High-end inkjetkoppen: precisie tot op micronniveau

PRODUCTIE INNOVATIE - De inkjetkop is het kloppend hart van elk high-end ink productie systeem. Achter dat kleine component schuilt een complexe wereld van microtechniek, materiaalkunde en hoge ontwikkelkosten. Vooral in het segment voor commercieel drukwerk en verpakkingen is de technologie razendsnel geëvolueerd. Wat komt er kijken bij de ontwikkeling van zo’n high-end printkop – en waarom is hij zo duur?

• Leestijd ca. 5 minuten

Druppelvorming als basis

In een moderne inkjetkop bevinden zich duizenden minuscule nozzles (spuitmondjes) die elk duizenden keren per seconde druppels van enkele picoliters afvuren. De vorm en het patroon van die nozzles bepalen de nauwkeurigheid van het beeld. Een afwijking van een halve micrometer kan al leiden tot kleurverschuiving of strepen.

Om dat te voorkomen worden nozzleplaten vervaardigd met halfgeleidertechnieken (MEMS - Micro-Elektromechanische Systemen) of met elektroforming. De oppervlakken krijgen bovendien een hydrofobe coating, zodat inkt zich niet ophoopt. Het resultaat is een uiterst gelijkmatige druppelvorming – essentieel bij snelheden tot honderden meters per minuut.

Warmte, koeling en materiaalkeuze

Zowel thermische als piëzo-inkjetkoppen genereren warmte tijdens het printen. Bij hoge productiesnelheden kan dat de viscositeit van de inkt beïnvloeden. Fabrikanten integreren daarom steeds vaker actieve koeling of temperatuurstabilisatie.
De gebruikte materialen – vaak nikkel, silicium of keramiek – moeten bestand zijn tegen agressieve inkten en langdurige belasting. Vooral piëzo-koppen bevatten fragiele keramische actuatoren die miljoenen keren per seconde vervormen. Die precisie-onderdelen vergen geavanceerde productieprocessen en uitgebreide kwaliteitscontrole.

Betrouwbaarheid door recirculatie

Een van de belangrijkste innovaties van de laatste tien jaar is inktrecirculatie. Daarbij blijft de inkt achter de nozzles continu in beweging, waardoor uitdroging en pigmentafzetting worden voorkomen. Xaar was pionier met zijn TF Technology, inmiddels toegepast door vrijwel alle grote spelers.
Het resultaat: minder nozzle-uitval, minder reinigingsbeurten en een langere levensduur. Epson’s recente PrecisionCore D3000-kop gaat nog verder met recirculatie op nozzleniveau – in feite onderhoudsarm printen.

Van printkop tot printbar

Een inkjetkop dekt slechts enkele centimeters printbreedte. Voor een persformaat moeten tientallen koppen tot één printbar worden gestitched. Dat vereist mechanische uitlijning op micronniveau om zichtbare overgangen te voorkomen.
Fujifilm’s Samba-kop introduceerde een parallellogram-vormige nozzleplaat, waardoor printkopmodules strak tegen elkaar passen. Ook Epson en Kyocera leveren nu koppen die vrijwel zonder kalibratie in arrays geplaatst kunnen worden. Voor OEM’s verkort dat de montagetijd en verbetert het onderhoudsgemak.

De spelers en hun technologie

Fabrikant	Principe	Kernpunten & toepassingen
Canon	Thermisch én piëzo in ontwikkeling	Nieuwe gemeenschappelijke kopplatforms voor productiepersen; focus op onderhoudsarme architectuur.
HP	Thermische PageWide	Extreem hoge nozzle-dichtheid (tot 2400 dpi), eenvoudig te vervangen modules; sterk in watergebaseerde verpakkingsinkten.
Fujifilm Dimatix	Piëzo MEMS (Samba)	1200 dpi, 2,4 pl druppels, recirculatie en naadloos stitchen; ook leverbaar aan OEM’s.
Epson	Piëzo thin-film (PrecisionCore)	Duurzaam, multi-dot, nozzle-recirculatie; eigen inzet én voor partners.
Kyocera	Piëzo bulk (KJ4-serie)	Hoge frequentie (tot 40 kHz), 600 dpi, brede OEM-inzet bij o.a. Xerox en Screen.
Memjet	Thermisch (DuraLink)	Paginabrede modules, 1600 dpi, nozzle-redundantie; lage instap voor OEM’s.
Xaar	Piëzo bulk	TF-recirculatie, geschikt voor UV- en hoogviskeuze inkten; sterke positie in industriële toepassingen.

