Jet d'encre

L'imprimante à jet d'encre utilise l'encre liquide et autorise des rendus couleurs de qualité quasi photographique. L'impression se fait selon deux techniques ...

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Imprimerie - Impression

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La technologie thermique à jet d'encre est une innovation de HP en constante... Dans ce dispositif, les têtes d'impression sont différentes des cartouches... (source : h10084.www1.hp)

Technologies
Sceau-cylindre	4100-2500 av. J. -C.
Disque de Phaistos	1850–1400 av. J. -C.
Xylographie		200 ap. J. -C.
Typographie		1450
Taille-douce		années 1430
Imprimerie		1439
Lithographe		1796
Chromolithographie		1837
Presse rotative		1843
Flexographie		années 1890
Impression offset		1903
Sérigraphie		1907
Sublimation		1957
Photocopieur		années 1960
années 1960
Imprimante laser		1969
1970
Imprimante thermique
Jet d'encre		1976
1993
Impression 3D

L'imprimante à jet d'encre utilise l'encre liquide et autorise des rendus couleurs de qualité quasi photographique. L'impression se fait selon deux techniques :

le jet en continu, lors duquel des gouttes d'encre sont continuellement éjectées de la tête d'impression et déviées en partie vers le papier par des bobines magnétiques. Le reste de l'encre est récupéré et recyclé pour un nouveau cycle de jet.
le jet à la demande, lors duquel ne sont créées et éjectées que les gouttes nécessaires à l'impression.

Historique

Le jet d'encre a été développé par des informaticiens dans les années 1970, pour proposer une autre sortie aux ordinateurs que la très bruyante imprimante matricielle (aussi nommée 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 découverts. Le jet d'encre a alors connu son essor en même temps que le développement de l'informatique grand public. Aujourd'hui, le jet d'encre connaît une très forte montée, surtout grâce à la photographie numérique, la personnalisation des imprimés et la possibilité d'imprimer sur presque l'ensemble des supports.

Débuts du jet d'encre

Le jet d'encre est un procédé d'impression sans contact dans lequel de particulièrement 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. Par la suite, 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 la naissance du jet d'encre continu (continuous ink jet ou CIJ).

L'impression jet d'encre, est apparue dans les années 1970. La technologie a dans un premier temps 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.

Drop on demand

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 fluctuer le nombre de gouttes par pixel. Cette invention est alors brevetée par Iris Graphics and Stork. Elle permet d'imprimer des images qui plus est 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 système 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.

Le jet d'encre a alors connu son essor en même temps que le développement informatique.

Actuellement, le jet d'encre connaît une très forte montée, surtout grâce à la photographie numérique et la personnalisation des imprimés.

Deux technologies : CIJ et DOD

Some types of inkjet paper

Le jet d'encre est l'unique procédé d'impression sans contact. Il permet par conséquent d'imprimer sur des supports particulièrement variés (papier, céramique, verre, textile, plastiques mais également biscuits ou œufs avec des encres alimentaires ! …) mais également des supports en relief. C'est 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 sert à 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 par conséquent en la formation de gouttes régulières en volume et fréquence. Elles sont chargées et orientées selon le motif à générer et peuvent par conséquent 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 énormément plus élevées. On l'utilise surtout 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 par conséquent atteint le média à différents lieux.

Données techniques (2002) :

viscosité : à peu près 1 mPa. s,
énergie de surface : 30-40 mN/m,
Volume de la goutte : 10 pL,
Vitesse d'éjection : à peu près 50 m/s,
fréquence : 1 MHz,
Taille de l'orifice : 10 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 considère généralement 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 à peu près 350°C, on provoque une vaporisation locale de celle-ci et par conséquent une surpression (un gaz prend près de 24 fois plus de place qu'un solide, selon les conditions). Comme auparavant, une goutte est éjectée pour répondre à ce déséquilibre. Cependant, ce type d'éjection pose certains problèmes, surtout à causes des contraintes thermiques que doit subir l'encre.

Le valve jet est aujourd'hui 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 principalement industrielle, pour imprimer de gros caractères. L'avantage était que le fait d'avoir un réservoir fermé permet d'utiliser des solvants volatils et par conséquent un séchage plus rapide.

La thermofusion est inspirée du procédé piézo-électrique mais ici, l'encre est solide. Elle doit être chauffée à à peu près 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 par conséquent indispensable 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 : à peu près 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).

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 ainsi qu'à gérer dans les buses de jet de l'encre, mais elle est particulièrement sensible à l'érosion ainsi qu'à la corrosion par les gaz (ce qui réduit énormément 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 (uniquement quelques microns tout de même), quelquefois emballées dans une gaine de résine, qui sont simplement transportées par un fluide transparent et aisément 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 quelquefois 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, nommés encres conductrices. Elles sont composées de particules métalliques ou de polymères conducteurs.

Cela permet d'imprimer des radio-étiquettes, étiquettes intelligentes qui perfectionnent la traçabilité des produits. Elles sont fréquemment 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 aujourd'hui réalisés par photolithographie (photo-imaging) ou par sérigraphie (screen-printing). La technologie jet d'encre peut aussi 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 l'unique 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 le plus souvent 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 le plus souvent l'imprimé sur un dispositif 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 dispositif d'épreuvage simule l'engraissement génèré par la presse offset (utilisation d'un profil ICC, pour les dispositifs numériques, qui caractérise la presse qui sera utilisée pour l'impression). L'épreuvage peut être réalisé en jet d'encre DOD, qui donne de particulièrement bons résultats en termes de qualité.

Grande laize

Le jet d'encre est l'unique procédé permettant d'imprimer de grandes laizes (largeurs). Aujourd'hui, 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 le plus souvent uniques, il est impossible de les imprimer avec les procédés classiques. La technologie utilisée est le plus souvent 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 aussi à l'impression des affiches d'abris-bus, aujourd'hui imprimées en sérigraphie.

Textile

Les textiles sont le plus souvent imprimés en sérigraphie, sublimation thermique ou transfert. Le jet d'encre se positionne aussi sur le marché.
Il a l'avantage d'être particulièrement flexible sur la conception du fichier image et permet par conséquent de s'affranchir de certaines contraintes techniques inhérentes aux métiers de l'imprimerie. L'impression jet d'encre sur textile sert à diminuer les temps de production et d'augmenter la réactivité. La qualité de l'image imprimée est acceptable sur un textile blanc mais toujours 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 à l'endroit 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 l'instant 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 le plus souvent 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 aussi être résistantes aux traitements (stérilisation à la vapeur sous pression à 125°C pendant 25 min) Le marquage est aussi présent dans l'automobile, l'électronique, l'industrie du câble, la construction aéronautique…

L'impression personnalisée

Comme procédé numérique, le jet d'encre sert à changer le design à chaque imprimé. Il peut par conséquent s'attaquer au marché de l'impression personnalisée. On en voit bon nombre dans les publicités mais il devient envisageable de commander du vin avec un étiquette à son effigie, avoir des skins uniques…

Giclée

Impression grand format en haute résolution, conçue pour 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 aussi 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 envisageable) mais pour sa conductivité électrique.

Liens externes

L'encre des imprimantes à jet d'encre - Pigment ou colorant ? Comparaison technique

L'histoire de l'imprimante alimentaire

Encres à pigment ou encre à colorant : définitions

Recherche sur Amazone (livres) :

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