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Historique
Le jet d'encre a été développé par des informaticiens dans les années 1970, afin de proposer une autre sortie aux ordinateurs que la très bruyante imprimante matricielle (aussi appelée imprimante à aiguilles). Il existe deux types de jet d'encre. Historiquement, c'est le « jet d'encre continu » puis la « goutte à la demande » qui ont été inventés. Le jet d'encre a alors connu son essor en même temps que le développement de l'informatique grand public. Actuellement, le jet d'encre connaît une très forte montée, notamment grâce à la photographie numérique, la personnalisation des imprimés et la possibilité d'imprimer sur presque tous les supports.
Débuts du jet d'encre
Le jet d'encre est un procédé d'impression sans contact dans lequel de très petites gouttes (de l'ordre du picolitre) d'encre sont projetées par des buses. C'est dans les années 1960 que le Dr Sweet de l'Université Stanford a montré qu'en appliquant une onde de pression à une buse, l'encre pouvait se séparer en gouttes uniformes. Ensuite, en chargeant l'encre électriquement ou non, on peut dévier le jet en le faisant passer dans un champ électrostatique (il s'agit du même principe que dans un oscilloscope). On voit alors l'apparition du jet d'encre continu (continuous ink jet ou CIJ).
L'impression jet d'encre, est apparue dans les années 1970. La technologie a tout d'abord été développée par des informaticiens, soucieux de trouver une sortie pour leurs ordinateurs. C'est IBM qui va breveter cette technologie dans les années 1970 et la première imprimante, l'IBM 4640 ink-jet sort en 1976.
Goutte à la demande
À la même date, le professeur Hertz du Lund Institute of Technology en Suède développe la possibilité d'imprimer en niveaux de gris en faisant varier le nombre de gouttes par pixel. Cette invention est alors brevetée par Iris Graphics and Stork. Elle permet d'imprimer des images de plus grande qualité.
Peu après se développe le jet d'encre dit « goutte à la demande » ou drop on demand (DOD). Là, la goutte n'est générée que si elle est désirée sur le substrat. Ce qui évite le dispositif complexe de déflection.
Les pionniers du DOD sont Zoltan, Kyser et Sears. Leur invention verra le jour en 1977 avec la Siemens PT-80 et en 1978 avec Silonics.
Deux technologies: CIJ et DOD
Quelques types de papier jet d'encre
Le jet d'encre est le seul procédé d'impression sans contact. Il permet donc d'imprimer sur des supports très variés (papier, céramique, verre, textile, plastiques mais aussi biscuits ou œufs avec des encres alimentaires ! …) mais également des supports en relief. Il s'agit d'un procédé numérique qui n'a pas besoin de forme imprimante (écran pour la sérigraphie, plaque pour l'offset, cylindre gravé pour l'héliogravure, polymère pour la flexographie, tampon pour la tampographie…), ce qui lui permet de générer une nouvelle image à chaque imprimé (comme l'impression laser).
Le procédé jet d'encre connaît plusieurs variantes et a de nombreuses applications. On reconnaît cependant deux grandes familles : le CIJ et le DOD.
Le jet continu
Le jet continu (Continuous Ink Jet ou CIJ) où des gouttes chargées ou non sont générées consiste donc en la formation de gouttes régulières en volume et fréquence. Elles sont chargées et orientées selon le motif à générer et peuvent donc être déviées dans un réceptacle si elles sont non désirées.
Les gouttes chargées ne sont pas désirées sur le support. Elles sont déviées par un champ électrostatique et sont alors récupérées dans une gouttière. Elles réalimentent alors la tête d'impression. La qualité est moindre qu'en DOD mais les cadences bien plus élevées. On l'utilise notamment pour le marquage des œufs (dates de péremption…)
Il existe deux types de déflection : binaire ou multiple.
- Dans la déflection binaire, les gouttes sont chargées ou non. Les gouttes chargées vont être déviées et récupérées dans une gouttière et sont recyclées. Les non chargées vont directement sur le média.
- Pour la déflection multiple, les gouttes sont chargées à différents paliers. Ce qui permet une plus ou moins grande déflection et donc atteint le média à différents endroits.
Données techniques (2002) :
- viscosité : environ 1 mPa.s,
- énergie de surface : 30-40 mN/m,
- Volume de la goutte : 10 pL,
- Vitesse d'éjection : environ 50 m/s,
- fréquence : 1 MHz,
- Taille de l'orifice : 40, 60 ou 75 micromètres.
