Флексография. Теория

С целью улучшения поверхностных свойств материала давно практикуется нанесение на них различных покрытий. Например, в печати: изделия, которым на выходе должны быть присущи определенные свойства, важные для потребителя (стойкость к влаге, скольжению, стиранию и др.), используется лакировка листа или полотна. Перед тем как начать производство той или иной продукции, в лабораторных условиях определяют химический состав и количество лака, которые будут необходимы для достижения необходимых свойств. Это происходит посредством тестового нанесения лака на подложку используемого в производстве материала. Показатели, которых следует добиться на машине, измеряются в кг на стопу.

Кажется, что все просто, но в производственных условиях все же возникают проблемы. Дело в том, что не всегда критерии оценки результата при производстве совпадают с лабораторными критериями. Это, во-первых. А во-вторых (и это, наверное, самая распространенная ошибка), при определении объема нанесения не учитывается, или делается это неверно, динамика переноса жидкости. Этот просчет много лет оставался главной проблемой печатников, но в середине 90-х были начаты исследования, направленные как в целом на изучение процедуры нанесения покрытий, так и на совершенствование методов обработки анилоксовых валов.

И в ходе этих изысканий было выяснено, что при флексографической печати на материал попадает только четверть от объема порядка 99% жидкостей, которые подвергались испытанию. Были изучены сотни систем переноса жидких покрытий, и согласно исследованиям на подложку материала в реальности попадает всего лишь 23-25% объема жидкости из ячеек анилоксового вала. А ведь до этого считалось, что в печатную форму или непосредственно на материал (глубокая печать) перемещается все содержимое ячеек.

Итак, опытным путем получили следующий вывод: если в результате лабораторных изысканий вычисляется объем лака или краски, необходимый для достижения требуемого результата, то в условиях производственных этот результат умножаем на четыре. Именно таким образом можно получить точное количество красящего вещества, требуемого для достижения нужной цветовой гаммы.

Чтобы понять, о чем идет речь, можно провести простой эксперимент, механизм которого будет доступен каждому. Для него нам потребуется всего лишь капелька обычного клея. Итак, помещаем ее на внутреннюю часть большого пальца руки (подушечку), после этого касаемся подушечкой указательного пальца капли клея, то есть происходит смычка поверхностей, и медленно разводим пальцы в стороны. Вот таким наглядным образом становится понятно, что в действительности случается во время переноса жидкости между формой и анилоксовым валом. Во время нашей визуализации можно отчетливо увидеть, как половина клея остается на подушечке большого пальца, которая в данном эксперименте исполняет роль исходной поверхности. И все исследования в дальнейшем подтверждают результаты этого несложного опыта.

Кроме того, из этого эксперимента явственно видно, что энергия, присущая поверхностям, достаточно слабо влияет на печатный процесс или не влияет вовсе. В ходе исследований только нашел подтверждение факт необходимости определенного количества поверхностной энергии, необходимой для прилипания, а также для возникновения действующей силы, без которой невозможен перенос жидкости. Из этого следует наличие влияния поверхностной энергии только в пограничных ситуациях в печатной процедуре. Для того, чтобы упрочить это утверждение, достаточно вспомнить следующий пример: представьте полимерную поверхность, которая чрезмерно загрязнена, - ее энергия значительно снижена, потому что от нее отталкиваются красящие вещества из-за распространения воска и масел. Таким образом, появляется значительно большая потребность в поверхностной энергии, необходимой при переносе на материал красящей субстанции.

Оптимизация предсказуемости процесса нанесения покрытий

Если говорить о моделировании условий процесса печати в обстановке лаборатории, то оно должно максимально приближаться к оригинальным действиям и расчетам. Большинство печатников относятся к этому достаточно серьезно. Начинаться эти расчеты должны еще с химикатов. На данный момент конструкция лучших пробопечатных систем близка к устройствам, которые были разработаны HarperScientific. Они приспособлены к более качественной имитации печатного процесса, их действия рассчитаны более «научно», чем у их предшественников. В них вместо спиральных ракелей применяются анилоксовые валы из керамики с лазерной гравировкой, а также ракельные дозирующие узлы. Это позволяет достигнуть оптимально необходимых показателей процесса.

Как бы там ни было, от качества пробопечатного оборудования не зависит количество результатов. А их должно быть несколько – и это еще один из важнейших моментов, который, к огорчению, не всегда имеет место быть. Дело в том, что для качественного управления и должного контроля над процессом требуется знание минимального и максимального уровней наносимого покрытия. Без этого достаточно сложно выпустить продукцию, которая бы соответствовала всем запросам потребителя. А ведь зачастую простои оборудования объясняются именно наличием на практике единственного значения, которое представляется наиболее желанным.

Важным моментом в этом процессе является выбор вала – может использоваться три вида его поверхностей: шестиугольник (60 градусов), а также поверхность со спиральными или прямоугольными ячейками (45 градусов). Для того чтобы определиться с выбором, следует провести некоторые математические расчеты, основанные на требованиях, предъявляемых к толщине покрытия или его сухого остатка. Любой из этих валов способен наносить слой лака более тонко или толсто, а также может использоваться для лаков с разным сухим остатком.

