La trasformazione digitale della stampa industriale sarà una delle principali novità cui prestare attenzione alla prossima drupa (31 maggio – 10 giugno). Un esperto ci spiega perché.

di Ron Gilboa *

Nella recente evoluzione dell’industria grafica, la stampa industriale si è affermata come una tecnologia usata dal packaging intelligente alla stampa di materiali funzionali e per il settore elettronico. La stampa industriale utilizza tradizionalmente tecnologie analogiche, come offset, rotocalco, flessografia e serigrafia. Le applicazioni comprendono la stampa su tessuti, ceramica, pavimenti, laminati, vetro, legno fino a interruttori a membrana, elettronica stampata, imballaggi flessibili e persino alcuni materiali biomedici.

Personalizzazione di massa

Articoli quali i tessuti per il settore della moda, laminati decorati, piastrelle in ceramica e l’imballaggio sono divenuti disponibili per i consumatori grazie ai processi e alla tecnologia di produzione di massa. Sebbene questa consenta di ridurre il prezzo unitario, richiede un investimento elevato nella capacità di produzione nonché una supply chain adatta alla gestione del flusso in ingresso e in uscita di materiali e merci.
Stando alle stime, la produzione di massa a livello mondiale di prodotti decorativi è pari a quasi mezzo trilione di dollari in merci prodotte in vetro, piastrelle, rivestimenti per pavimenti/laminati, tessuti e rivestimenti per pareti.
Tuttavia, il desiderio di personalizzare sempre più l’ambiente, accompagnato dalle innovazioni inarrestabili nella scienza dei materiali e nella tecnologia di deposizione dei materiali digitali, rappresentano una spinta alla transizione dalla produzione di massa alla personalizzazione di massa. Questa transizione offre ai consumatori e agli acquirenti istituzionali i mezzi per personalizzare il proprio ambiente con superfici decorative che rispecchiano i loro gusti e le loro sensibilità visive. Oggi la stampa digitale viene impiegata per consentire la personalizzazione di massa in misura sempre maggiore, offrendo al contempo una serie di altri vantaggi, tra cui efficienza operativa nella produzione e impatto ambientale positivo.

L’era digitale

La stampa digitale è nata assieme a una serie di tecnologie che hanno dato inizio a un nuovo processo di produzione integrato. Per quanto promettenti, le innovazioni iniziali sono spesso state costose e non hanno generato una qualità accettabile. Una delle tecnologie leader in questo ambito è stata la stampa inkjet. Per molti anni, le tecnologie di stampa inkjet, tra cui il getto di inchiostro continuo o drop on demand (DoD) e hanno faticato a farsi accettare a causa dei costi elevati, dei problemi di affidabilità e della gamma limitata di inchiostri disponibili, fattori che limitavano in effetti la gamma di applicazioni.
Negli ultimi due decenni, gli sviluppi tecnologici in termini di materiali e teste di stampa hanno generato prodotti che hanno trasformato in modo efficace le dinamiche di settore per consentire la personalizzazione di massa con l’impiego della tecnologia inkjet.
Ora questi cambiamenti stanno interessando anche il settore industriale. Queste soluzioni inkjet consentono ai produttori di ottenere prodotti di qualità, offrendo al contempo i vantaggi operativi della stampa digitale.
Tuttavia, per quanto possa essere importante l’efficienza operativa, essa è solo uno degli elementi alla base della crescita del mercato. La capacità di realizzare in modo economico prodotti a basse tirature sta rendendo più democratico il processo creativo. In un settore in cui la stampa richiede meno tempi di allestimento e scorte sensibilmente ridotte, i progettisti sono ora liberi di esplorare nuovi prodotti, materiali e tecnologie di produzione che non richiedono un investimento così elevato come quelli necessari per i prodotti di massa. Con l’aiuto di Internet, questi prodotti generano richiesta per una serie di applicazioni in precedenza non disponibili per consumatori e B2B. Unite ai vantaggi operativi, queste opportunità promosse dal mercato possono determinare una crescita redditizia di aziende di piccole e grandi dimensioni.

Lo scenario industriale

Un elemento comune a tutti i settori della stampa è la necessità di depositare con precisione una serie di materiali quali i leganti presenti negli inchiostri e materiali funzionali. Le tecnologie di base solitamente migrano a settori adiacenti, ad esempio una tecnologia inizialmente adottata da un segmento troverà il suo utilizzo anche in un’altra direzione e nel frattempo verrà modificata sulla base di esigenze specifiche di un dato settore. Sebbene la rivoluzione digitale abbia seguito diversi percorsi, il più importante finora è stato nel settore della grafica in cui la stampa digitale on-demand è una tecnologia consolidata con oltre un miliardo di stampe in A4 all’anno. L’uso della tecnologia digitale sta ora vivendo una migrazione ed è in crescita in segmenti industriali come imballaggi, stampa decorativa e funzionale.
Per comprendere meglio gli andamenti chiave che stanno interessando una serie di settori, abbiamo stilato un breve elenco con descrizioni e alcuni esempi che illustrano il ventaglio di soluzioni oggi disponibili in tali segmenti di settore.

