Азбука шелкографии: натяжение сеток на рамы

Правильный выбор сетки (об этом можно прочитать в предыдущей статье «Азбука шелкографии: параметры трафаретных сеток») – основа основ технологии трафаретной печати, без которой нельзя рассчитывать на хороший результат – это первый этап в технологической цепочке изготовления трафаретных печатных форм. Второе звено этой цепочки – натяжение выбранной сетки на трафаретную раму. Важность этого этапа переоценить трудно. От правильности натяжения сетки напрямую зависит качество оттисков, а именно четкость элементов изображения, равномерность нанесения красочного слоя и точность совмещения красок.

Высокий уровень натяжения сеток – гарантия качества оттисков

Оптимальным натяжением сетки является максимально возможное натяжение, при котором сетка имеет запас прочности, позволяющий ей выдерживать динамические нагрузки при многократном растяжении под воздействием ракеля в процессе печати и при ее обработке в процессе регенерации и изготовлении печатных форм. То есть, иными словами, сетка должна быть натянута максимально сильно, ограничением силы ее натяжения служит предел ее прочности с учетом многократно повторяющихся динамических нагрузок в печатном и формном процессах.

Говоря о максимуме натяжения, мы здесь предполагаем все же некоторую условность, а, точнее, обобщение. Под максимальным натяжением мы обычно понимаем натяжение сеток высоких номеров – от 90 и выше. Сетки низких номеров, сотканные из нитей большой толщины, имеют очень высокий предел прочности, доводить до которого натяжение в большинстве случаев не имеет смысла. Лишь для некоторых технологий печати низкономерные сетки рекомендуется натягивать близко к максимальному уровню натяжения. Но эти технологии применяются в текстильной, стекольной и керамической промышленности, поэтому здесь мы на них останавливаться не будем.

В графической печати используются, главным образом, высокономерные сетки, для которых оптимальной является максимальная сила натяжения. Однако такой подход к натяжению сеток далеко не во всех типографиях и производствах трафаретной печати воспринимается как должное, а значит, требует обоснования.

Рис. 1. Схема процесса трафаретной печати на плоскопечатных станках

На иллюстрации изображена схема процесса трафаретной печати на станках и машинах плоскопечатного типа. Эта схема приведена во всех книгах, посвященных технологии трафаретной печати, поэтому знакома всем, кто когда-либо интересовался этим вопросом. Как видно из рисунка, ракель прижимает сетку к поверхности запечатываемого материала, создавая полосу печатного контакта. Сетка при этом растягивается. Растяжение сетки тем больше, чем больше расстояние от печатной рамы, к которой она приклеена, до запечатываемого материала. Это расстояние, обозначенное на рисунке буквой «е», называется технологическим зазором.

Полоса печатного контакта (контакта печатной формы с запечатываемым материалом), при котором собственно и происходит перенос краски сквозь ячейки сетки, движется вместе с ракелем.

Получение качественного оттиска гарантируется только в том случае, когда эта полоса максимально узкая, то есть соответствует хорошо заточенной кромке ракельного полотна. Для того, чтобы обеспечить это условие, сетка должна отделяться от запечатываемого материала сразу же, как только ракель сместился. Она не должна прилипать к оттиску, создавая пятно контакта, движущееся за ракелем.

Это условие соблюдается только в том случае, если сила упругости сетки, заставляющая ее возвращаться в исходное положение (подниматься вверх, отделяясь от оттиска), больше, чем силы когезии (межмолекулярные силы, препятствующие разделению красочного слоя) в слое краски. А сила упругости зависит, во-первых, от свойств сетки (ее номера и свойств волокна) и, во-вторых, от растяжения сетки, которое, в свою очередь, зависит от силы ее натяжения на раму и от величины технологического зазора.

Очевидно, что чем сильнее натянута сетка, тем меньшее значение технологического зазора требуется для обеспечения качественной печати. Компенсировать недостаточное натяжение увеличением технологического зазора крайне нежелательно. Это приведет к заметному растяжению изображения на печатной форме, а также к непропечатке краев изображения по периметру формы или к значительному уменьшению полезной площади сетки.

