잉크를 만들 때는 비교적 소수의 화학물질만 사용합니다. 따라서 일관되고 신뢰할 수 있는 인쇄 품질을 보장하기 위해서는 다양한 환경이나 인쇄 공정에서 이 화학물질이 어떻게 상호 작용하고 반응하는지 파악해야 합니다.
이 글에서는 도미노 프린팅 사이언스의 그룹 프로그램 이사인 Josie Harries 박사가 연속식 잉크젯(CIJ) 마킹기의 분사 공정에 실시한 면밀한 검사를 통해 수십 년 동안 마킹 및 코딩 업계를 혼란스럽게 했던 문제의 근본 원인을 밝히는 데 얼마나 도움이 되었는지 밝힙니다.
도미노의 R&D
고객에게 최고의 성능과 가치를 제공하기 위해 도미노에서는 제품, 솔루션, 서비스를 발전시킬 수 있는 새로운 방법을 끊임없이 모색하고 있습니다. 도미노는 연구 및 개발(R&D) 노력의 일환으로 신뢰할 수 있는 새로운 잉크 제형을 개발하고 다양한 생산 환경에 맞게 잉크를 최적화할 수 있는 방법을 모색하는 데 중점을 두고 있습니다.
음료수 캔 생산라인에서 깨끗하고 선명하게 마킹을 하려면 케이블이나 시멘트 봉지 마킹처럼 가혹한 산업 환경에서 사용되는 잉크와 매우 다른 유형의 잉크가 필요합니다. 따라서 신뢰성을 보장하기 위해 다양한 조건에서 잉크가 작동하는 방식과 마킹기 성능에 미치는 모든 후속 영향을 고려하는 것이 중요합니다.
연구의 일부분으로 도미노는 CIJ 마킹기의 분사 과정을 더 잘 파악하기 위한 프로젝트를 진행하고 있습니다. 어떤 제형으로 신뢰할 수 있는 잉크를 만들 수 있는지 파악할 수 있도록 고객의 공장에서 발생할 수 있는 모든 변수를 반영하기 위해 뜨거운 환경부터 얼음같이 차가운 환경, 끈적이는 환경, 먼지가 많은 환경에 이르기까지 모든 유형의 대기 환경에서 잉크젯 제형이 어떻게 작동하는지 조사하고 있습니다.
도미노가 살펴본 특정 영역 중 하나는 입자 축적입니다. 이는 작은 잉크 침전물이 CIJ 마킹 헤드 안의 굴절판 위에 쌓이는 것을 말합니다. 이렇게 입자 물질이 축적되면 더 자주 청소해야 하고, 장기간 축적된 채로 둘 경우 가동 중단 시간을 유발할 수 있기 때문에 CIJ 마킹기를 사용하는 제조업체에게 문제가 됩니다.
CIJ 마킹기에 내재된 문제임에도, 코딩 및 마킹 업계는 입자 축적에 대해 잘 언급하지 않습니다. 예전부터 잉크젯 마킹기용으로 개발된 특정 잉크는 이렇게 입자가 축적되기가 쉬워, 이 문제를 최소화하기 위해 수년 동안 다양한 설계 방식의 마킹기가 개발되었습니다. 그럼에도, 이 문제가 발생하는 이유에 대한 구체적인 증거와 이를 극복하는 방안에 대한 실질적인 이해는 항상 결여되어 있었습니다.
지금까지는 그랬습니다.
축적 과정에서 생성되는 물질이 너무나 작아서 예전부터 이를 시각화하기가 힘들었습니다. 연구의 일환으로 도미노는 입자 축적 현상을 면밀히 조사하여 그 근본 원인을 밝혀내고자 했습니다. 이를 위해, 케임브리지 대학 제조 연구소(IfM)와 협력하여 미시적 수준에서 분사 공정 시 정확히 무슨 일이 일어나는지를 더 명확하게 알아보았습니다.
성공을 위한 협업
IfM과 협력하여 프린트 헤드 안에서 발생하는 축적을 관찰하기 위해 일련의 고속 시각화를 수행했습니다. 실험에서는 레이저 조명과 연기를 사용해 잉크젯 스트림 안에 있는 입자의 세부 이미지를 촬영했습니다. 시각화 결과, 입자 축적은 메인 잉크젯 스트림에서 분리된 작은 위성 잉크 방울에서 비롯되어 이후에는 굴절판에 의해 생성된 정전기장에 의해 전기를 띠는 것으로 드러났습니다. 이 대전된 입자가 프린트 헤드에 축적되기 때문에 마킹기를 계속 작동시키려면 정기적으로 세척해야 하는 것입니다.
