenharia de Materiais – DEMA, Universidade Federal de São Carlos - UFSCar, São Carlos,
SP, Brasil
(b) Centro de Revestimentos Cerâmicos – CRC, Parque Eco Tecnológico Damha I, São Carlos, SP, Brasil
*e-mail: anavirginia.lot@gmail.ufscar.br
RESUMO
A decoração desempenha papel de grande relevância na definição da qualidade e, principalmente, na competitividade dos revestimentos cerâmicos. Na última década a decoração de revestimentos cerâmicos sofreu uma verdadeira revolução com a introdução da decoração digital por jato de tinta. Essa revolução ainda está em curso e em um futuro próximo toda a linha de decoração será digital. Nesse contexto é que o presente trabalho apresenta os fundamentos dessa tecnologia assim como suas vantagens e desvantagens em relação às demais técnicas de decoração. Além disso o trabalho também aborda os desafios para a completa digitalização da linha de decoração de revestimentos cerâmicos.
INTRODUÇÃO
Os revestimentos cerâmicos, utilizados desde a antiguidade, são aplicados atualmente em pisos e paredes de ambientes residenciais, industriais e comerciais, apresentando vantagens como sua elevada resistência mecânica, estabilidade química, durabilidade, preço acessível, fácil instalação, oferecendo inúmeras opções estéticas(1).
As características estéticas desejadas pelo consumidor são atribuídas aos revestimentos cerâmicos na etapa de decoração desses produtos. Dessa forma, essa etapa do processo de produção dos revestimentos merece destaque, pois permite que as empresas inovem e diferenciem seus produtos.
A impressão digital por jato de tinta foi um fator chave para o desenvolvimento de setores como as artes gráficas e fotografia(2), mas a transferência dessa tecnologia para o setor cerâmico exigia o desenvolvimento de cabeçotes de impressão e tintas especiais.
Em 2000 a primeira impressora industrial foi apresentada pela Kerajet na feira Cevisama, na Espanha(3). No mesmo ano, a empresa Ferro apresentou um conjunto
de tintas das quatro cores da quadricomia CMYK a base de complexos de metais de transição solúveis(4). Com o desenvolvimento de novos cabeçotes e a evolução das tintas, a tecnologia se difundiu e alcançou um alto grau de confiabilidade, sendo utilizada hoje em 41 países(5).
No Brasil, o método foi introduzido em 2009(6) e hoje é adotado em linhas de
produção na maioria das indústrias de revestimento. Estima-se que cerca de 35% dos 903,3 milhões de metros quadrados de revestimentos cerâmicos produzidos no país em 2014 tenham sido decorados com essa tecnologia.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DA TECNOLOGIA DIGITAL A JATO DE TINTA
Na decoração digital a jato de tinta, gotas de tinta são projetadas na superfície do revestimento através das centenas de bocais de diâmetros micrométricos localizados nos chamados cabeçotes de impressão. Esses cabeçotes ficam organizados em barras de impressão conectadas aos reservatórios de tinta, geralmente de 4 cores, conforme ilustra a Figura 1.
Figura 1. Esquema do processo de impressão digital de revestimentos cerâmicos(2).
As barras de impressão são ligadas a um computador onde está digitalizada a imagem a ser impressa. Nesse mecanismo de aporte de tinta conhecido por DOD (“drop-on-demand”)(7), cada gota de tinta é gerada sob demanda. Conforme a
necessidade de se imprimir cada ponto para formar a imagem, o computador solicita um bocal para emissão dessa gota na posição determinada.
A projeção das gotas é provocada pela ação de um atuador piezoelétrico contido na cavidade de tinta no cabeçote, ilustrado na Figura 2.
Quando o computador solicita um determinado bocal, um campo elétrico é aplicado nesse material piezoelétrico e seu tamanho é aumentado. Isso reduz o volume interno da cavidade de tinta, comprimindo a tinta e provocando sua expulsão através do bocal(8,9,10).
Estão disponíveis cabeçotes com bocais de diâmetros na faixa de 10 a 50μm que produzem gotas de volumes correspondentes de 1 a 60 pL, aproximadamente.
Os cabeçotes piezoelétricos permitem o controle do tamanho de cada gota emitida por cada bocal individualmente na impressão. São ejetadas gotas pequenas que coalescem com outras para formar gotas maiores(5). Tais cabeçotes, denominados cabeçotes de segunda geração, permitem a impressão de imagens com melhor qualidade(11) e representam uma evolução em relação aos cabeçotes binários, que só produzem gotas de um tamanho fixo.