La goutte à la demande
Le procédé de goutte à la demande est de loin le plus développé. La goutte à la demande (Drop On Demand ou DOD) est générée à chaque fois qu'elle est désirée. C'est la technologie la plus courante en bureautique ou SOHO (Small Office - Home Office) et permet une bonne qualité. Elle reste cependant plus lente.
On peut considérer quatre différentes méthodes d'éjection : piézo-électrique, thermique ou bubble-jet, valve-jet ou jet par clapet et la thermofusion.
Le procédé piézo-électrique est le plus développé et a été mis au point par Epson. Le réservoir d'encre est en contact avec un cristal piézo-électrique qui va convertir les impulsions électriques — la paroi se déforme suite à une excitation électrique — en force mécanique — la surpression due au cristal provoque l'éjection d'une goutte. C'est la surpression induite qui permet l'expulsion de la gouttelette.
Le procédé thermique ou bubble jet fonctionne sur le même principe. En chauffant localement l'encre à environ 350 °C, on provoque une vaporisation locale de celle-ci et donc une surpression (un gaz prend près de 24 fois plus de place qu'un solide, selon les conditions). Comme précédemment, une goutte est éjectée pour répondre à ce déséquilibre. Cependant, ce type d'éjection pose certains problèmes, notamment à cause des contraintes thermiques que doit subir l'encre.
Le valve jet est actuellement abandonné à cause de sa mauvaise qualité. Son principe résidait en des micro-valves commandées électroniquement qui permettaient ou non l'éjection de l'encre. Son application était essentiellement industrielle, pour imprimer de gros caractères. L'avantage était que le fait d'avoir un réservoir fermé permet d'utiliser des solvants volatils et donc un séchage plus rapide.
La thermofusion est inspirée du procédé piézo-électrique mais ici, l'encre est solide. Elle doit être chauffée à environ 150 °C afin d'être éjectable. Au contact du média, l'encre se solidifie et donne alors une très bonne qualité d'impression. Cependant, l'encre étant en relief, elle s'use vite. Il est donc nécessaire d'avoir un bon liant.
Données techniques (2002) :
- viscosité : 30 à 500 mPa.s (2005),
- énergie de surface : 30-50 mN/m (2005),
- Volume de la goutte : 3 à 20 pL avec la même buse,
- Vitesse d'éjection : environ 30 m/s,
- fréquence : 30 à 40 kHz,
- Taille de l'orifice : 100 micromètres (2000) pour éviter à la buse de se boucher,
- Nombre de buses par tête d'impression : 1000 (pour augmenter les vitesses).
Types d'encres
Colorants dissous
L'encre la plus courante est une encre à base de colorant dissous dans un solvant (un peu comme l'encre à l'eau des stylos à plume). Elle présente l'avantage d'être facile à manipuler et à gérer dans les buses de jet de l'encre, mais elle est très sensible à l'érosion et à la corrosion par les gaz (ce qui réduit considérablement la durée de vie des impressions).
Encres à pigments
Plus proche de la peinture à l'huile, les encres à pigments comportent des particules colorées solides volumineuses (seulement quelques microns tout de même), parfois emballées dans une gaine de résine, qui sont simplement transportées par un fluide transparent et facilement évaporable.
Dans ce cas, l'encre a une très bonne tenue, une longue durée de vie. Mais, la gestion de l'encre est compliquée par des risques accrus de bouchage des buses de projection et il se produit parfois un phénomène de bronzing qui fait apparaître des reflets métalliques sous certains éclairages rasants.
Encres conductrices
Un nouveau marché se développe dans le domaine de l’impression, il consiste à déposer divers matériaux conducteurs, appelés encres conductrices. Elles sont composées de particules métalliques ou de polymères conducteurs.
Cela permet d'imprimer des radio-étiquettes, étiquettes intelligentes qui améliorent la traçabilité des produits. Elles sont souvent comparées au code-barres mais ne nécessitent pas d'être visibles pour être lues. Pour qu'elles se développent, il faut cependant arriver à diminuer les coûts de production et mettre au point une standardisation, car les fréquences changent selon les pays.
