Die Inkjet-Technologie hat das Potenzial, ebenso wie 3D-Druck, die Fertigungsindustrie zu verändern. Die Möglichkeiten sind endlos und das Wissen und die Erfahrung, um diese Chancen weltweit zu nutzen, sind in den Niederlanden vorhanden.

Océ, NWO und die Universitäten von Eindhoven und Twente entwickeln gemeinsam die Inkjet-Technologie der Zukunft. Für diese öffentlich-private Forschung hat Holland High Tech einen PPS-Zuschlag erteilt.

Océ, NWO und die Universitäten erforschen innerhalb eines Industrial Partnership Programme (IPP) komplexe Phänomene in der Flüssigkeitsdynamik, vor allem mit Blick auf die Lösung von Problemen bei Tintenstrahldrucken. Die Inkjet-Technologie wird in industriellem Maßstab genutzt, um Bücher digital „on-demand“ zu drucken. Mit Inkjet wird ebenfalls auf anderen Untergründen als Papier gedruckt, wie zum Beispiel Produktverpackungen, Textilien, Tapeten und Glas. Das Programm „Fundamental fluid Dynamics Challenges in Inkjet Printing“ (FIP) richtet sich auf die Entwicklung fundamentaler Erkenntnisse des Inkjet-Prozesses und ist als Ergänzung vorhandener, eher praktisch orientierter R&D-Aktivitäten von Océ gedacht. Erforscht werden dabei die Tropfenbildung, das Vermeiden von Luftblasen und das Trocknen von Tropfen auf dem Papier. Ebenfalls wird nach der Zusammenwirkung von Tinte und verschiedenen Untergrundarten geschaut.

Hohe Anforderungen

In der Vergangenheit hat Océ bereits verschiedene Forschungsprogramme mit unterschiedlichen Forschungsinstituten durchgeführt, aber viele dieser Programme laufen in Kürze aus. Mit diesem neuen, langfristigen Forschungsprogramm können sie das vorhandene Wissen kombinieren und weiterhin nutzen, um ihre Inkjet-Innovation auf ein höheres Niveau zu bringen. Anton Schaaf, CEO von Océ: „ An die Hightech-Inkjet-Technologie werden hohe Anforderungen gestellt. Für uns ist es daher sehr wertvoll, das erworbene Wissen direkt mit konkreten Industrieanwendungen zu verbinden. Daher investieren wir gerne in eine langfristige Zusammenarbeit mit Wissenseinrichtungen.“

Für dieses große, mehrjährige Programm unter wissenschaftlicher Leitung von Detlef Lohse (Universität Twente) sind zwei Gruppenleiter von NWO bei Océ abgestellt, zusammen mit Promovenden und Postdocs, die zum Teil auch an den beiden beteiligten Universitäten arbeiten. Einer der Gruppenleiter ist Christian Diddens: „Es ist natürlich etwas ganz besonderes, um Fundamentalforschung innerhalb eines Unternehmens durchzuführen. Mit der engen Zusammenarbeit mit einem Unternehmen sind große Vorteile verbunden. Die Forschung richtet sich hauptsächlich auf Probleme bei der tatsächlichen Anwendung industrieller Entwicklungen. Dadurch hält man sich immer die letztendliche Anwendung seiner Feststellungen vor Augen. Aber man betreibt noch immer Fundamentalforschung nach den Phänomenen, die für die akademische Karriere wichtig und relevant sind. Auf diese Weise erhalte ich einen wertvollen Einblick in die akademische und die industrielle Welt.“

Drucken von „Funktionalität“

Neben der Optimierung des Druckprozesses für Kosteneinsparungen, Qualität und Effizienz besteht ein zusätzliches Ziel in der Erweiterung der Funktionalität der Inkjet-Technologie. Christian Diddens: „Wir wollen den Druckprozess für die Verwendung „funktionaler“ Tinten und Untergründe vorbereiten, die nicht aus Papier bestehen. Für diese Entwicklung erwarte ich, dass die fundamentalen Kenntnisse, die in dem IPP erlangt werden, von großer Bedeutung sein werden.“

In Pilotprojekten des Inkjet-Entwicklungszentrums von Océ in Venlo wird zum Beispiel bereits mit Jet-Technik direkt eine widerstandsfähige Schutzschicht (Schutzlack) auf Kupfer gedruckt, um Platinen herstellen zu können. Es gibt unzählige Möglichkeiten.