FORMAÇÃO DA IMAGEM
Após ser emitida pelo cabeçote, a gota de tinta impacta na superfície da peça cerâmica com velocidade de cerca de 6m/s e ângulo de impacto próximo de 90°. Logo em seguida a gota de tinta esférica se deforma e se estende sobre a superfície, na chamada fase de nivelamento, com duração de alguns segundos. Inicialmente, devido a sua energia cinética, a gota de tinta se espalha pelo substrato formando uma lamela fina, atingindo um diâmetro máximo. Quanto maior a velocidade de impacto da gota, seu diâmetro inicial e a densidade da tinta, maior sua extensão na peça(12). Quanto maior a viscosidade e a tensão superficial da tinta, menor tende a ser essa extensão.
A tensão superficial tende a minimizar a superfície gerada no espalhamento da gota de tinta. Essa gota sofre, então, uma relaxação, um recuo. E por fim, a gota atinge um equilíbrio definido pelo ângulo de molhamento entre a tinta e o substrato.
Enquanto ocorre o nivelamento da gota de tinta na superfície da peça, ocorre também a sucção capilar da tinta pelos poros da peça, o que leva à sua secagem. A tinta deixa de ser líquida e forma-se um ponto consolidado na superfície cerâmica.
Se a sucção capilar é muito rápida, a secagem da tinta pode ocorrer antes que a gota projetada se estenda até seu diâmetro máximo. Assim, a extensão dessa gota sobre a peça fica limitada(13,14) e o ponto formado é menor.
O tamanho dos pontos produzidos influencia na resolução da imagem. A resolução é expressa em dpi ou “pontos por polegada” (um dpi equivale a uma gota impressa a cada 25,4 mm)(2). Quanto menores são os pontos, mais pontos podem
ser impressos em um determinado comprimento e maior a resolução da imagem. Os pontos consolidados na peça compõe o desenho, e no caso de imagens coloridas, as tonalidades da imagem impressa são obtidas pela sobreposição de pontos das cores de tinta utilizadas, como ilustra a Figura 3. Na observação da imagem, o olho humano não percebe pontos discretos, mas sim, tonalidades contínuas resultantes da mistura das cores dos pontos em cada local.
VANTAGENS DA IMPRESSÃO DIGITAL POR JATO DE TINTA
Com a impressão digital a jato de tinta é possível a impressão de desenhos dos mais variados tipos e de alta complexidade com elevada qualidade e resolução. Isso permite a representação bastante realista de materiais naturais, como pedras e madeira, por exemplo.
Os diversos processos de decoração convencionais consolidados na indústria envolvem a reprodução repetida de uma mesma imagem através da transferência de tinta a partir de um modelo físico (como uma tela ou um rolo), através do contato deste modelo com a peça. Alterações no desenho sendo impresso só podem ser obtidas com a alteração desse modelo físico.
A impressão digital decora as peças através da projeção de gotas de tintas, sendo um método de decoração sem contato que elimina o uso de meios de impressão. Não é necessária a fabricação de telas serigráficas ou cilindros de impressão que encarecem o processo, aumentam o tamanho da linha de produção e geram resíduos.
Não há aplicação de pressão para a transferência da tinta, o que permite a minimização de marcas de impressão nas peças e a decoração de substratos frágeis com mais segurança, reduzindo o descarte de produtos.
Além disso, com jatos de tintas operando a uma distância de pelo menos 1 mm do substrato, superfícies não planas podem ser impressas.
O processo é totalmente digital. Um projeto pode ser desenvol vido rapidamente e armazenado na forma de dados digitais. A tecnologia permite a personalização do projeto ou sua correção de forma rápida e simples. A posição de cada gota impressa pode ser determinada em uma grade xy, e, se necessário, pode ser alterada em tempo real para corrigir distorções ou desvios do substrato. Tais fatores contribuem para a redução dos tempos de ajuste em relação aos métodos convencionais de impressão, operando com um modelo de produção de mudanças imediatas.
Pode-se alterar, por exemplo, o tamanho das imagens para acomodá-las em diferentes tamanhos de revestimentos, o que é uma modificação simples, mas impossível no caso das telas e rolos utilizados em outros métodos de decoração.
impressas em revestimentos em sequencia, para formarem painéis quando unidas. Nesse método de decoração sem contato, até as bordas das peças são decoradas, o que contribui para a qualidade da impressão destes padrões ininterruptos.
Houve uma redução no número de testes e provas industriais, que antes eram necessários em todas as fases da produção até chegar ao protótipo final, o que gerava um elevado custo e gasto de tempo e materiais.
O uso da tecnologia de impressão digital simplifica o gerenciamento de tintas. A separação das tintas é automática e surgem tecnologias para gestão de cores e calibração de sistemas de visualização que permitem a obtenção de um produto queimado próximo do desejado com uso mais eficiente de tintas.
