Siebdruck – Druckverfahren mit hoher Farbschichtdicke

Die Technik des Siebdruckverfahrens

Bei der Technik des Siebdrucks gelangt die Druckfarbe durch ein feinmaschiges Gewebe oder Sieb mithilfe eines Gummirakels oder Gummikratzers auf das Material wie Papier oder textiles Gewebe. Man verwendet an den Stellen, an welchen auf das Papier keine Farbe gelangen soll, entsprechende Schablonen zum Abdecken. Mit dem Siebdruck erreicht man mitunter durch die Beschichtung eine höhere Farbschichtdicke. Neben Druckverfahren, wie Hochdruck, Tiefdruck und Offsetdruck, wird der Siebdruck auch als Durchdruck, als 4. Druckverfahren, bezeichnet.

Über einen vorgefertigten Rahmen wird ein Gewebe gespannt, worauf eine Schablone aufgebracht wird. Diese Druckform wird über dem zu bedruckenden Material befestigt.

Nach dem Aufbringen der Druckfarbe auf die Schablone wird mittels Gummirakel der Farbstoff durch das Gewebe der Schablone gestrichen. Dabei gelangt die durchgedrückte Farbe auf das darunterliegende zu bedruckende Stoffteil oder das Papier. Anschließend wird das bedruckte Material getrocknet. Beim Siebdruck werden Gewebe mit unterschiedlichen Feinheiten verwendet. Dadurch kann der Farbauftrag je nach Gewebefeinheit variieren. Bei Geweben mit hoher Feinheit können besondere feine Details gedruckt werden.

Folgende Gewebearten werden heute als Siebgewebe eingesetzt:

  • Polyestergewebe

Diese Gewebe besitzen eine hohe Verzugsfreiheit und können stark bespannt werden. Sie nehmen keine Feuchtigkeit auf.

  • Nylongewebe

Sie sind dehnbarer und elastischer und beständig gegenüber bestimmten Druckfarben.

  • Stahlgewebe

Stahlgewebe sind hoch spannbar. Diese Gewebe besitzen dünne Gewebedrähte und besitzen eine größere Maschenöffnung. Nachteilig sind der Preis und die Knickempfindlichkeit.

  • Screeny

Hierbei handelt es sich um ein vernickeltes, rostfreies, gewobenes Stahlgewebe, dass vorwiegend im Etikettendruck verwendet wird.

  • Rotamesh

Rotamesh ist eine Platte mit feinen wabenartigen Öffnungen.

  • Seidengewebe

Seidengewebe wurde bis 1950 eingesetzt und dann durch Polyamid- und Polyestergewebe abgelöst.

Bei den Siebgeweben kommt es außerdem auf die Fadenstruktur an, die monofil oder multifil sein können. Multifile Gewebe werden wegen der schlechteren Druckpräzision nicht mehr eingesetzt. Die Wahl der Gewebefeinheit hängt von der Beschaffenheit des Bedruckstoffes, der Feinheit des Druckmotivs, dem gewünschten Farbauftrag und der Größe der Farbpigmente ab. Meistens werden von den Gewebeherstellern Feinheiten von 5 bis 200 Fäden pro Zentimeter angeboten. Dabei können folgende ungefähre Maße beachtet werden:

  • bis zu 30 Fäden: für Glitter, Reliefdruck etc.
  • 30 – 60 Fäden: für Textildrucke
  • 77 – 90 Fäden: für Papiere, Kunststoffe mit glatter Oberfläche
  • 120 – 140 Fäden: für feine Linien und Raser auf glatter Oberfläche
  • 150 – 180 Fäden: für feinste Linien und Raser

Entscheidend sind auch die verschiedenen Fadendicken innerhalb einer bestimmten Feinheit. Zum Beispiel gelten bei 120 Fäden pro Zentimeter noch die Feinunterschiede der Fadendicken:

  • 120 S mit dünnen Fäden, großer Maschenöffnung, geringe Gewebedicke
  • 120 T mit mitteldicken Fäden
  • 120 HD mit dicken Fäden, kleiner Maschenöffnung, höhere Gewebedicke

Gewebe mit dünnen Fäden werden für den Druck von feinen Linien und Rastern verwendet. Gewebe mit mitteldicken Fäden sind größtenteils dem grafischen Siebdruck vorbehalten.

Gewebe mit dicken Fäden sind reiß- und scheuerfest und werden wegen der kleinen Maschenöffnung für einen reduzierten Farbauftrag eingesetzt. Wegen des Lichteinfalls ist die Farbe des zu wählenden Gewebes für den Siebdruck ebenfalls von Bedeutung.