Оптимальные значения технологического зазора, при которых не происходит заметных искажений печатающих и пробельных элементов и обеспечена качественная печать по всей площади изображения, лежат в следующих пределах:

Для изображений формата А4-А3 – 2-3 мм

Для изображений формата А2-А1 – 3-5 мм

Для изображений формата А0 и больше – 6-8 мм

Рис. 2. Проблемы при печати с использованием слабо натянутой сетки

Здесь необходимо оговориться, что данные значения приведены для сеток, изготовленных из высококачественного модифицированного полиэфирного волокна. Приведенные значения технологического зазора возможны только при условии обеспечения оптимального натяжения сеток. При недостаточном натяжении (как на иллюстрации) сетка будет прилипать к запечатанной поверхности, образуя пятно, движущееся за ракелем, оттиск будет нечетким, размытым, на плашках красочный слой будет неравномерным. Кроме того, сетка, прижатая к запечатываемому материалу ракелем, будет растягиваться, смещая изображение, что сделает невозможным точную приводку следующих красок.

Рис. 3. Схема печати на машинах цилиндрового типа

Многие офсетные типографии сегодня оснащены трафаретным оборудованием, используемым для послепечатной отделки оттисков. Печатные секции автоматических трафаретных линий, обеспечивающие максимальную производительность, вместо плоского печатного стола имеют печатный цилиндр. На иллюстрации схема процесса печати на машине цилиндрового типа.

Как видно из рисунка, при таком принципе построения печатной секции, технологический зазор минимален или отсутствует совсем. Полоса печатного контакта обеспечивается за счет кривизны печатного цилиндра. Однако и в этом случае необходим оптимальный уровень натяжения сеток. Если сетка натянута недостаточно сильно, то при вращении цилиндра и одновременном движении печатной формы она будет смещаться в сторону, противоположную движению рамы, что приведет к искажениям изображения, его нечеткости и невозможности точной приводки.

Оптимальный уровень натяжения

Рис. 4. Измерение натяжения сетки тензометром SEFAR Tensocheck

Какие же уровни натяжения сеток являются оптимальными? Как было отмечено выше, уровень натяжения зависит от прочности сетки, которая, в свою очередь, зависит от свойств материала, толщины нитей и линиатуры (количества нитей на единицу длины). Таким образом, сетки разных номеров имеют разный максимальный уровень натяжения. Натяжение сеток измеряется в Н/см. Для этого используются специальные приборы – тензометры. На иллюстрации – измерение натяжения цифровым тензометром SEFAR Tensioncheckl00.

Правильно натянутые сетки должны иметь одинаковое натяжение, как в продольном, так и в поперечном направлении. В таблице ниже приведены предельные уровни натяжения для сеток марки SEFAR PET 1500.

Приведенные в таблице величины предполагают натяжку сеток на рамы размером до 1 м, то есть формат печати до А2. При натяжке сеток на рамы большего размера – до 2 м – показатели силы натяжения должны быть снижены на 15-20%, а для рам размером более 2 м – на 20-25%. Кроме того, максимальные уровни натяжения возможно обеспечить только при использовании натяжного оборудования, гарантирующего равномерное и сбалансированное натяжение и систему зажимов, не позволяющих сетке выскальзывать, так как любой сдвиг или неравномерность в распределении сил на пределе прочности сетки может привести к ее разрыву в натяжном устройстве.

Поэтому обычно, чтобы обеспечить запас прочности сетки, ограничиваются уровнями натяжения на 15-20% ниже приведенных в таблице. Соответственно, при натяжке на рамы большого размера показатели натяжения снижаются относительно этих уменьшенных значений. Рассмотрим для примера наиболее часто используемую для УФ лакировки сетку PET 1500 150/380-34.

Как видно из таблицы предельное значение натяжения для нее составляет 32 Н/см. Чтобы обеспечить запас прочности, натягивать сетку до такого высокого уровня не стоит, оптимальный показатель натяжения для этой сетки составляет 25-26 Н/см. Это достаточно высокий уровень натяжения, обеспечивающий высокое качество печати на машинах любого типа.

В действительности редко приходится сталкиваться с практикой натяжки сетки 150-34 до 25 Н/см. Обычно ограничиваются 20-22 Н/см, полагая, что такая высоколиниатурная сетка недостаточно прочна, чтобы выдерживать более высокий уровень натяжения. Редко принимается во внимание, что прочность сетки зависит от плотности ее плетения (количества нитей на единицу длины) и толщины нитей.