Overzicht gegenereerd door ChatGPT (*)

Ricoh neemt een hybride positie in. Het ontwikkelt eigen piëzo-koppen (zoals de bekende Gen5 en Gen6-series), die ook door andere merken worden gebruikt, onder meer in grootformaat- en textielprinters. Voor zijn high-end productie-inkjetpersen, zoals de Pro VC70000e, werkt Ricoh echter nauw samen met Kyocera. Die levert de basisarchitectuur van de kop, terwijl Ricoh de eigen aansturing en druppelcontrole toevoegt. Het resultaat is een stabiel en snel platform dat zowel geschikt is voor commercieel printwerk als verpakkingen.

Landa onderscheidt zich met zijn zogeheten Nanography-technologie, een vorm van indirect inkjet. In plaats van de inkt direct op het papier te spuiten, wordt de inkt eerst op een verwarmde offset-achtige tussenrol afgezet en vervolgens overgedragen op het substraat. Hierdoor combineert Landa de kleurdiepte en scherpte van inkjet met de droog- en hechtingseigenschappen van conventioneel drukwerk. De printkoppen zijn gebaseerd op piezo-inkjettechnologie van een externe leverancier (Fujifilm Dimatix), maar worden aangepast voor de nanografische inkt en het overbrengingsproces. De ontwikkeling van dit systeem kostte vele jaren en honderden miljoenen dollars aan R&D, mede vanwege de complexiteit van de inkt-transfer en temperatuurregeling.
Landa levert zijn koppen niet aan derden; ze vormen een exclusief onderdeel van de eigen persarchitectuur. (**)

De prijs van precisie

Een nieuwe generatie printkop ontwikkelen kost tientallen miljoenen euro’s aan R&D. Alleen bedrijven met groot volume – zoals HP, Epson of Canon – kunnen zich dat veroorloven. Andere producenten, zoals Xerox of Koenig & Bauer, kopen hun koppen in bij specialisten als Kyocera of Fujifilm.

De productiekosten van één high-end kop liggen tussen €4.000 en €8.000, afhankelijk van type en toepassing. Een pers met vier kleuren kan tientallen koppen per kleur bevatten; de hardwarewaarde loopt dan al snel richting een paar ton.
Daar bovenop komen de kosten voor aansturing, koeling en onderhoud. Sommige fabrikanten, zoals HP en Memjet, rekenen printkoppen als verbruiksartikel en verwerken de kosten in de klik- of inktprijs. Anderen, zoals Epson of Fujifilm, mikken op langere levensduur en lagere onderhoudskosten.

Strategische betekenis

De printkop bepaalt niet alleen de kwaliteit, maar ook de positionering van een machine: snelheid, substraatkeuze en inktsoort hangen er direct mee samen. Innovaties zoals nozzle-recirculatie en geautomatiseerd onderhoud verlagen de Total Cost of Ownership en vergroten de uptime.
Daarmee verschuift de concurrentie van pure resolutie naar betrouwbaarheid en voorspelbare prestaties – precies wat drukwerkproducenten in industriële omgevingen nodig hebben.

Conclusie

De ontwikkeling van high-end inkjetkoppen vraagt extreme precisie en enorme investeringen. Toch vormt juist deze technologie de basis onder de digitalisering van commercieel print en verpakkingen. Dankzij voortdurende innovaties van Canon, HP, Fujifilm, Epson, Kyocera, Memjet en Xaar blijft inkjet zich snel verbeteren – en wordt het verschil tussen conventioneel en digitaal drukwerk steeds kleiner. Dat 'verschijnsel' wordt door de offset pers ontwikkelaars overigens niet als disruptief ervaren. Voorlopig worden de zogenaamde hybride productie omgevingen nog niet in hun voortbestaan bedreigd.

Tekst: ChatGPT, eindredactie Peter Luit, kopfoto: Smithers
Bronnen: fabrikantpublicaties, technische whitepapers en marktanalyses (2024-2025)
(*) Disclaimer: het overzicht is op sommige punten niet 100% actueel, raadpleeg de verschillende ontwikkelaars voor de laatste stand van zaken
(**) Zoals bekend wankelt de positie van Landa na het recente faillissement en de overname door FIMI