Der Siebdruckrahmen selbst besteht aus Aluminium, Stahl oder Holz. Die Siebrahmenprofile sind unterschiedlich konstruiert und müssen eine hohe Spannung gewährleisten können.

Siebdruckschablonen werden heute auf fotografischem Weg hergestellt. Bei der manuellen Schablonenherstellung werden dabei folgende Techniken unterschieden:

  • Abdeckschablone
  • Auswaschschablone
  • Papierschablone
  • Schneideschablone
  • Reduktionsschablone

Bei der fotomechanischen Schablonenherstellung unterscheidet man:

  • die Direktschablone
  • die Indirektschablone

Als Beschichtungsmethoden werden beim Siebdruckverfahren die manuelle Beschichtung und die Maschinenbeschichtung unterschieden, wobei bei Letzteren Beschichtungsmaschinen die Kopierschicht von beiden Seiten auf das Gewebe auftragen.

Alle Parameter, wie Beschichtungsgeschwindigkeit, die Anzahl der Beschichtungsfolgen oder der Anpressdruck der Beschichtungsrinne, sind dabei einstellbar. Der Druckvorgang selbst erfolgt entweder mit Druckrakel oder mit Druckmaschinen, die halb automatisch, dreiviertelautomatisch oder vollautomatisch arbeiten. Wie bei anderen Verfahren auch, so ist es beim Siebdruck auch möglich, Rasterbilder zu drucken. Diesen Vorgang nennt man dann Rastersiebdruck.

Anwendungsgebiete und Arten des Siebdrucks

Der Siebdruck wird häufig im Bereich der Werbung, der Beschriftung, des Textil- und Keramikdrucks oder für industrielle Anwendungen eingesetzt.

Es gibt drei Arten des Siebdrucks, den

  • technischen Siebdruck,
  • grafischen Siebdruck oder
  • Textilsiebdruck.

Der grafische Siebdruck wird vor allem beim Bedrucken von Plakaten, Klebern, Displays, Verkehrs- und Hinweisschildern, Werbegeschenken, Werbeplanen, Kunstdrucken, Druckveredelungen mit Glanzlackierungen, Dekoren auf CDs oder DVDs, Rubbelfarben, Lotterielosen u. a. angewendet.
Der industrielle technische Siebdruck findet Anwendung bei der Herstellung von Leiterplatten, elektronischen Schaltkreisen, Solarzellen, Herdvorsatzgläsern, Tastaturfolien, Heckscheibenheizungen, Armaturenbrettern oder durch Niedervoltspannung beleuchteten Beschichtungen.

Beim Textildruck ist der Siebdruck bekannt für die Gestaltung von T-Shirts, Sporttaschen, Bettwäschen, Gardinenstoffen, Teppichen, Bekleidungstextilien, Fahnen und vielem anderen.

Der industrielle Siebdruck gewinnt immer mehr an Bedeutung. Die Vorteile des Siebdruckes sind die hohe Farbschichtdicke, die Beständigkeit der Druckfarben und die hohe Verfahrensflexibilität Sie sind oft ausschlaggebend für die Wahl des geeigneten Druckverfahrens.

Bei den Leiterplatten werden die elektronischen Teile nicht mehr in Löchern befestigt, sondern mit Siebdruck aufgedruckte Lötpunkte eingeschmolzen. Auch die Herstellung von Tastaturfolien als Eingabetastatur bei Getränkeautomaten, Kaffeemaschinen u. a. erfolgt mit Siebdruck, indem auf die Rückseite ein grafisches Abbild der Tastatur aufgedruckt wird. Dahinter befinden sich dann Leiterbahnen und Kontaktpunkte, die auch mit Siebdruck aufgesetzt sind, sodass bei Fingerprint die jeweiligen elektrischen Kontakte und Funktionen ausgelöst werden.

3D-Druck – eine aufstrebende Technik

Das Ausdrucken von ganzen, individuellen Gegenständen für die breite Masse war bis vor wenigen Jahren pure Science-Fiction. Doch seit einiger Zeit wird das Thema 3D-Druck in unseren Medien immer präsenter. Damit werden die Fantasien, die beispielsweise in Star Trek gezeigt wurden, zumindest in Teilen Realität.

Photograph by S zillayali, distributed under a CC BY-SA 3.0 license.