Показатель прочности сетки – это произведение площади сечения нити на количество нитей на сантиметр длины. Сетка 150-34 имеет довольно высокий показатель прочности – 0,136 мм ²/см, почти равный показателю прочности сетки 100-40, который составляет 0,138 мм²/см. Для этой сетки предельный уровень натяжения также составляет 32 Н/см.

Рассмотрим другой пример: сетка PET 1500 120/305-31. Эта сетка используется при растровой печати сольвентными красками. Ее предельный уровень натяжения ограничивается 21 Н/см, а значит натягивать ее следует не больше, чем до 18-19 Н/см. Сетка 120-31 – одна из самых низкопрочных сеток, используемых в технологии трафаретной печати, показатель ее прочности составляет всего 0,090 мм ²/см.

Еще более низкий показатель прочности имеет сетка PET 1500 150/380-27, но такие сетки применяются крайне редко. Сетки ниже 90 нит./см характеризуются высокими показателями прочности, поэтому уровень их максимального натяжения 35 Н/см и выше. Эти сетки смело можно натягивать до 28-30 Н/см. Однако, добиваться такого уровня натяжения в большинстве случаев не имеет смысла. Для обеспечения качественного оттиска достаточно натяжки до 20-25 Н/см.

При определении уровня натяжения сетки, помимо вышеназванных, необходимо учитывать еще один фактор: условия печатного процесса с точки зрения агрессивного воздействия на сетку. Здесь мы имеем в виду абразивное воздействие краски или запечатываемого материала.

В практике трафаретной печати бывают случаи, когда необходимо обеспечить печать по листам пластика, металла или стекла без полей или с очень узкими полями. Ракель в начале движения прижимает сетку к печатному столу, а затем наезжает на край запечатываемого материала. Сетка режется об острый край при печати каждого оттиска.

Совершенно очевидно, что в таких случаях срок службы сеток значительно снижается. Повысить тиражеустойчивость печатных форм можно путем выбора более прочной сетки и снижения ее натяжения. То есть, приходится искать компромисс между качеством печати и тиражеустойчивостью форм, являющейся одной из составляющих себестоимости оттисков.

При натяжении сетки до 16-17 Н/см обеспечивается приемлемое качество печати, при этом срок службы сетки увеличивается. Снижение натяжения сетки для повышения срока её службы – довольно частая практика многих производств, даже при отсутствии условий чрезмерного износа сеток. Главное, чтобы технолог, принимающий решение о снижении силы натяжения сеток, хорошо понимал, что он приносит в жертву повышению их износостойкости.

Вопрос себестоимости трафаретных печатных форм не так однозначен, как, например, в офсетной печати. Трафаретная форма состоит из двух основных частей: сетки, натянутой на раму и собственно трафарета – изображения, сформированного в копировальном слое на сетке. Печатные рамы служат долго, поэтому их стоимость можно учитывать, как амортизацию оборудования и не включать в расчет себестоимости формы.

А вот сетка, натянутая на раму – это, конечно, расходный материал, стоимость которого – одна из составляющих себестоимости печатной формы. Но сетка тоже может послужить основой не для одной печатной формы. После печати тиража сетки регенерируют – очищают от краски и смывают копировальный слой (эмульсию) – и изготавливают новую форму для печати нового тиража.

Вся сложность расчета себестоимости формы заключается в том, что невозможно точно определить, сколько печатных форм можно изготовить на одной сетке. Одной из основных причин выхода из строя сеток являются их разрывы. В какой-то момент сетка просто рвется. И если мы говорим о тонких высоколиниатурных сетках, никогда точно не известно, удастся ли на вновь натянутой сетке отпечатать один тираж или она будет служить для печати десятков тиражей.

Сетка – очень прочная вещь, свидетельство тому – значение силы ее натяжения. Но она очень чувствительна к повреждениям нитей. Один из примеров – разрыв сетки об острый край запечатываемого материала – был приведен выше. Еще одна, и, пожалуй, самая распространенная причина разрывов сеток – попадание твердых абразивных частичек под печатный ракель в процессе печати.

