DataMatrix 코드는 다양한 지역 및 국가별 일련번호 인쇄에 표준이 되었다. DataMatrix 기호와 다중 라인 인쇄에 필요한 고해상도 인쇄를 제공한다. 본 기술 보고서는 레이저 및 고해상도 인쇄 기술이 모두 포함된 DataMatrix 인쇄에 대한 개요를 설명한다. 

제약 포장 기준 및 요건

포장 기준은 생산업체의 고객이 전세계적으로 점차 늘어나고, 많은 국가에서 일련번호 인쇄를 요구함에 따라 점점 더 복잡할 것으로 예상된다.

생명 과학 포장 인쇄의 경우는, 최근 코딩 및 마킹 산업의 혁신을 일으켜 왔으며, 이런 상황은 당분간 지속될 것이다. 지난 10년 동안 고해상도 인쇄, 일련번호, 프린터 청결과 관련된 생산 필요성으로 기존 인쇄 프린터의 지속적인 개발과 새로운 인쇄 기술 도입을 촉진시켜 왔다. 따라서 포장 기술자와 관리자들은 이제 필요에 맞는 여러 가지 인쇄 코딩기 중에서 선택할 수 있다.

잘못 적용된 프린터 선택은 포장 작업의 속도와 생산성을 저하시켜 불만의 원인이 될 수 있다. 적합하게 지정 및 선택한 프린터는 포장 라인의 중요한 요소다.

포장업체들은 일련번호 마킹에 가장 일반적인 2가지 인쇄 기술인 레이저와 TIJ(고해상도 잉크젯) 중에서 한가지를 선택하도록 요구받고 있다. DataMatrix 코드는 다양한 지역 및 국가별 일련번호 인쇄에 표준이 되었다. 그러나 본 기술 보고서에서 언급한 내용 및 권장사항은 DataMatrix 코드를 포함한 고품질 인쇄 및 마킹이 필요한 응용분야에 다양하게 적용될 수 있다.

기술 개요

레이저 인쇄와 TIJ 인쇄 모두 DataMatrix 기호와 다중 라인 인쇄에 필요한 고해상도 인쇄를 제공한다 TIJ 프린터는 카트리지 또는 프린트헤드를 지나면서 포장에 미세한 잉크 방울을 분사한다. 이러한 잉크 방울은 각 노즐 아래의 작은 저항기가 빠르게 순환하면서 일련의 정밀 게이지 노즐로부터 분사된다. 이러한 저항기는 소량의 잉크를 끓여 작은 증기 기포를 생성하고, 증기 기포는 잉크 방울을 분사한다(그림 1).

▲ 그림 1

반대로 레이저 코더는 집중 광선을 사용해 새기거나, 재질을 물리적으로 변경한다. 광선은 2개 면에 레이저 빔을 명중하는 2 반사경 검류계를 통해 조정된다(그림 2).

▲ 그림 2

특정 적용분야에 적합한 기술을 파악하려면 다음 기준을 고려해야 합니다.

• 재질

• 속도

• 재질 취급 및 전송

• 설치 고려사항

• 비용(자본 및 운영)

재질 고려사항

인쇄하는 재질은 인쇄 기술 선택에서 첫 번째 기준이 되어야 합니다. 2가지 기술 중, TIJ가 재질 응용에서 제약이 더 많아 포장 기술자의 선택을 수월하게 해주는 경우가 많다. 그러나 두 기술 모두 재질 선택과 준비에 있어서 평가할 사항이 있다.

제약용 카톤 박스와 종이 라벨은 일반적으로 포장재 보호를 위해 겉칠이 된 경우가 많다. 최근까지도 고해상도 잉크젯 프린터용 잉크는 수성이어서 겉칠이 된 재질에서 부착성이 떨어졌다. 과거엔 고해상도 잉크젯 기술을 사용할 경우, 인쇄창에서 겉칠이 되지 않도록 포장 공급업체에 인쇄 마지막 단계를 수정해 달라고 요청해야 했다(이 단계는 포장에 대한 ‘마무리’ 단계로 불린다). 그러나 고해상도 잉크젯 인쇄 기술의 혁신으로 MEK(메틸에틸케톤) 또는 기타 라이트 솔벤트 등이 포함되어 고해상도 잉크젯 프린터의 적용 범위가 넓어졌습니다. 호일, 필름, 플라스틱, 코팅된 종이 등의 재질은 이제 MEK 기반 잉크를 사용하는 고해상도 잉크젯 프린터에 사용할 수 있다. 올바른 고해상도 잉크젯 솔루션을 식별하는 일은 필요한 건조 시간을 고려하는데 필요하다. 흡수성 재질에서의 수성 잉크가 여전히 최고의 건조 시간을 제공하며 그 다음은 MEK 기반 잉크와 라이트 솔벤트 잉크다.

