Теория: флексопечать

Нанесение покрытий давно используется для улучшения свойств поверхности того или иного материала. В печати лакировка полотна или листа обычно используется для придания материалу требуемых потребительских свойств, включая влагостойкость, повышенную гладкость, химическую стойкость, глянец, стойкость к истиранию, скольжению и др.

При разработке этих покрытий в лаборатории наносят заданное количество тестового лака на тестовые подложки из тех материалов, которые используют в производстве.
Когда химический состав покрытия определен, возникает вопрос о количестве. Требуемое количество для получения необходимых потребительских свойств обычно измеряют в килограммах на стопу. Полученные показатели принимают за результат, который следует достичь на машине.
Когда характеристики, полученные в лаборатории, переносятся в производство, возникает несколько проблем. Первая заключается в том, что лабораторные критерии оценки успеха должны быть теми же, что и применяемые в производстве. К примеру, по образцу какого размера рассчитывается масса квадратного метра материала?
Вторая проблема состоит в следующем: определяя, какой анилоксовый вал следует использовать, проверьте, правильно ли вы учитываете динамику переноса жидкости. Это, возможно, самая распространенная ошибка при определении необходимого объема нанесения покрытия. На протяжении многих лет это плохо понималось, вплоть до начала исследований, спонсированных Harper Corporation и начатых в середине 90-х. Они были предприняты для изучения процесса нанесения покрытий и оптимизации усилий по улучшению технологий обработки поверхности анилоксовых валов.

До этого времени большинство специалистов полагало, что весь объем краски или лака, помещающийся в ячейки анилоксового вала, передается на печатную форму и далее на материал (или прямо на материал — в глубокой печати). Исследования показали, что это неверно, и только 23–25% объема ячеек анилокса реально доходит до запечатываемого материала, причем это справедливо для 99% испытанных жидкостей, включая краски! Этот результат был получен после исследования сотен систем нанесения жидких покрытий. Рис. 1 показывает логику, согласно которой результирующая красочная пленка уменьшается до 25% от первоначального объема.
Следовательно, если по расчетам для достижения желаемого цвета или потребительских свойств требуется объем краски или лака «х», то объем ячеек необходимого анилокса будет равен «х» умноженное на четыре. Именно эта величина и будет определять требуемый объем наносящего вала — при условии использования флексографского способа нанесения.


ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РЕОЛОГИИ В ДИНАМИКЕКАК И МНОГИЕ ОТКРЫТИЯ, ПРОСТАЯ ТЕОРИЯ, СОЗДАННАЯ НА ОСНОВАНИИ НАБЛЮДЕНИЙ, ДОКАЗАЛА ИСТИННОСТЬ ПРЕДПОЛОЖЕНИЙ, СДЕЛАННЫХ О ТОМ, ЧТО ПРОИСХОДИТ НА МИКРОСКОПИЧЕСКОМ УРОВНЕ В ЗОНЕ ПЕРЕНОСА МЕЖДУ АНИЛОКСОВЫМ ВАЛОМ И ФОРМОЙ, А ТАКЖЕ МЕЖДУ ФОРМОЙ И ЗАПЕЧАТЫВАЕМЫМ МАТЕРИАЛОМ. ПРИМЕРОМ МОЖЕТ БЫТЬ НАБЛЮДЕНИЕ ЗА КАПЛЕЙ КЛЕЯ, КОТОРУЮ ПОМЕСТИЛИ НА ОДИН ПАЛЕЦ, ПОТОМ КОСНУЛИСЬ ВТОРЫМ И МЕДЛЕННО РАЗВЕЛИ ИХ. НА РИС. 2 ПОКАЗАНО, КАК ЖИДКОСТЬ В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ РАЗДЕЛЯЕТСЯ — РОВНО 50% ОСТАЕТСЯ НА ИСХОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ. МЫ ПРЕДПОЛОЖИЛИ, ЧТО ИМЕННО ТАКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ПРОИСХОДИТ НА МИКРОСКОПИЧЕСКОМ УРОВНЕ СО ВСЕМИ ЖИДКОСТЯМИ, ПРЕДАВАЕМЫМИ МЕЖДУ ДВУМЯ ПОВЕРХНОСТЯМИ. ПОСЛЕДУЮЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАЛИ, ЧТО ЭТО ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ТАК И ЕСТЬ.
Это объясняет, кроме того, почему динамика течения жидкости или ее реология дает нам хорошее объяснение причин того факта, что поверхностная энергия, измеряемая в динах на сантиметр, в целом слабо влияет на процесс печати и нанесения покрытий. Это объяснение происходит из анализа динамических переносящих сил, показанных на рис. 2, вне зависимости от характера поверхностей. Исследования подтвердили существование только одного требования — достаточной поверхностной энергии для прилипания или создания действующей силы переноса используемой жидкости. Таким образом, дины имеют свою область влияния в печати, но только в пограничных ситуациях. Одним из примеров этому может служить очень загрязненный, засаленный полимерный материал, от которого краска отталкивается по причине миграции восков или масел на его поверхность, снижая тем самым уровень поверхностной энергии, требующейся для переноса краски на материал.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРЕДСКАЗУЕМОСТИ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
Качественное нанесение покрытий начинается еще в лаборатории с химикатов, которые легко наносить и с которыми легко работать на печатной машине. Моделирование условий печатной машины должно быть по возможности наилучшим, и это не мелочь для большинства печатников. Лучшие типы ручных пробопечатных систем очень близки по конструкции к устройствам, разработанным HarperScientific.com под названием Echocel Coating Jr. Proofer.
В отличие от наиболее часто используемых спиральных ракелей или ракельных дозирующих приспособлений, эти новые устройства используют керамические анилоксовые валы с лазерной гравировкой и ракельный дозирующий узел, которые позволяют наилучшим образом сымитировать процесс, происходящий в машине. Устройства этого типа гораздо более научны, нежели старые технологии, имеющие нулевую корреляцию с механикой печатной машины (рис. 3).
Вне зависимости от того, какое пробопечатное устройство используется на стадии разработки, оно должно как минимум давать повторяемые результаты, которые проверяются и документируются в лабораторных условиях. Эти лабораторные испытания дадут минимальное и максимальное количество наносимого покрытия или краски для управления процессом и контроля качества. Удивительно, как часто можно видеть на практике, как выходят на производство с единственным желаемым значением, и это приводит ко многим часам простоя машин.