Роковой частичкой может стать что угодно – мельчайшая металлическая стружка, частица строительной пыли, крошка клея, которым приклеена сетка, ржавчина с края банки с краской и т.д. И, конечно, чем сильнее натянута сетка, тем быстрее она порвется при повреждении нити. Если сетки натянуты недостаточно сильно, разрывы нитей не всегда ведут к разрывам сеток. В типографиях приходится видеть очень много сеток с мельчайшими дырочками, которые послужили для печати не одного тиража, и все еще остаются в строю.

Поэтому при определении силы натяжения сетки следует учитывать и срок ее эксплуатации, особенно если невозможно обеспечить в рабочем помещении чистоту и защиту от пыли. Но и слишком сильное снижение натяжения ведет к преждевременному выходу сеток из строя вследствие их растяжения.

Сетки в процессе работы растягиваются, их натяжение падает, и если сетка была натянута слабо, то после печати 2-3 тиражей ее натяжение может снизиться до критического уровня, при котором уже невозможно будет получить качественные оттиски.

Говоря об оптимальных параметрах, мы называем значения, полученные при измерении сразу после натяжения, но до нанесения клея на раму. Следует иметь в виду, что в первые сутки после приклеивания сетки к раме происходит перераспределение напряжений в нитях сетки и сетка растягивается, теряя натяжение.

Потеря натяжения через 24 часа составляет 10-20% для высокомодульных сеток. Потерю натяжения необходимо учитывать, выбирая параметры натяжения. Если слишком сильно занизить натяжение, например, натянуть сетку до 14 Н/см, то через сутки ее натяжение будет составлять всего 12 Н/см, что уже близко к критическому значению, при котором невозможно обеспечить качественную печать.

В бланке заказа на натяжку сеток в компании «АТД Центр» есть пункт: сила натяжения, Н/см. Этот пункт должен заполнить заказчик. То есть заказчик сам должен определить оптимальное натяжение сеток. Причем здесь под силой натяжения понимается остаточное натяжение, измеренное через 24 часа. Если заказчик оставляет это пункт незаполненным, оператор на участке натяжки по умолчанию выбирает параметры, исходя из номера сетки и руководствуясь правилом «-10-15 % от максимальных, рекомендованных производителем для высоколиниатурных сеток (прочные сетки низких линиатур не натягиваются до предельных значений)».

Эти 10-15% снижения натяжки гарантируют запас прочности сетки. Обычно по умолчанию сетки тянутся до 22-25 Н/см. Через 24 часа эти значения падают на 10-15% и составляют 20-22 Н/см. Часто заказчики просят снижать силу натяжения и заказывают натяжку 18, а иногда даже 16 Н/см. В этих случаях оператор тянет сетку сильнее на 10-15%, чтобы обеспечить заказанное остаточное натяжение. Бывает, что заказчики запрашивают и более высокое, почти предельное натяжение для низколиниатурных сеток. Но таких запросов на порядок меньше, чем запросов на снижение силы натяжения.

Оборудование для натяжения сеток

Современная трафаретная печать использует два основных типа натяжных устройств: механические и пневматические. До сих пор не утихает спор специалистов, какой тип натяжного оборудования обеспечивает более равномерную и качественную натяжку сеток. Единого мнения по этому вопросу не существует, однако большинство компаний, оснащающих трафаретное производство натяжным оборудованием, предпочитают пневматические устройства.

Главное преимущество пневматических устройств перед механическими – универсальность и быстрая переналадка на разный размер печатных рам, а также минимум технологических отходов сетки. Механические устройства целесообразно устанавливать там, где используется только один типоразмер рам большого формата или требуется высокая производительность натяжного оборудования, обеспечивающая большое количество натяжек в смену.

Второе преимущество, также принимаемое во внимание – контактная натяжка: зажимы пневматических устройств упираются в раму, вследствие чего деформация рамы происходит в процессе натяжения и его уровень после снятия рамы с натяжного устройства падает значительно меньше, чем при использовании механических устройств, в которых падение натяжения вследствие деформации рам никак не компенсируется. Для его компенсации необходимо использовать дополнительные приспособления, деформирующие рамы перед натяжением сетки.