도미노는 시각화 기술을 통해 현상을 관찰하고 다른 제형으로 위성 잉크 방울의 동작을 모니터링할 수 있었으며, 프린트 헤드를 실행하는 데 사용한 설정들을 변경시켜가며 어떤 요인이 입자 축적에 영향을 미치는지 더 잘 이해할 수 있었습니다. 전체 결과와 프로젝트 세부 사항에 대한 자세한 내용은 IfM과 공동으로 작성한 논문, "Deflecting the Issue: The Origin of Nanoscale Material Build-up in Continuous Inkjet Printing"에서 확인할 수 있습니다.
IfM과의 공동 작업을 통해 도미노는 입자 축적과 나아가 잉크젯의 신뢰성에 있어 잉크 제형의 역할을 이해할 수 있는 길을 제공했습니다. 이를 통해 도미노는 문제를 일으킬 가능성이 높은 화학 물질을 피해 축적 발생을 방지할 수 있도록 잉크 설계를 최적화하였습니다. 따라서 프로젝트 말기에 문제를 발견하기보다는 이러한 기술을 사용하여 개발 초기에 미리 재료를 선별할 수 있습니다. 또한 IfM이 사용하는 시각화 기법처럼 도미노 내부의 역량을 개발할 수 있는 부분이 있는지 파악하는 기회가 되었습니다. 이로써 새로운 잉크 개발 프로세스의 일환으로 추가 연구를 수행할 수 있습니다. 이런 방식으로 도미노는 앞으로 새로운 생산 공정이 발생하는 대로 그때마다 고객에게 신뢰할 수 있는 솔루션을 지속적으로 제공할 수 있습니다.
본 연구의 이점은 두 가지입니다. 하나는 더 나은 가동 시간을 제공하는 마킹기 설계 방법을 업계가 더 잘 이해하도록 돕는 것입니다. 두 번째는 잉크 제형 공정을 자세히 알림으로써 R&D 팀이 특정 마킹기 및 특정 생산 환경에서 안정적으로 작동하는 잉크를 개발하여 가동 중지 시간과 낭비를 줄이는 데 도움을 주는 것입니다. 이는 효율성과 지속가능성 관점에서 고객에게 가치를 더하며, 소비자 유치, 정보 제공, 소비자 보호와 동시에 고객이 지속가능하고 낭비를 줄일 수 있도록 돕겠다는 회사의 목적과 의지를 담고 있습니다.
결론
이번 CIJ 마킹기에서 입자 축적의 기원에 대한 탐구는 도미노의 성공적인 R&D 사례 중 하나로, 고객과 코딩 및 마킹 산업 전반에 도움이 될 것입니다. 마킹기의 작동 방식을 더 잘 이해하고, 신뢰할 수 있는 솔루션을 빠르고 효율적으로 개발하는 새로운 방법을 발굴하는 것 역시 도미노에서 진행 중인 노력의 일부입니다.
IfM나 동료 또는 외부 파트너 등과의 협업은 도미노 R&D에 중요한 요소입니다. 또한 도미노의 핵심 비즈니스 가치 중 하나이며, 전문성을 쌓기 위해 도미노가 노력하는 방식의 핵심 부분이기도 합니다. 독단적으로 연구한 문제나 아이디어는 한 기업의 지식, 경험, 기술적 역량에 제한되므로 진전시키는 데 한계가 있습니다. 도미노는 IfM과 함께 협력하여 기존의 테스트 기능을 확장하고 보다 폭넓은 지식 기반을 활용할 수 있었습니다.
특정 산업이나 조직 외부와의 협력은 다양한 사람들이 가진 고유의 기술들을 한데 모아 창의적인 혁신을 촉발합니다. 도미노 R&D 팀이 고객, 산업 협회, 대학 및 기타 교육 기관과 긴밀히 협력하는 덕분에 마킹 산업 및 고객의 사업체에 영향을 미치는 여러 요소에 대해 심도 있는 지식과 이해를 갖출 수 있습니다.