Потратьте необходимое время на выбор правильной конфигурации поверхности анилокса. Разработка спецификации на покрытие для условий печатной машины требует некоторых математических расчетов для получения ожидаемого результата. Расчеты становятся определяющим фактором при выборе вала. В зависимости от требуемых толщины и сухого остатка покрытия может быть использовано до трех различных видов геометрии поверхности вала. Сюда включают 60-градусный шестиугольник, спиральную или прямоугольную ячейки с углом 45°. Каждый из них пригоден для нанесения более толстых или тонких слоев лаков, а также для лаков с различным сухим остатком.
Толщина покрытия может быть разной для разных случаев. Это могут быть:
• ламинация,
• нанесение печатных лаков,
• нанесение цветных покрытий,
• нанесение клеев,
• силиконовые антиадгезионные покрытия,
• защитные покрытия,
• покрытия подложек для блистерных упаковок,
• специальные покрытия.

Каждый пункт из перечисленного требует различной техники нанесения покрытия, при котором ваш поставщик анилоксовых валов должен гарантировать результат — безусловно, при предоставлении ему информации, требуемой для разработки спецификации. Ваш поставщик должен иметь специальный бланк спецификации, в котором отражена вся необходимая для разработки информация.

В некоторых случаях может потребоваться использование тестового анилоксового вала (с набором различных гравировок на одном валу) для наибольшей достоверности результата. Если покрытие наносится для абсолютно нового применения или ожидается качественно новый уровень потребительских свойств, такое тестирование рекомендуется проводить, поскольку реологические и другие свойства используемого материала могут быть существенно отличными от всех опробованных ранее. И несмотря на то, что этот тест может оказаться достаточно дорогим как по стоимости, так и по времени, он поможет избежать существенно больших потерь от простоя оборудования или даже провала проекта. Если нововведение имеет хорошую потенциальную нишу на рынке, то такой тест должен включаться в стоимость разработки новой технологии.

Суммируя вышесказанное, необходимо сказать, что покрытия, наносимые на флексографских машинах, дают большие преимущества клиентам — а когда это делается с научным подходом, то может оказаться очень доходным для любого предприятия. К этому надо относиться, как к особой производственной возможности, реализуемой на постоянной основе. Здесь, как и в печатных процессах, правильные поставщики покрытий и анилоксовых валов в высшей степени важны.