Les circuits imprimés sont actuellement réalisés par photolithographie (photo-imaging) ou par sérigraphie (screen-printing). La technologie jet d'encre peut également imprimer des circuits imprimés. La qualité est moins bonne qu'avec les procédés classiques mais le coût est bien inférieur et la pollution moindre.
Applications
Le jet d'encre est le seul procédé d'impression sans contact. Cela lui permet d'imprimer sur divers objets.
La bureautique
L'application la plus populaire du jet d'encre est la bureautique (Small Office - Home Office ou SOHO). L'encre utilisée est généralement à base d'eau pour des raisons environnementales et de confort évidentes. Le procédé utilisé est la goutte à la demande (Drop On Demand ou DOD), ce qui permet d'avoir une bonne qualité d'image mais des vitesses moindres qu'en CIJ.
Épreuvage
Avant d'imprimer sur une presse offset ou autre (héliogravure, flexographie…), on teste généralement l'imprimé sur un système d'épreuvage analogique (Cromalin®, Matchprint®…) ou numérique (copieur calibré, jet d'encre…). Cela permet alors d'avoir une idée du rendu final à la condition que le système d'épreuvage simule l'engraissement provoqué par la presse offset (utilisation d'un profil ICC, pour les systèmes numériques, qui caractérise la presse qui sera utilisée pour l'impression). L'épreuvage peut être réalisé en jet d'encre DOD, qui donne de très bons résultats en termes de qualité.
Le jet d'encre est le seul procédé permettant d'imprimer de grandes laizes (largeurs). Actuellement, les laizes maximales sont de 5 m. Le jet d'encre grande laize permet d'imprimer de grandes affiches pour des expositions, cacher des échafaudages… De plus, ces affiches étant généralement uniques, il est impossible de les imprimer avec les procédés classiques. La technologie utilisée est généralement du jet d'encre DOD avec une encre à séchage UV (ultraviolet), ce qui procure plus de résistance à l'encre (tenue à la lumière, résistance à l'abrasion…)
Le jet d'encre grande laize s'intéresse également à l'impression des affiches d'abris-bus, actuellement imprimées en sérigraphie.
Textile
Les textiles sont généralement imprimés en sérigraphie, sublimation thermique ou transfert. Le jet d'encre se positionne également sur le marché.
Il a l'avantage d'être très flexible sur la conception du fichier image et permet donc de s'affranchir de certaines contraintes techniques inhérentes aux métiers de l'imprimerie. L'impression jet d'encre sur textile permet de réduire les temps de production et d'augmenter la réactivité. La qualité de l'image imprimée est acceptable sur un textile blanc mais encore insuffisante sur un textile foncé ou noir à cause de la faible épaisseur d'encre déposée. La technique du jet d'encre obtient ses meilleurs résultats là où la sérigraphie rencontre des difficultés (quadrichromie) et paradoxalement échoue sur les travaux les plus simples (ton direct - couleur unie). Sa vitesse est lente pour le moment mais en progrès grâce à la multiplication des buses de projection. Le coût des consommables est élevé (90 à 230 € le litre d'encre) et les machines spécifiques au textile trop récente pour en connaître le réel coût de la maintenance.
Marquage
Le CIJ est généralement utilisé pour le marquage des produits pour sa vitesse d'impression. En alimentaire, l'encre utilisée est à base d'alcool qui donne un séchage rapide. Les encres utilisées en conserveries doivent également être résistantes aux traitements (stérilisation à la vapeur sous pression à 125 °C pendant 25 min) Le marquage est également présent dans l'automobile, l'électronique, l'industrie du câble, la construction aéronautique…
L'impression personnalisée
En tant que procédé numérique, le jet d'encre permet de changer le design à chaque imprimé. Il peut donc s'attaquer au marché de l'impression personnalisée. On en voit bon nombre dans les publicités mais il devient possible de commander du vin avec un étiquette à son effigie, avoir des skins uniques…
Impression grand format en haute résolution, destinée à la reproduction de tableaux d'art (peinture). Ce procédé a un excellent rendu et une bonne durabilité.
Impression sur verre
Le procédé par jet d'encre est également utilisé pour la production industrielle de certains écrans à cristaux liquides qui demandent le dessin d'électrodes semi-transparentes de formes complexes. Dans ce cas, une encre spéciale est utilisée non pas pour ses propriétés colorantes (elle est aussi transparente que possible) mais pour sa conductivité électrique.
Voir aussi
Articles connexes
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