Fundamentales Verständnis

Wie profitieren das Unternehmen und die Wissenseinrichtungen von der gemeinsamen Forschung? Der Vorteil der Zusammenarbeit zeigt sich zum Beispiel in der Forschung nach der Tintenoptimierung. Da die Tinte aus einer Vielzahl von Komponenten gemischt wird, ist die Anzahl der einstellbaren Parameter für eine systematische Studie zu groß, um die optimale Tintenzusammensetzung zu finden. Die praktische Herangehensweise eines Unternehmens ist meistens ein Trial-and-error-Verfahren, aber die Forschung im FIP betrachtet die Probleme aus einer Bottom-up-Perspektive.

Christian Diddens: „Hier beginnen wir mit der Forschung nach darunterliegenden Mechanismen anhand einer sauberen Flüssigkeit, um anschließend die Zusammenstellung einer binären Mischung zu generalisieren zu allgemeineren Tintenzusammensetzungen. Das so erhaltene fundamentale Verständnis über einfache Tintenzusammensetzungen kann dann in einer systematischeren Entwicklung von Tinten im Unternehmen eingesetzt werden.“ Die Interessen der akademischen und industriellen Forschung widersprechen sich hierbei übrigens nicht. „Die akademische Forschung nach vereinfachten Tinten kann sehr gut in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht werden, während die tatsächliche Tintenzusammenstellung ein Betriebsgeheimnis bleibt.“

Spannende Tropfen

Diddens ist von der Physik von Flüssigkeiten fasziniert und insbesondere von Tropfen. „Die Anforderungen an Tinte beim Tintenstrahlverfahren sind in den einzelnen Phasen gegensätzlich. Die Tinte muss einfach zu drucken sein und darf gleichzeitig den Druckkopf nicht verschmutzen oder beeinträchtigen. Aber nach dem Drucken verändern sich die Anforderungen an die Tinte. Für eine hohe Druckqualität ist es wichtig, eine gute Verdampfung und/oder Absorption zu erreichen, um damit eine Fleckenbildung und unzureichende Vermischung der Tropfen zu vermeiden. Die Optimierung dieses Prozesses stellt ein außerordentlich herausforderndes Problem dar, an dem ich mich gerne festbeiße. Außerdem möchte ich mit meiner Forschung einen Beitrag zum akademisch, fundamentalen Verständnis über das Verhalten von Multi-Komponenten-Tropfen leisten.“

Starker Anreize für die öffentlich-private Zusammenarbeit

Mit dem Industrial Partnership Programme (IPP) finanziert NWO fragengesteuerte Forschung, die sich hauptsächlich auf das fundamentale Verständnis, aber darüber hinaus auch auf zukünftige Anwendungsbereiche, richtet. Die Unternehmen tragen finanziell mindestens zur Hälfte zur Forschung bei. Die akademischen Forscher arbeiten mit dem Unternehmen auf Augenhöhe zusammen. Der Staat fördert die Zusammenarbeit von Unternehmen und Forschungseinrichtungen darüber hinaus mit der Bewilligung eines PPS-Zuschlags zu den Beiträgen der Privatwirtschaft.

NWO versucht die Verbindung zwischen den IPPs und der Vergabe des PPS-Zuschlags möglichst stark zu gestalten, um für Unternehmen einen starken Anreiz zu schaffen, in diese Programme zu investieren. Der Zuschlag wird möglichst für die Promotion, für Postdoc-Stellen oder Valorisierungsprojekte eingesetzt.

Bild: Mark-Jan van der Meulen, University of Twente

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