레이저 마킹은 종이, 플라스틱, 금속, 유리 등에 마킹이 가능하여 더욱 다양한 재질을 사용할 수 있다. 또한 레이저는 유리병 등의 굴곡 있는 표면에도 마킹이 가능하다. 가장 일반적인 제약 적용분야에서는 종이(카톤 및 라벨), 플라스틱, 금속 호일(라벨 자재, 밀봉 및 차단 자재) 등에 마킹하는 작업이 필요하다. 이러한 작업에서 레이저 마킹은 가장 일반적으로 어블레이션(CO2 및 화이버 레이저를 사용하여 재질의 최상층을 물리적으로 태움)을 통해 형성된다. 레이저 기술에서 재질의 적합성을 판단할 때 두 가지 고려사항이 있다. 레이저 광선의 흡수와 충분한 선명도를 갖는 인쇄 창을 만들어 고품질의 바코드를 생성하는 것이다. 흡수는 재질과 선택한 레이저 파장의 영향을 받는다. 

이 기준은 코딩 및 마킹 공급업체가 확인해야 한다. 적절한 코드 선명도를 위해, 진한 색상의 포장지로 조정해야 한다. 이를 가리켜 ‘플러드 필’이라고 한다. 레이저는 선명도를 높이기 어두운 부분의 최상층을 태워 네거티브 이미지를 만든다. 레이저가 재질을 약간 황색으로 변형시키면 바코드 선명도가 낮아질 수 있다(그림 3).

▲ 그림 3

속도 요건

포장 기술자들은 포장 기계 및 숙련된 작업자와 같은 소중한 자산을 최대한 효율적으로 활용할 수 있게 해야 한다. 따라서 라인 속도와 생산량은 결정의 핵심 기준이다. TIJ의 경우, 최대 라인 속도는 선택한 코드의 인쇄 해상도(재질이 이동하는 방향)와 레지스터를 켜고 끄는 최대 속도(점화 주파수)로 간단히 계산할 수 있다.

고해상도 잉크젯 기술의 주요 장점 중 하나가 모든 노즐을 동시에 분사하는 기능이므로, 코드의 복잡성(예: 2라인의 텍스트와 4라인의 텍스트)은 최대 라인 속도에 영향을 주지 않는다. 따라서 DataMatrix 바코드가 있는 4라인 코드는 이보다 간단한 2라인의 로트번호 및 유효기간 코드와 동일한 라인 속도로 인쇄할 수 있다. 고해상도 잉크젯 기술력은 앞으로 내부 추적 또는 외부(예:규제) 요건에 따라 코드 내용이 추가될 것으로 예상하는 포장 기술자들에게는 중요한 요소가 된다.

반면에 레이저의 최대 라인 속도 계산의 경우, 여러 요인이 영향을 주므로 고해상도 잉크젯 프린터보다 약간 복잡하다. 그 요인들은 다음과 같다.

•‌ 재질 - 인쇄할 부분에 열을 흡수는데 필요한 에너지(시간)

•‌ 렌즈 크기 및 인쇄 영역 크기 - 인쇄할 제품에 레이저를 적용하는 시간

•‌ 코드 크기 및 복잡성 - 인쇄에 필요한 코드 내용의 양과 총 시간

•‌ 제품 높이 - 제품 간 간격 이것이 레이저가 다음 제품에 마킹하기 전, 그 제품에 할애하는 시간의 양

앞서 설명한 일반적인 제약 응용분야의 대부분에서는 흔히 30와트 CO2 레이저 또는 20와트 화이버 레이저가 고해상도 잉크젯 기술보다 뛰어난 속도를 제공한다. 재질이 점점 까다로워지면서(예: 플라스틱, 호일, 금속), 인쇄시간이 더 길어지고, 생산 라인 속도가 느려질 수 있다. 인쇄 및 마킹 전문가는 위에서 설명한 여러 요인을 고려하여 적용 분야를 적절하게 평가하도록 지원해야 한다.

재질 취급 및 전송

레이저 프린터와 TIJ 프린터 모두 최고 품질의 코드를 제공하기 위해서는 진동없이 원활하게 제품을 전송해야 한다. 

레이저는 작동 도중에 진동이 없도록 튼튼한 마운팅 하드웨어를 이용하여 라인에 적절하게 설치돼야 한다. 마킹 렌즈 면은 마킹하는 제품과 완벽하게 평행을 이루고 마킹 헤드의 한 축이 제품 이동 방향과 90도가 되어야 한다. 두 기술 모두 연속식 또는 간헐식(중지 및 시작) 포장 작업에 적용될 수 있다(표 1). 

▲ 표 1

레이저의 장점은 이동식 혹은 고정식 포장에 모두 인쇄할 수 있다는 점이다. 

반면, TIJ로 인쇄하기 위해서는 제품이 이 TIJ 프린트헤드의 앞부분에서 이동해야 한다. 또는, 고해상도 잉크젯 프린트헤드를 정지된 제품에 물리적으로 이동시킬 수 있지만, 이렇게 하려면 포장 라인에 일부 기계를 추가로 설치해야 한다.

