Anatomie de la magnétographie

Anatomy of magnetography

• Auteur / Autrice : Alexandre Dekens
• Direction : Michel Hehn, Thomas Hauet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Jean Lévêque
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Hehn, Thomas Hauet, Nora Dempsey, Frédéric Mazaleyrat, Isabelle Joumard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nora Dempsey, Frédéric Mazaleyrat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits magnétiques

Éléments finis, Méthode des

Aimantation

Propriétés magnétiques

Encre d'imprimerie

Impression numérique

Mots clés libres

Magnétographie

Imprimante

Processus d’aimantation

Modélisation par éléments finis

Circuits magnétiques

Optimisation

Magnetography

Printing system

Magnetization process

Finite element modelling

Magnetic circuits

Optimization

Résumé

Ce travail porte sur les presses d’impression magnétographique développées par l’entreprise NIPSON Technology. Dans ces systèmes d’impression, le support à l’enregistrement ou média est un cylindre métallique (tambour) recouvert d’un ensemble de couches magnétiques : un guide magnétique en FeNi et une couche d’enregistrement en CoNiP. Le développement de l’image par les particules d’encre aimantées procède grâce à la force magnétique issue de régions du tambour (micro-aimants) aimantées par les pôles magnétiques des têtes d’écriture. L’impression est finalisée en transférant les particules d’encre magnétiques sur le support papier, carton, etc. L’écriture de l’image pixélisée sur le média est identique à celle de l’enregistrement de données sur des disques durs. Toutefois, la magnétographie se distingue par la force magnétique des micro-aimants qui doit être suffisamment grande pour attirer les particules d’encre et par le caractère temporaire des micro-aimants du média. L’objectif de la thèse est d’offrir des options à NIPSON Technology pour leur permettre d’augmenter la vitesse d’impression de leurs imprimantes, de 150 m/min actuellement à 600 m/min à long terme. Pour ce faire, il est nécessaire d’approfondir la compréhension des processus magnétiques d’écriture et d’effacement. Le travail de thèse s’organise en trois étapes. Dans un premier temps, les champs magnétiques extérieurs appliqués sur la couche d’enregistrement lors de l’écriture et de l’effacement sont calculés par méthode des éléments finis. Puis on étudie les propriétés structurales du CoNiP qui compose la couche d’enregistrement, qu’on relie aux propriétés magnétiques exhibées par l’alliage lorsqu’on lui applique un champ magnétique uniforme. Enfin, en utilisant les résultats déterminés dans les deux premières phases, on est parvenu à produire un modèle en première approximation de la configuration magnétique d’aimantation des dots écrits ainsi qu’à saisir plus finement l’impact des différents paramètres du tambour et de la barre d’effacement sur le processus de désaimantation AC. Par ailleurs, l’alternative de l’effacement DC pour suppléer cette dernière ainsi qu’une modification incrémentale de la nature de la couche d’enregistrement ont été étudiées dans l’optique de passer à une vitesse d’impression de 600 m/min.

The work presented here is about the magnetographic printing systems designed and manufactured by NIPSON Technology. The medium that is supposed to retain the information one would like to print is a metallic cylinder, called the drum, on which two magnetic layers are grown: a FeNi ferromagnetic underlayer that acts as a “magnetic keeper” and a CoNiP semi-hard ferromagnetic medium. Using writing heads, an assembly of magnetized dots is recorded, thus forming the latent image to be written. This latent image is then revealed with magnetic ink particles that are attracted to regions that exhibit high gradients of stray field. Then the printing process is finalized by transferring the ink onto plain paper, cardboards, etc. Magnetic printing seems, at first glance, to be similar to the hard disk drive technology in the way the writing process works. However, the “read-out” in the former case sets itself apart by the necessity of having a sufficiently strong magnetic force to attract the ink particles, which involves layers that are tens of microns thick. The main objective of the thesis is to provide NIPSON Technology with options as to how to improve the printing speed of their devices from 150 m/min currently up to 600 m/min in the long run. To achieve that, a deeper understanding of the writing and the erasing processes in the magnetic medium is necessary. The task in the thesis is threefold. First, the magnetic field applied on the medium was determined by finite elements modelling both in the writing and the erasure processes. In the meantime, we studied the structural properties of the CoNiP and how they were linked to the magnetic properties of the medium. Then, by analyzing the results obtained in the two previous steps we succeeded in establishing a first model of the magnetic configuration in a single dot written by magnetic printing. On the erasure side, we managed to figure out how the parameters of the printer shape the AC demagnetization process used to erase an old latent image. Furthermore, we examined the possibility of implementing a DC erasure process as an alternative to the AC demagnetization, as well as an incremental alteration of the magnetic medium, so as to get a printing quality at 600 m/min as good as what one has at 150 m/min in the current system.