Imballaggio

Quello degli imballaggi è un settore con oltre 368 miliardi di € di fatturato a livello mondiale (InfoTrends 2014). Le applicazioni vanno dai semplici scatoloni in cartone ondulato a etichette per prodotti di fascia alta. Negli ultimi anni, la stampa digitale a colori ha creato una base importante di soluzioni elettrofotografiche e inkjet. Queste soluzioni sono state alla base di circa 1 miliardo di metri quadrati nel 2015 e si prevede che raggiungeranno i 2 miliardi di metri quadrati nel 2019, per un tasso di crescita medio (CAGR) pari al 23%. Grazie alla nuova generazione di stampanti inkjet, questo settore si sta ora rivolgendo agli astucci pieghevoli, all’imballaggio flessibile, alla stampa direct to shape su oggetti. Oltre all’utilizzo per mock up e tirature di prova, oggi sono attive linee di produzione totalmente integrate. Le soluzioni pensate per la produzione di a bobina o a foglio di scatole in cartone ondulato sono disponibili presso i principali fornitori di settore con velocità di stampa che superano i 200 metri al minuto.
Il direct-to-shape è un altro esempio di categoria emergente dove industria grafica, tecnologie e fornitori specifici per settore si sono riuniti per soddisfare le richieste di stampa personalizzata come mai accaduto in precedenza. Un esempio è un importante marchio che sta offrendo bottiglie di birra stampate in digitale personalizzate e collegate a una campagna di realtà aumentata. Non si tratta di un concetto completamente nuovo, tranne per il fatto che è realizzato su scala industriale da un produttore tradizionale.

Stampa decorativa

La stampa decorativa rappresenta un ampio segmento di mercato con una gamma di applicazioni. Il volume di stampa digitale in questo segmento è elevato – circa 9 miliardi di metri quadrati – e in rapida ascesa. Questo tipo di stampa si concentrerà soprattutto su ceramica, tessuti, laminati, legno,vetro, rivestimenti per pareti.

Ceramica

Il settore delle piastrelle ceramiche è molto ampio, con oltre 12 miliardi di metri quadrati di piastrelle prodotte a livello mondiale nel 2014 (InfoTile 2014). Questo segmento industriale utilizzava solitamente macchine da stampa analogica per stampare sulle piastrelle prima del processo di cottura, il che si traduceva in un prodotto economico in grado di entrare in competizione con la resistenza della pietra naturale. Tuttavia, l’impiego dei cilindri per la stampa presenta alcuni suoi – le ripetizioni di motivi sono limitate e richiedono sostituzioni costose. Poiché la stampa digitale ha sensibilmente migliorato i tempi di commercializzazione, ha consentito un ampliamento dei modelli e ha ridotto i tempi di allestimento, ed è ormai utilizzata per la maggior parte della produzione di piastrelle in Europa e anche in Cina. Inoltre, la tecnologia digitale offre la stampa a rilievo in cotture successive per aggiungere un effetto tramato.

Tessuti

La stampa su tessuti è un vasto settore con una tradizione radicata in paesi come Italia, Turchia, India, Giappone, Corea e Cina. I tessuti stampati hanno raggiunto oltre 35 miliardi di metri quadrati (InfoTrends Digital Textile Forecast 2014) usando stampanti serigrafiche o transfer, ma oggi l’uso di stampanti digitali è in rapida ascesa, portando alla scomparsa dei tradizionali blocchi intagliati in legno che venivano usati per la stampa tessile. Ora che è possibile utilizzare inchiostri speciali a pigmenti a base acqua con un ampio ventaglio di fibre naturali e sintetiche, ed è possibile creare prodotti finiti economici con colori vivaci.
La richiesta in continua crescita di efficienza operativa e il desiderio di offrire ai clienti design all’avanguardia sono stati catalizzatori fondamentali nell’evoluzione del mercato. Sin dagli inizi degli anni ’90, i rivenditori di tecnologia inkjet hanno cercato di rendere l’inkjet una soluzione adatta ai produttori di tessuti. Negli ultimi anni si è registrata una rapida crescita della stampa inkjet su tessuti in aziende di ogni dimensione. Si prevede che la stampa digitale su tessuti registrerà un tasso medio di crescita (CAGR) di oltre il 30%, superando i 3,2 miliardi di metri quadrati entro il 2019 (previsione InfoTrends Digital Textile Forecast). Questa rapida crescita può essere attribuita a una riduzione dei tempi di allestimento, dei costi e in un ambiente di produzione rispettoso dell’ambiente e alla democratizzazione dei design che consente ai proprietari dei marchi di raggiungere il mercato in modo rapido ed efficiente (per approfondire l’argomento della stampa tessile rimandiamo alla rivista online METAinITALY).