Рис. 5. Натяжение сетки на пневматическом натяжном устройстве SEFAR 3A

Пневматические натяжные устройства, как правило, комплектуются зажимами шириной 25 и 15 см. Такая ширина зажимов обеспечивает натяжение сетки на рамы практически любых размеров. Оба вида зажимов могут комплектоваться стандартными или удлиненными пневмоцилиндрами. Длина хода поршня в стандартном зажиме – 75 мм – обеспечивает равномерную и плавную натяжку до 45 Н/см для большинства видов работ. Удлиненные зажимы с длиной хода поршня 145 мм предназначены для натяжки сеток на большие рамы – для форматов печати более АО. Особая конструкция зажимов не позволяет сетке выскальзывать из них даже при очень сильном натяжении.

В модельном ряду компании SEFAR есть два вида пневматических натяжных устройств – 2А и 3А. Устройство SEFAR 2А наиболее простое и недорогое. Но оно имеет довольно существенный недостаток по сравнению с механическими системами. При натяжении сетка плотно прижата к поверхности рамы и скользит по ней. Это может стать причиной разрыва сетки в процессе натяжки, если рама обработана недостаточно тщательно. К тому же при предельных уровнях натяжения разрыв сетки может произойти из-за создания более высокого натяжения на участках сетки между зажимами и внешними краями рамы. Механические устройства натягивают сетку без контакта с рамой – см. рисунок 6.

Рис. 6. Натяжка сеток на механическом натяжном устройстве

После достижения оптимального натяжения раму или несколько рам поднимают и прижимают к сетке снизу, создавая плотный контакт для приклеивания. Конструкция устройства SEFAR 3А объединяет в себе преимущества пневматических и механических систем. Зажимы 3А оснащены системой вертикального подъема сетки над поверхностью рамы. Сетка натягивается в приподнятом над рамой положении и после достижения необходимого уровня натяжения опускается на её поверхность.

Производительность процесса натяжения

Время натяжки сеток и производительность этого процесса – это вопрос, требующий особого внимания. В некоторых типографиях до сих пор приходится сталкиваться с практикой очень длительной натяжки – 1,5 -2 часа и даже дольше. Такая практика укрепилась много лет назад, когда сетки еще не были достаточно прочными и требовали довольно продолжительного времени для релаксации – перераспределения напряжений по всей длине нитей. Технология натяжки была ступенчатой и предполагала паузы после натяжения до определенного значения, во время которых происходило выравнивание натяжения по всей площади сетки.

Чтобы натянуть сетку до максимального значения, приходилось делать 3-4 такие паузы по 15-20 мин. В результате процесс натяжения длился 1-1,5 часа, затем сетка приклеивалась. Для полимеризации клея требуется еще 25-30 мин. держать сетку в натяжном устройстве.

Таким образом, процесс натяжки – от установки рамы в натяжное устройство до ее снятия – продолжался более 1,5-2 часа. Сегодня сетки ткутся из модифицированного очень прочного волокна и не требуют длительного времени для релаксации. Современная технология натяжки позволяет обеспечить довольно высокую производительность.

Сетки, даже самые тонкие, можно натягивать до оптимального уровня за 2-3 мин. Нет необходимости подолгу выдерживать сетку, требуется только одна пяти- или десятиминутная пауза между натяжкой сетки до оптимального значения и ее приклеиванием к раме. Лимитирующая стадия всего процесса – полимеризация клея, продолжительность которой (25 – 30 мин.) остается неизменной.

Если просуммировать время, необходимое на все операции и технологические паузы, получим, что весь процесс натяжки сетки по современной технологии должен занимать не более 1 часа, а при необходимости его можно сократить до 35-40 мин.

Необходимо отметить, что процесс перераспределения напряжений в нитях сетки и потеря натяжения при быстрой натяжке происходит уже после приклеивания сетки, и скомпенсировать эту потерю будет уже невозможно. Поэтому при быстрой технологии сетку необходимо натягивать с учетом падения силы натяжения.

Медленная технология позволяет скомпенсировать потерю натяжения, подтянув сетку до необходимого значения. Эту технологию можно использовать в некоторых случаях, когда требуется очень точно обеспечить определенные параметры натяжения.

Мы надеемся, что эта статья послужит поводом уделять процессу натяжки сеток и контролю за параметрами натяжения должное внимание, поскольку от этой стадии формного процесса зависит качество оттисков.

Руководитель ИТО трафаретной печати ООО «Ол Принтс Технологии»
Беляева Наталья Васильевна,
кандидат технических наук