Ein erster 3D-Drucker wurde bereits im Jahre 1984 von der 3D Systems Corporation in den USA gebaut. Dieser erste Versuch war durch seinen hohen Preis allerdings so unwirtschaftlich, dass er nicht für eine Serienproduktion geeignet war. Im Laufe der Zeit wurde die Technik weiterentwickelt, wodurch auch der Preis für ein solches Produkt sank. Aufgrund des Preisnachlasses hielt der 3D-Druck in den letzten Jahren Einzug in die Industrie und auch vereinzelt schon in private Haushalte.
Doch welche Verfahren werden zum plastischen Ausdrucken eingesetzt? Welche Vor- und Nachteile gehen mit der jeweiligen Produktionsart einher?

3D-Druck mit Pulverschichtverfahren

Als Grundlage für die Art des Verfahrens dient eine Pulverschicht. In diese Schicht werden mit einem Druckkopf, ähnlich dem eines 2D-Druckers, Bindemittel verteilt – also das Aussehen der untersten Ebene mit dem „Kleber“ gezeichnet. Anschließend wird erneut eine Pulverschicht aufgetragen, hier werden ebenfalls wieder die gewünschten Körner miteinander und mit den darunterliegenden Körnern verbunden. Das wird nun so oft wiederholt, bis die gewünschte Höhe erreicht ist, wobei sich die Werkbank absenkt, damit eine neue Schicht aufgetragen werden kann.

Nach der Fertigstellung können die überflüssigen, losen Körner einfach, auch unter der Zuhilfenahme einer Luftdruckpistole, entfernt werden. Bei dem Verfahren des 3D-Drucks kann das Resultat mit einem multiplen Druckkopf und verschiedenen Bindemitteln auch farbig gestaltet werden. Die Grundmittel können hier verschiedene Materialien sein. Besonders häufig wird aber Gips oder Kunststoffpulver verwendet. Es können aber auch Glas und andere pulverförmige Materialen zum Einsatz kommen.

Pulverschicht im Detail: Selektives LaserSintern (SLS), selektives LaserSchmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

Eine besondere Form des „Pulverdrucks“ bildet das so genannte selektive Lasersintern (SLS) bzw. das selektive Laserschmelzen (SLM). Bei den Verfahren kommt ein Hochleistungslaser (meist CO2) zum Einsatz, um die Körner unter einer Schutzschicht miteinander zu verschmelzen. Diese Druckform wird besonders dann eingesetzt, wenn Metall, Keramik oder Sand verbunden werden sollen.

Zum Drucken mit Metallen wird ebenfalls das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) eingesetzt. Aufgrund der hohen Temperaturen können dabei Metalle mit einem hohen Schmelzpunkt verbunden werden. Allerdings ist für das Verfahren ein Vakuum notwendig. Ein Nachteil, der speziell Drucker betrifft, welche mit der EBM-Methode arbeiten, ist eine geringere Genauigkeit, da das geschmolzene Metallpulver verlaufen kann. Bei der Gattung von Druckern hängt die Genauigkeit von der verwendeten Körnergröße ab, wobei der Verwendung des Verfahrens hinsichtlich der Auflösung definitiv Grenzen gesetzt sind.

Positiv kann über diese Art des Druckens gesagt werden, dass, aufgrund der Möglichkeit der Wiederverwendung von nicht betroffenen Körnern, ressourcenschonend gearbeitet werden kann. Des Weiteren sind beispielsweise für Überhänge keine Stützstrukturen notwendig.
Als Nachteile sind zu nennen, dass nach der Fertigung meist noch eine nachträgliche Bearbeitung erforderlich ist, beispielsweiße das Aushärten in einer Flüssiglösung. Zudem sind die Drucker sehr teuer, wodurch eine wirtschaftliche Nutzung eigentlich nur in der Industrie gegeben ist.

Schmelzdruckverfahren

Das Schmelzdruckverfahren ist die wohl populärste Gattung von Druckern. Die Drucker arbeiten mit einem Druckkopf, welcher am besten mit einer Heißklebepistole zu vergleichen ist. Die Düse erhitzt das Material, bis es schmilzt und verteilt es dann Lage für Lage auf eine Plattform. Hierfür kann je nach Druckerart entweder der Druckkopf oder die Plattform bewegt werden. Aufgrund ihrer Schmelzeigenschaften werden als Baustoffe besonders gern Kunststoff, im Speziellen Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polylactide (PLA), verwendet. Die Stoffe sind als Draht oder Stab im Handel erhältlich. Die Zeit, die für eine Lage benötigt wird, wird an die Aushärtezeit des Druckstoffes angepasst. Zusätzlich wird bei dieser Art des Druckens auch immer die Platte mitbeheizt, um das Modell im Anschluss besser ablösen zu können.