Laminati e legno

I settori edile e dei mobili, i prodotti derivati dalla lavorazione del legno hanno fatto uso per decenni di carta decorativa stampata e di laminati. Con un ampio ventaglio di design che imitano le venature naturali del legno, la pietra e motivi grafici, i laminati rappresentano un sostituto economico ai materiali naturali. In alcuni casi, i laminati vengono preferiti perché sono più resistenti. Prodotte tradizionalmente usando la stampa rotocalco, le carte decorative vengono convertite in laminati usando una vasta gamma di processi. Questo settore ha prodotto nel 2014 oltre 300 milioni di metri quadrati di stampati digitali. La pressione imposta allo sviluppo di laminati a basse tirature o personalizzati sta generando una domanda crescente di prodotti di fascia media e di prodotti industriali che potranno essere ottenuti in volumi che possono competere con quelli delle tradizionali macchine rotocalco.
Numerosi fornitori leader di laminati e di carta decorativa (ad es. Schattdecor, WilsonArt e Formica) stanno offrendo laminati personalizzati sulla base delle richieste di utenti finali per ottenere livelli superiori di libertà di progettazione e personalizzazione. Queste tendenze vengono a seguito di anni di produzione di successo di pavimenti laminati nonché di una serie di motivi ornamentali per il settore edile. Sulla scia delle soluzioni di laminato stanno emergendo numerose soluzioni di stampa diretta su diversi prodotti di legno quali il MDF, il compensato e il legno naturale. Questi materiali non richiedono una laminazione e vengono impiegati per aggiungere una superficie decorativa a una gamma di applicazioni residenziali e commerciali.

Rivestimenti murali

I rivestimenti murali esistono sin dai tempi dell’antica Cina, quando le pareti dei palazzi venivano decorate con queste applicazioni. Nel 1481, Re Luigi XI di Francia ordinò carta da parati per le sue dimore reali e Jean Bourdichon dipinse 50 rotoli di carta con angeli su sfondo blu perché Re Luigi si spostava frequentemente di castello in castello. I rivestimenti murali hanno fatto enormi passi avanti da quei tempi e sono ora comunemente disponibili nelle residenze moderne e in edifici commerciali. Le tecniche di stampa offset, flessografica e rotocalco sono state ampiamente utilizzate per produrre carte da parati standard con volumi stimati attorno ai 52 milioni di metri quadrati all’anno nel 2014.
Le soluzioni di stampa digitale di grande formato che hanno inaugurato generazioni di soluzioni innovative di comunicazione grafica in una serie di settori sono migrate al segmento dei rivestimenti murali. Gli sviluppi nell’ambito degli inchiostri di stampa digitali (ad es. inchiostri UV latex e flessibili) consentono ora la stampa su supporti industriali standard che soddisfano le normative relative a salute e sicurezza. Applicazioni quali murales e rotoli di carta da parati dalla grafica ricca stanno diventando sempre più comuni e sono disponibili presso diversi fornitori.

Vetro

Il vetro decorativo ha abbellito per millenni le nostre città all’interno di cattedrali, palazzi e in una serie di edifici pubblici e privati. Le applicazioni vanno da vetrate a piombo a pannelli in vetro serigrafato e questi elementi sono stati utilizzati per rafforzare il marchio, promuovere l’espressione artistica o creare semplici insegne. Il mercato del vetro piano rappresenta oltre 64 miliardi di € di fatturato annuo e sta iniziando ad adottare la stampa digitale in quanto mezzo per ampliare il proprio mercato. Con lo sviluppo delle teste di stampa inkjet in grado di stampare inchiostri ceramici sul vetro, numerosi settori stanno iniziando a usare la tecnologia di stampa digitale per produrre vetro decorato a lunga durata adatto per impieghi in ambito architettonico e industriale.