O sistema cria automaticamente as tonalidades necessárias para a impressão da imagem com a combinação de apenas quatro cores de tintas. Antes da tecnologia inkjet, o desenvolvimento do produto exigia um designer para separação de tintas e um técnico especializado em efeitos e misturas de cores. Com a decoração digital a jato de tinta, o designer pode centrar-se na exploração de novas possibilidades estéticas e efeitos cerâmicos que não podiam ser obtidos pelas técnicas convencionais de decoração(16,17,18).
Diversos pigmentos, corantes, fritas cerâmicas e partículas metálicas podem ser facilmente impressos a partir de suspensões, assim como uma vasta gama de outros materiais que podem ser usados para executar funções óticas e eletrônicas, desde que no momento da impressão, estejam em forma líquida, com suas propriedades físicas (principalmente a viscosidade e a tensão superficial) dentro de uma escala adequada.
Dessa forma, as empresas que adotam o método podem criar uma estratégia de negócios baseada em produtos diferenciados e de alta qualidade e ainda otimizar o processo para reduzir os custos de produção(19).
DESAFIOS
Apesar das inúmeras vantagens que oferece, a tecnologia de decoração digital ainda não foi adotada em 100% das linhas de decoração nas indústrias de revestimentos cerâmicos.
a diferenciação dos produtos e o aumento na qualidade da decoração permite que o maior investimento seja incorporado no custo de venda do produto.
O custo das tintas utilizadas nas impressoras também é relativamente elevado. Apesar disso, é importante ressaltar que são eliminados os custos com meios de impressão, o número de testes industriais e existe um menor desperdício de tintas com o uso da impressora digital.
Em relação às tintas utilizadas na tecnologia, existe ainda outra grande limitação. Devido às altas temperaturas no processo de produção do revestimento, não é possível o uso de tintas orgânicas utilizadas em outros setores, na impressão digital convencional. Assim, são utilizadas as chamadas tintas pigmentadas a base dos pigmentos inorgânicos já tradicionalmente utilizados em cerâmica.
O problema é que não estão disponíveis pigmentos inorgânicos que forneçam as cores puras do modelo CMYK. Assim, ao invés do conjunto de tintas de cor ciano, magenta, amarela e preta, na impressão digital no setor cerâmico, geralmente utiliza-se um conjunto de tintas de cor azul, marrom, bege e preto. A gama de cores imprimíveis com esse conjunto de tintas é mais estreita do que a gama fornecida por tintas de cores puras do conjunto CMYK e, como consequencia disso, há uma grande perda na qualidade cromática das imagens impressas, com o comprometimento da impressão de algumas tonalidades .
Além disso, os pigmentos inorgânicos utilizados devem ser micronizados(20), ou
seja, moídos a um nível submicrométrico de tamanho de partículas para evitar a obstrução dos bocais micrométricos através dos quais a tinta é ejetada. E na micronização dos pigmentos, uma fração das partículas pode ser excessivamente reduzida, sofrendo amorfização. Nessas partículas, a estrutura cristalina responsável pela coloração do pigmento é destruida e este pigmento perde saturação de cor(21,22). Consequentemente, a gama de cores imprimíveis fica ainda mais r eduzida, o que tem um efeito negativo na qualidade cromática das imagens impressas.
CONCLUSÕES
Desde seu surgimento no ano 2000, a decoração digital por jato de tinta tem revolucionado o setor de revestimentos cerâmicos.
Na impressão digital, gotas de tinta são projetadas na superfície do revestimento através de bocais micrométricos localizados nos cabeçotes de impressão. As gotas projetadas impactam na superfície da peça cerâmica, se espalham e se consolidam através da secagem, formando pontos que compõem a imagem impressa.
Com a projeção das tintas, a impressão a jato de tinta possibilita a decoração de peças não planas, permite a decoração dessas peças até a borda e dispensa o uso de telas e rolos, necessários para a transferência da tinta em métodos de decoração convencionais.
Outra vantagem em relação a esses métodos é a melhor qualidade e resolução das imagens impressas com a decoração digital. A técnica ainda permite a impressão de imagens diferentes em sequencia e a execução de correções e mudanças necessárias de forma imediata. Além disso, a gestão de tintas é digital e mais eficiente, visto que são utilizadas apenas quatro cores de tintas para a obtenção das tonalidades necessárias para a impressão das imagens.
Com essas vantagens, a tecnologia se difundiu bastante pela indústria de vários países, chegando ao Brasil em 2009. Atualmente, cerca de 35% dos revestimentos cerâmicos produzidos no Brasil já são decorados por impressoras digitais, e a tendência é de que num futuro próximo toda a linha de decoração seja digital.
Uma grande barreira para que isso se torne verdade é o elevado custo das impressoras digitais e também das tintas utilizadas na mesma. Em relação às tintas, um dos maiores desafios ainda é o desenvolvimento de tintas de cores mais próximas das cores puras do modelo CMYK com preços acessíveis.