Auch bei dem Produktionstyp ist ein Farbdruck durch mehrere Druckköpfe und verschiedene Materialien möglich. Über die Genauigkeit kann hier keine Aussage gemacht werden, da sie bei verschiedenen Druckern stark variieren.

Als kleiner Negativpunkt fallen nur die benötigten Stützstrukturen auf, welche, beispielsweise für Überhänge oder Löcher, verwendet werden müssen. Diese sind jedoch aus wasserlöslichem Material und somit leicht zu entfernen.

Extrem positiv sind die Preise – dieses Verfahren stellt die günstigste Möglichkeit des 3D-Drucks dar, wodurch auch die meisten billigeren Drucker diese Art des Druckens verwenden. Die geringe Preisklasse sorgt für eine weite Verbreitung und Anwendung des Schmelzdruckverfahrens.

Flüssigdruckverfahren

Als Basis für alle Druckvorgänge des Verfahrens wird ein flüssiger und UV-empfindlicher Kunststoff benötigt, welcher in der Fachsprache als „Fotopolymer“ bezeichnet wird. Der eingangs erwähnte, erste 3D-Drucker aller Zeiten gehörte auch zu dieser Gattung. Er wendete die Stereolithografie (STL/SLA) an.

Bei dem Verfahren der Stereolithografie zeichnet ein Laser die Schichten in ein Becken, welches mit Fotopolymeren gefüllt ist. Das Becken senkt sich jeweils genau um eine Lage, nach jedem Druckvorgang, ab. Meist wird das Objekt nach dem Herausnehmen noch in eine Belichtungskammer gestellt, um es aushärten zu lassen. Nachdem die hier benötigten Stützstrukturen nicht wasserlöslich gestaltet werden können, müssen sie nach dem Druck mechanisch entfernt werden. Das zum Drucken verwendete Material ist aber nicht auf Kunststoff beschränkt. So können beispielsweise mit einer Mischung aus Fotopolymeren und Keramik, keramische Modelle realisiert werden. Dazu werden die Produkte noch in einen Brennraum gestellt, in dem die Keramik schmilzt und der Kunststoff ausgebrannt wird.

Eine Sonderform bildet das Digital Light Processing (DLP), bei diesem Verfahren wird die komplette Struktur einer Lage mithilfe eines Projektors auf das Becken projiziert. Das Verfahren wurde auch schon mit handelsüblichen Beamern realisiert. Als Gegenargument für die Anschaffung eines solchen Druckers können die hohen Materialkosten genannt werden. Andererseits arbeiten die Drucker mit einer sehr hohen Genauigkeit.

Unterm Strich – Welches Verfahren ist empfehlenswert?

Der Vergleich verschiedener 3D-Druckverfahren zeigt, dass es immer von der Art der zu verwendenden Materialien, den Kosten und der Art des gewünschten 3D Objekts abhängig ist, für welches Verfahren man sich am besten entscheidet.

Zudem muss gesagt werden, dass noch weitere Verfahren und Abwandlungen von 3D-Druckverfahren existieren, welche aufgrund ihrer Komplexität nicht in diesem Artikel behandelt werden konnten.
Noch wird der 3D-Druck vor allem in der Industrie, wie der Luftfahrt- oder Autobranche, angewendet. Eine private Anschaffung ist höchstens für Menschen sinnvoll, welche beispielsweise als Hobby „Modellbauer“ sind. Alternativ gibt es auch die Möglichkeit sich selbst einen 3D-Drucker zu bauen. Im Internet finden sich hierzu zahlreiche Anleitungen.

Photograph by z22, distributed under a CC BY-SA 3.0 license.
Photograph by z22, distributed under a CC BY-SA 3.0 license.

Die Kaufpreise für einen guten 3D-Drucker sind leider derzeit noch zu hoch, um ihn nur gelegentlich einzusetzen.

Empfehlenswert ist die Möglichkeit, seine Modelle bei einem professionellen 3D-Druck-Service anfertigen zu lassen. Hier wird man beraten, die Daten des Modells können geprüft werden und ein geeignetes Druckverfahren kann ausgewählt werden. Man kann seine Daten zudem auch online einschicken und das Druckergebnis zugeschickt bekommen.