При нанесении клеев, печатных, лаков, всевозможных цветных, защитных, силиконовых или специальных покрытий, а также покрытий подложек для блистеров требуется индивидуальная техника нанесения. И чтобы поставщик не подвел, следует в обязательном порядке представить ему всю информацию о специфике процесса. Это должно получить отражение в бланке спецификации, где будет содержаться необходимая для ее разработки информация. Если это условие выполнено, поставщиком анилоксовых валов должен быть гарантирован качественный результат. Только в этом случае удастся избежать непредвиденных задержек и возникновения напряжения с заказчиком.

В особых случаях нужно прибегнуть к тестированию анилоксового вала с набором всех возможных гравировок. Это требуется для того, чтобы приблизиться к максимально верному результату. Бывают ситуации, когда при выходе на принципиально новый по качеству уровень потребительских свойств, тестирование просто необходимо, особенно если намечается абсолютно новое применение. Дело в том, что свойства материала могут в значительной мере отличаться от выявленных ранее, часто это касается важных для печатного процесса реологических характеристик. Без сомнения, подобное тестирование – удовольствие затратное, как по времени, так и по материальным средствам, но в любом случае при простое техники расходы были бы значительно крупнее. Кроме того, без всестороннего тестирования возможен даже провал проекта. А если сам проект представляется значимым и достаточно перспективным, то тестирование вполне приемлемо будет внести в расходы по разработке новой технологии. Это обязательно окупится быстрым и качественным выполнением заказа, а также привлечением новых перспективных клиентов.

Итак, кроме того, что покрытия, наносимые в процессе флексопечати, предоставляют клиентам неоспоримые преимущества, чтобы добиться большей прибыли, следует подходить к их применению научно. Немаловажную роль играют в процессе и добросовестные поставщики, способные к качественной разработке спецификации.

Анилоксовые валы: теория и практика

Объем ячеек анилокса, или главное правило - толщина переносимой красочной пленки

Одна из распространенных ошибок, которую совершают печатники, заключается в определении работы анилоксового вала не объемом краски, а линиатурой. Ошибочные высказывания такого рода часто доводится слышать даже от достаточно опытных печатников. И когда при повторном заказе выставляется прежняя линиатура, цвет оттиска получается не таким, как был прежде, то есть не соответствует утвержденному заказчиком образцу, такая ошибка может стоить немалых убытков. Линиатура – это, без сомнения, самая понятная и распространенная характеристика анилоксового вала, но, тем не менее, печатает не она, а объем поверхности анилокса.

Чтобы такой ошибки избежать, надо отчетливо уяснить понятие об объеме краскопереноса анилоксового вала. Ведь именно за счет него достигается нужный цвет, поэтому техническому персоналу крайне важно понимать, что объем является основной характеристикой. И если четко это осознавать и верно использовать, простоя оборудования можно избежать вообще.

Объем рассчитывается так же, как отношение площади к объему помещения. Только вместо «крупных» единиц измерения используются кубический микрон и квадратный дюйм. Микрон составляет миллионную часть метра, а в тысячной доле дюйма содержится 25,4 мкм.

То есть в одной тысячной доле кубического дюйма - 645,16 мкм3, которые способны вмещать в себя красящее вещество. Этот объем делится на квадратный дюйм поверхности анилоксового вала. В результате получается большое число, которое для удобства выражают в billion cubic microns (биллионах кубических микрон на квадратный дюйм), сокращенно – ВСМ. ВСМ – это выражение объема емкости анилоксовых ячеек на квадратный дюйм поверхности, передающей краску.

Определение объема анилоксового вала

Для определения объема ячеек, возможного для переноса краски, производители анилоксовых валов используют два метода. Первый из них основан на применении микроскопа. Он заключается в анализе одной ячейки или нескольких одновременно. Основа метода в предположении, что все ячейки одинаковы по объему, что, естественно, неверно. Опираясь на приблизительное предположение, этот метод и результаты дает приблизительные. Хотя, надо отметить, кое-где он еще используется. Второй метод, который стали применять активно в начале 90-х годов, выявил, что при измерении размера и глубины отдельной ячейки и попытки таким образом вычислить объем анилоксового вала, вероятность погрешности составляла порядка 15%. Причем отклонения могли произойти легко – достаточно было разным исследователям по-разному сфокусировать микроскоп. Поэтому при использовании второго метода применяется интерферометрическая световая технология.

Из двух зеркал, расположенных параллельно по отношению друг к другу, образован волновод, в который входит один пучок света, распространяясь в качестве комбинации различных мод. А моды, в свою очередь, интерферируют между собой, так как следуют разными путями к одному пункту назначения. Таким образом, полученная интерференционная картина служит для того, чтобы измерить пройденный путь. Расстояния, полученные в результате измерений, фиксируются, и посредством компьютера создается трехмерная модель поверхности, представляющая собой микрокарту. И именно с помощью этой карты можно рассчитать возможное пространство для переноса краски. Второй способ – интерферометрический – позволил добиться уменьшения погрешности, допускаемой первым методом, почти вдвое.