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq, pela concessão de bolsa de mestrado à primeira autora e de doutorado à segunda autora.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 ANFACER- website acessado em novembro de 2015, disponível em http://www.anfacer.org.br/#!historia-ceramica/c207w.
2 HUTCHINGS, I. M. Ink-jet printing in micro-manufacturing: opportunities and limitations. In: INTERNATIONAL CONFERENCES ON MULTI-MATERIAL MICRO MANUFACTURE, 2009, Germany:Forschungszentrum Karlsruhe, 2009.
3 DE CARLO, A. The digital revolution in tile decoration. Ceramic World Review, v. 51, p. 78-84, 2003.
4 GARCIA, J.; BENET, C.; FENOLLOSA, J. L.; QUEROL, J. M. AND SECREST P.- Ferro Corp.; Individual inks and na ink set for use in the color ink jet printing of glazed ceramic tiles and surfaces. WO0151573 (2000)..
5 SANZ, V., Tecnología de Impresión por Chorro de Tinta para la Decoración de Baldosas Cerámicas. Instituto de Tecnología Cerámica, Qualicer, 2014a.
6 CRISTIANO, M. - Evolução Do Processo De Decoração Na Indústria De Revestimentos Cerâmicos: Impressão Jato De Tinta, Trabalho de Conclusão de Estágio sob orientação do Prof Vitor de Sousa Nandi, Universidade do Extremo Sul Catarinense, Curso de Tecnologia em Cerâmica e Vidro, 2013.
7 MARTIN, G. D.; HOATH, S. D.; HUTCHINGS I. M. Inkjet printing: the physics of manipulating liquid jets and drops. Journal of Physics, Conference Series, v. 105, n. 1, 2008.
8 KNIGHT, E.; LYNN, C. Industrial inkjet for dummies: xaar special edition. Hoboken: Wiley, 2010.
9 LE, H. P. Progress and trends in ink-jet printing technology. Journal of Imaging Science and Technology, v. 42, p. 49-62, 1998.
11 KNIGHT, E. Xaar: innovative inkjet technology for the ceramic tile industry, in digital decoration of ceramic tiles. [S. l.]: ACIMAC, 2009.
12 SANZ, V. BAUTISTA, Y., BELDA, A., COLL, N., PATO, B, GONZALEZ, J. - Influencia De Las Condiciones De Impresión Sobre La Calidad De La Imagen, Instituto de Tecnología Cerámica (ITC). Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas (AICE)., Universitat Jaume I. Castellón. España y Coloronda S.L., Onda, España, Qualicer, 2014.
13 LIM, T. et al, Experimental study on spreading and evaporation of inkjet printed pico-liter droplet on a heated substrate, International Journal of Heat and Mass Transfer 52 (2009) 431-441.
14 CHEN, C., Inkjet Printing of Microcomponents: Theory, Design, Characteristics and Applications, InTech Open Science, 2011..
15 UNIVERSITY of South Australia - Document Services - Printing Color - website
acessado em dezembro de 2014, disponível em
http://w3.unisa.edu.au/printing/New/LVL3/printing-colour.asp.
16 HEATHER, K. Ampliando horizontes con la impresión digital. Técnica Gráfica 452, p. 6-11, 2007.
17 MONRÓS, G. et al. El color de la cerámica nuevos mecanismos em pigmentos para los nuevos procesados de la industria cerámica. 1. edición. Castellón, UJI: 2003.
18 MONRÓS, G. Tecnología inkjet en cerámica vidriada. Revista de Arquitectura Y Detalles Constructivos, v. 4, p. 494-496, 2007.
19 FERNANDEZ, J., Ventajas económicas y financieras de los sistemas de decoración de baldosas cerámicas con tecnología inkjet. Aveiro, Noviembre 2011. 20 DONDI, M., BLOSI, M., GARDINI, D., ZANELLI, C., ZANNINI, P., - Tecnología De La Tinta Para La Decoración Digital Cerámica: Una Visión De Conjunto, CNR-ISTEC, Faenza y Universidad de Módena y Reggio Emilia, Italia, Qualicer 2014. 21 ZANELLI C., GÜNGÖR G.L., KARA A., BLOSI M., DONDI M., GARDINI D., A travel into ceramic pigments micronizing. Actas del XIV Congreso Mundial de la Calidad del Azulejo y del Pavimento Cerámico, QUALICER 2014, Castellón (España).
ABSTRACT
The decoration of ceramic tiles plays a very important role in the definition of the quality and, especially, on the competitiveness of these products. In the last decade the decoration of ceramic tiles has undergone a real revolution with the introduction of inkjet digital printing. This revolution is still ongoing and in the near future all industrial decoration lines will be digital. In this context, the present work presents the fundamentals of this technology as well as its advantages and disadvantages compared to other decorating techniques. In addition the work also addresses the challenges to the adoption of the inkjet digital printing in all decoration lines of ceramic tiles in the industry.