АНИЛОКСОВЫЕ ВАЛЫ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
ЧАСТЬ 1: ОБЪЕМ ЯЧЕЕК АНИЛОКСА, ИЛИ ГЛАВНОЕ ПРАВИЛО -
ТОЛЩИНА ПЕРЕНОСИМОЙ КРАСОЧНОЙ ПЛЕНКИ

Этой статьей мы начинаем публикацию серии материалов об анилоксовых валах, любезно предоставленную редакции «Флексо Плюс» автором. Кристофер Харпер более 25 лет проработал во флексографии США, преимущественно в компании Harper Corporation of America. Здесь он закончил карьеру в должности директора по маркетингу и продажам. Среди его разработок — лазерное гравирование анилоксов с шестиуголными ячейками с углом 60°, ставшее теперь мировым стандартом, а также разработка и тестирование первых высоколиниатурных анилоксов в 1990 г. В настоящее время К. Харпер является консультантом по флексографии и директором некоммерческой организации JETTI.

Возможно, самую большую ошибку печатники совершают, когда говорят о печати какой-либо работы анилоксовым валом «с такой-то линиатурой». Достаточно часто слышишь: «Этот оттиск сделан на 800-м валу* или 550-м», — или: «Эту плашку надо печатать 440-м валом». Это странно, поскольку ни одна работа не печатается линиатурой анилоксового вала, но объемом краски, который этот вал переносит.

И тем не менее ошибка совершается ежедневно, когда для печати повторного заказа на машину ставится вал с линиатурой 800 лин/дюйм и цвет оттиска получается отличным от того, что был в предыдущем тираже. Соответственно, заказ не запускается до тех пор, пока еще один или несколько анилоксов с линиатурой 800 лин/дюйм не будут поочередно поставлены на машину и не получится цвет, соответствующий образцу, подписанному заказчиком. Эта частая ошибка стоит тысячи долларов простоя — и при этом ее можно легко избежать, если уяснить понятие объема краскопереноса анилоксового вала. Понятно, что такая терминология общепринята, поскольку линиатура — наиболее распространенная и понятная характеристика вала. Однако «печатает» не линиатура, а объем поверхности анилокса. Именно за счет этого объема и достигается необходимый цвет на оттиске. Соответственно, именно объем и есть основная характеристика вала, на которую и технический, и управляющий персонал в первую очередь должен обращать внимание, чтобы добиться снижения времени простоя машин.

Объем ячеек анилоксового вала рассчитывается так же, как и соотношение объема помещения к его площади. Разница только в том, что вместо кубических футов на квадратный фут используются кубические микроны на квадратный дюйм**. Эти кубические микроны и есть то «пространство» (то есть объем) внутри ячеек на один квадратный дюйм поверхности анилоксового вала, в котором находится краска, которая в конце концов образует красочную пленку на запечатываемом материале. Чтобы четко себе это представить, возьмем, например, объем воздуха на квадратный фут комнаты, в которой вы сидите. Мысленно замените воздух краской, и вы поймете, как много краски поместится в комнате на единицу ее площади.
При рассмотрении объема поверхности анилоксового вала все, конечно же, оказывается на микроскопическом уровне (рис. 1). Соответственно, в качестве единицы измерения нам необходимо использовать микрон. Он составляет одну миллионную долю метра, а в одной тысячной дюйма содержится 25,4 мкм.

Соответственно, в одной тысячной кубического дюйма содержится 645,16 мкм3, способных вместить краску. Этот объем в дальнейшем должен быть поделен на квадратный дюйм (единицу площади) поверхности анилокса. Поскольку получающееся число оказывается достаточно большим, объем ячеек принято выражать в биллионах (1 billion=109) кубических микрон на квадратный дюйм (billion cubic microns), или коротко: BCM.

BCM — это объемное выражение «емкости ячеек анилокса» на один квадратный дюйм его поверхности, способной передавать краску. Более просто можно объяснить так: на одном квадратном дюйме поверхности анилоксового вала линиатурой 800 лин/дюйм с шестиугольной формой ячейки имеется «место» для переноса краски в количестве 736 тыс. ячеек. Стандартный переносимый объем вала при гравировке 800 лин/дюйм обычно составляет от 1,6 до 2,2 млрд мкм3 (BCM), то есть 1600000000000 мкм3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА АНИЛОКСОВОГО ВАЛА
Производители анилоксовых валов обычно используют два метода для определения объема ячеек вала, пригодного для переноса краски. Один довольно старый, но все еще применяемый, основан на использовании микроскопа. Объем определяется на основе анализа одной ячейки или некоторой их выборки. Это предполагает, что все остальные ячейки вала, а это около 222640 на каждом квадратном дюйме вала с линиатурой 440 лин/дюйм, окажутся в основном такими же. Необходимо заметить, что этот метод дает весьма приблизительные результаты, и следующий метод это подтвердил.