비용 평가

투자 및 운영 비용은 핵심 고려사항이며, 레이저와 고해상도 잉크젯 프린터는 두 가지 자본 수익 모델을 제공합니다. 총비용 면에서 TIJ와 레이저 모두 경쟁력 있는 솔루션일 수 있지만, TIJ가 레이저 기술보다 자본 비용이 낮다. 이런 장점은 특정 제품에 여러 개의 인쇄 위치가 필요할 때 특히 두드러진다.

TIJ 코더는 특정 컨트롤러에 여러 개의 프린트헤드를 추가하여 카드보드 상자의 2개 이상의 면이나 여러 레인에 쉽게 인쇄할 수 있게 한다. 

레이저는 잉크가 필요 없다는 이점이 있지만, 주기적인 필터 교체를 운영 예산에 반영해야 한다. 교체 빈도는 해당 재질의 잔해 및 연기의 양에 따른 필터 로딩에 따라 평가다. 포장 라인의 생산성과 이용량도 고려사항이다. 코딩 및 마킹전문가는 특정 응용분야의 고유한 요구사항을 고려하여 두 가지 기술에 대한 맞춤식 비용 비교표를 제공한다.

결론

레이저와 고해상도 잉크젯 기술 중에서 선택할 때 평가해야 할 요인이 여러 가지가 있다. 어느 한 쪽으로 결정을 좌우하는 기준은 없다. 

두 기술을 모두 잘 아는 코딩 및 마킹 전문가가 특정 응용분야에 구체적으로 필요한 사항과 앞으로 필요하게 될 사항을 평가한 후 최적의 솔루션을 추천할 것이다. 이러한 조언을 통해, 기업은 자체 우선순위를 고려하여 포장 작업 비용에 가장 적합한 마킹 기술을 선택할 수 있다. 

방출 거리

코더와 인쇄될 제품 간의 최대 간격은 TIJ 프린터와 레이저에 따라 서로 다르다. TIJ 프린트헤드는 제품과 매우 가까워야 한다. 이 거리를 보통 방출 거리라고 부르며, 고품질 DataMatrix 코드를 얻으려면 2mm를 넘지 말아야 한다. 2mm가 넘으면 문자가 흐릿해지고 DataMatrix 코드를 읽지 못하게 될 수 있다(그림 4).

▲ 그림 4

레이저는 TIJ와 비교할 때 초점 렌즈와 제품 사이의 거리와 제품 위치 변경 측면에서 몇 가지 이점이 있다. 일반적인 카톤 코딩은 100mm의 초점거리가 필요하며 명목적인 마킹 위치를 기준으로 한 포장면에 +/- 3mm의 오차가 허용될 수 있다.

오차 범위가 늘어나면 제품에 인쇄할 때 안전 범위가 조금 더 늘어난다.

설치 고려사항-성공적인 통합에 필요한 요소

설치 고려사항 - TIJ

고해상도 잉크젯 프린터의 방출 거리가 제한적이긴 하지만, TIJ 기술은 본질적으로 깔끔하고 프린트헤드가 비교적 작아 포장 라인에 설치하기가 쉽다. 프린터의 바로 다음 단계에서 인쇄한 코드와 접촉하지 않도록 앞의 잉크와 가이드 레일을 적절하게 배치하면, 1초 이하의 건조 시간을 달성할 수 있다.

설치 고려사항 - 레이저

적절하고 안전한 설치를 위한 레이저 인쇄는 추가로 2가지가 고려되어야 한다. 바로 빔 인클로저와 집진기다.

사용자의 안전을 위해 인클로저는 정상 작동 중에 레이저 에너지에 접근할 수 없도록 설치해야 한다. 인클로저는 액세스 도어 연동 장치가 포함되어야 하며 모든 분리형 패널에 경고용 라벨을 붙여야 한다. 레이저 시스템의 완벽한 인클로저가 불가능하다면, 빔 실드를 마킹 헤드 주변에 직접 적용해야 한다. CO2 레이저의 경우 폴리카보네이트와 아크릴은 허용된 빔 실드 재질이다. 파이버 및 Nd-YAG 레이저의 경우, 인클로저는 판금으로 제작되어야 한다. 

레이저 마킹을 위한 어블레이션 과정에서 인체에 유해한 미세 물질 및 가스가 포함된 증기가 발생한다. 칩보드용 카톤과 종이 라벨에 인쇄하는 레이저 작업에서도 미세 입자가 발생하여 작업자가 흡입할 수 있다. 레이저 설치의 모범 사례에는 필터링 시스템을 갖춘 집진기 장치가 포함된다. 보통 3단계로 필터링이 이뤄진다. 거친 입자를 걸러내는 사전 필터, 미세한 입자를 걸러내는 HEPA 필터, 가스를 빨아들이고 냄새를 제거하는 화학적 필터가 있다. 인쇄 및 마킹 전문가는 레이저 설치 시 이러한 두 가지 고려 사항과 관련한 지침서를 제공한다.

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