Можно сказать, что немалые инвестиции, которые были направлены на развитие технологии контроля над качеством, оправдали себя в полной мере. На сегодняшний день интерферометрический метод является стандартной процедурой, в обязательном порядке проводимой как при подготовке валов, так и при контроле над качеством продукции. Цель компании Harper, а именно на ее базе проводились эти исследования, была достигнута. Она заключалась в том, чтобы доказать, что если флексографическая печать может быть более предсказуемой, если рассматривать ее с точки зрения цветопередачи, то дело здесь заключается в объеме анилоксового вала, который необходимо сделать предсказуемым.

Объем анилокса и контроль цвета

Очевидно, что конечный цвет, получаемый во время печати на оттиске, напрямую зависит от объема ячеек анилоксового вала. Естественно, что толщина слоя краски, перемещающейся на оттиск, может при изменении допускать потемнение цвета или его осветление. Это определяется способностями размеров ячейки изменяться. И пришло время задаться вопросом: можно ли контролировать изменения цвета, используя знание об объеме анилоксового вала – представляется ли это вообще допустимым. Общеизвестно, что если линиатура анилокса ниже, то и цвет оттиска будет насыщеннее. Так вот, получится ли анилоксом 800 лин/дюйм напечатать цвет более насыщенный, чем 600 лин/дюйм анилоксом?

Для того чтобы лучше разобраться, как в обход линиатуры анилоксовый вал влияет на цвет оттиска, следует понятие «объем анилокса» сопоставить с толщиной красочной пленки. А достигнуть этого можно, ответив на вопрос: какой будет толщина красочной пленки и вся ли краска, которая измерена в ВСМ, будет перенесена на оттиск? Надо произвести расчет, который выглядит так: BCM/0,65=ДТКП (Доступная толщина красочной пленки). И в результате становится очевидно, что на самом деле объем анилокса, переведенный в реальную толщину красочной пленки, значительно меньше, чем до этого представляли себе даже специалисты. Иллюстрацией к этому утверждению может служить вал объемом 8 ВСМ, где доступная толщина – чуть меньше 0,0005 дюйма, и это даже тогда, когда на оттиск переходит вся краска.

А вот чтобы найти ответ на вполне закономерно возникший в результате этих расчетов вопрос, понадобился не один год. Итак, каково реальное количество краски, переходящей с анилоксового вала сначала на печатную форму, а затем на материал? Для объяснения технических тонкостей процесса потребуется отдельная обширная статья. И еще один факт, который для многих может стать «сюрпризом»: из анилоксовых ячеек на печатную форму перемещается примерно ½ краски, а после этого приблизительно около 50% этой краски попадает на запечатываемый материал.

Если провести расчеты, сразу станет ясно, что красная краска на выходе, вполне возможно, станет розовой. Например, если у нас есть 3 ВСМ краски на анилоксовом валу, то при переносе на материал доступным становится только 4,615 мкм слоя краски. Напомним формулу: BCM/0,65=ДТКП. На печатную форму переносится, соответственно, 2,307 мкм. И только половина от этой краски попадает на запечатываемый материал. А если при этом анилоксовые ячейки загрязнены, например, на 15%, то доступная толщина слоя краски становится 3,9 мкм, то есть она на 15% уменьшается. Естественно, неудивительно, если будет иметь место большое цветовое различие на оттиске, особенно заметное на отдельных цветах.

Этот очевидный факт говорит о крайней необходимости введения в любой типографии процесса очистки поверхности валов, а также обязательного ухода за ними. Если этим пренебречь, то проблемы из-за длительных простоев вроде бы качественного оборудования, способны разочаровать даже самого неприхотливого клиента, а это недопустимо. Руководитель типографии должен четко осознавать, что надлежащий уход за оборудованием способен, в конечном счете, сэкономить ему немаленькие деньги. Об этом следует надлежащим образом информировать своих печатников.

Первым шагом по снижению временных показателей простоя техники станет изменение собственной терминологии предприятия. То есть важным шагом по улучшению производства станет маркировка анилоксового вала с обязательным указанием его объема. Подобная информация должна находиться везде – пусть это будут таблицы, ярлыки на валах, не забывайте и о технологических картах заказа. Если ничего подобного на вашем производстве не было – приступайте немедленно. Начать лучше с инвентаризации валов, имеющихся в наличии, и их классификации соответственно переносимому объему.

Если вы не способны в силу каких-либо обстоятельств заняться этим самостоятельно, следует потратить некоторые средства на аудит парка анилоксовых валов, пригласив специалиста. Следует составить их таблицы, причем сделать это надо таким образом, чтобы первым был указан объем, а затем уже линиатура. Это необходимо для упрощения идентификации валов. Также в таблицу следует систематизировать соответствие анилоксов и цветов, чтобы не заниматься угадыванием при повторении заказов.

И если ключевой переменной уравнения по контролю над цветом является объем анилоксового вала, то второй по значимости переменной в оптимизации цветовоспроизведения на печати, без сомнения, будет линиатура. И если ее выбрать верно, она станет стабилизирующим фактором качества красочной пленки, передаваемой на запечатываемый материал.