Stampa funzionale

Un altro tipo di stampa industriale è quello in cui sulla superficie stampata viene depositato un materiale o un inchiostro che consente determinate funzionalità. Tali applicazioni traggono vantaggio dalla generazione piezoelettrica o continua di gocce per consentire la deposizione di una gamma di materiali. Le applicazioni comprendono interruttori a membrana, elettronica stampata, stampa 3D e una gamma di innovazioni in particolati di piccole dimensioni (ad es. nano-particolati) che si stanno espandendo verso applicazioni farmaceutiche e biomediche. Questa sezione illustrerà alcuni degli sviluppi che abilitano la stampa di interruttori a membrana, elettronica stampata e stampa 3D. Sebbene vi siano diverse altre tecnologie di deposizione estremamente interessanti, sono solitamente limitate ad ambiti di settore specializzati nel settore delle scienze naturali.

Interruttori a membrana

The American Society for Testing and Materials (ASTM) definisce un interruttore a membrana come “un dispositivo di interruttore momentaneo in cui almeno un contatto è applicato su o costituito da un substrato flessibile”. Tali substrati flessibili sono solitamente stampati su PET, impiegato come portaconnettore. Sono dispositivi estremamente comuni in elettrodomestici, dispositivi medici, smartphone, giocattoli o dispositivi di gioco.
Le tecnologie di stampa vengono usate regolarmente nella produzione dello strato superiore grafico e in parte della circuiteria in cui vengono impiegati inchiostri conduttivi. Gli sviluppi nella tecnologia di stampa UV digitale – tra cui inchiostri flessibili e LED – stanno ampliando la gamma di applicazioni di interruttori a membrana e materiali di supporto per includere i substrati flessibili che possono essere essiccati con meno energia e calore. In alcune applicazioni a volumi più elevati, l’essiccazione con la tecnologia EB (electron beam) a fascio di elettroni consente la deposizione e l’essiccazione su substrati sensibili. In tutti questi casi, basse tirature di stampa personalizzata possono prendere il posto della tecnologia di stampa serigrafica o flessografica.

Stampa 3D

Il settore della stampa 3D è un campo ampio che accoglie tecnologie, applicazioni, materiali, prezzi e soluzioni diversi. Le attuali tecnologie di stampa 3D comprendono binder jetting (getto legante), trasformazione digitale della luce, fusione con fascio di elettroni, fabbricazione di filamento fuso, getto di materiale, laminazione con deposizione selettiva, sinterizzazione al laser selettiva e stereolitografia. Tutte queste tecnologie presentano vantaggi e svantaggi ed è probabile che questo elenco si allungherà ulteriormente nel tempo con i contributi di altri venditori in questo segmento. Il mercato si delinea in tre categorie di prodotti: di produzione, professionale e personale. Applicazioni tipiche realizzate con stampanti 3D includono prototipi, stampi e matrici e prodotti per uso finale. Tali applicazioni vengono impiegate da quasi tutti i settori per creare una gamma di elementi da prodotti per ricerca nanografici fino a pezzi per aeroplani. Il segmento si sta sviluppando rapidamente e non passa quasi giorno senza che giunga all’orecchio notizia di un’innovazione che abilita un’altra applicazione interessante. L’elemento di interesse della stampa 3D è la sua natura additiva – gli scarti sono limitati, i tempi di commercializzazione ridotti e sono possibili design personalizzati.

Elettronica stampata

L’elettronica stampata si affida alle tecnologie di stampa tradizionali per creare dispositivi elettrici basati su diversi supporti. I circuiti elettrici sono stati stampati usando la stampa serigrafica, flessografica, rotocalco e litografica per molti anni e oggi la stampa inkjet è un’alternativa disponibile. Con questo processo, inchiostri conduttivi vengono depositati sul supporto per creare dispositivi attivi o passivi come transistor o resistori in pellicola sottile. Si prevede che l’elettronica stampata verrà utilizzata in applicazioni quali cartelloni flessibili, etichette intelligenti, poster decorativi/animati e abbigliamento sportivo.
Un esempio di un settore in cui la tecnologia digitale sta emergendo come alternativa a un’implementazione più complessa e costosa è la creazione di componenti per cartelloni OLED (Organic Light Emitting Diode).
La stampa su cartelloni digitali è in prima linea nell’innovazione; la deposizione digitale di materiali funzionali è stata in fase di sviluppo sin dagli inizi degli anni ’90 e può essere ora ritrovata in una serie di applicazioni tra cui tag RFID, tessuti intelligenti e molti altri componenti elettronici stampati. Tuttavia, le tecnologie di stampa tradizionale come flessografia e fotolitografia sono ancora impiegate per la produzione di elevati volumi di elettronica stampata. Ciò crea numerose opportunità di crescita in questo settore per un gruppo di fornitori di stampa specializzata.

• Ron Gilboa è direttore dell’InfoTrends’ Production & Industrial Printing Advisory Service e si occupa di imaging e stampa digitale sin dal 1980. L’articolo è stato fornito dalla direzione marketing di drupa 2016, e adattato ai lettori italiani.