Он начал применяться с начала 90-х гг. XX в. и использует микрокартографическую модальность, называемую интерферометрической световой технологией. Метод использует так называемый многомодовый волноводный интерферометр (multimode waveguide interferometer или MWI), в котором один пучок света входит в волновод, образованный из двух параллельных зеркал, где он распространяется как комбинация многих различных мод. Поскольку эти моды следуют многими путями одновременно к пункту назначения, они интерферируют между собой. Получающаяся интерференционная картина может быть использована для измерения пройденного пути. Полученные расстояния записываются, и при помощи компьютера моделируется трехмерная микрокарта поверхности, по которой уже рассчитывается «доступное пространство» для переноса краски.
В результате обширных исследований, проведенных компанией Harper Corporation в конце 1990-х гг. было выявлено, что физические измерения размера, глубины и формы отдельной ячейки анилоксового вала, сделанные человеком при использовании старого способа, были полем для возникновения многочисленных погрешностей. Отклонение глубины ячейки в плюс или минус 15% могли произойти очень легко — просто из-за различной фокусировки микроскопа разными людьми.

По сравнению с этим, использование интерферометрического метода позволило уменьшить погрешность практически в два раза, оправдывая тем самым большие инвестиции в технологию контроля качества. Цель компании Harper была простой: если флексография должна стать более предсказуемой с точки зрения цветовоспроизведения, объем анилоксового вала также должен быть более предсказуемым. Поэтому сегодня этот метод стал стандартным как при подготовке валов к гравированию, так и при контроле качества.

ОБЪЕМ АНИЛОКСА И КОНТРОЛЬ ЦВЕТА
Общеизвестно, что объем ячеек анилоксового вала обусловливает, какой цвет может быть получен на оттиске во время печати. Это определяется способностью размеров ячейки изменяться, что, соответственно, приводит к изменению толщины слоя передаваемой на оттиск краски — то есть к потемнению или осветлению цвета. Но каким образом можно регулировать цвет с помощью объема ячеек вала и допустимо ли это вообще? Например, можно ли печатать анилоксом 800 лин/дюйм более насыщенный цвет, чем анилоксом 600 лин/дюйм — ведь опыт показывает, что чем ниже линиатура анилокса, тем насыщеннее цвет оттиска?

Чтобы лучше понимать, как анилоксовый вал меняет цвет на оттиске вне зависимости от линиатуры, мы должны взять понятие «объем анилокса» и обратить его в «толщину красочной пленки». Для этого необходимо найти ответ на следующий вопрос: если вся краска, измеренная в BCM, будет перенесена на оттиск, какой толщины получится красочная пленка? Чтобы рассчитать это, необходимо «объем на единицу площади» анилокса (BCM) перевести в реальную «толщину красочной пленки» в микронах, которая получится, когда каждая ячейка отдаст все 100% имеющейся в ней краски. Расчет выглядит следующим образом: BCM/0,65=Доступная толщина красочной пленки. Как показано в таблице, объем анилокса, пересчитанный в толщину красочной пленки, оказывается существенно меньше, чем подавляющее большинство людей себе представляет: как можно видеть на примере вала с объемом 8 BCM, доступная толщина составляет немногим менее 0,0005 дюйма даже в том случае, когда вся краска передается на оттиск.

Полученный ответ неизбежно влечет за собой другой вопрос: сколько на самом деле краски передается с анилоксового вала на печатную форму и потом на запечатываемый материал? Ответ на него занял годы. Техническое объяснение этих результатов будет темой следующей статьи. Еще один возможный сюрприз для многих — на печатную форму передается примерно 50% краски из ячеек анилокса, после чего еще примерно 50% от этого количества оказывается на запечатываемом материале.

Следовательно, если вам «доступно» 3 BCM краски в ячейках на поверхности анилоксового вала, то для переноса на запечатываемый материал вам «доступно»: 3/0,65=4,615 мкм красочного слоя. Иными словами, анилокс с объемом 3 BCM предоставляет для переноса на оттиск красочный слой толщиной 4,615 мкм. Из них на форму переносится только половина, или 2,307 мкм. А на запечатываемом материале в результате оказывается половина красочного слоя с формы.
Таким образом, становится очевидным, что красная краска при такой толщине станет розовой, если ячейки анилоксового вала загрязнены хотя бы на 15%. В этом случае «доступная» толщина красочного слоя в 4,615 мкм уменьшается на 15% и становится 3,9 мкм. Такая разница может привести к большому цветовому отличию на оттиске, особенно на определенных цветах.

Этот факт ясно показывает необходимость введения стандартных процедур очистки поверхности валов и ухода за ними. В противном случае это приведет к длительным простоям, проблемам и разочарованиям в любой типографии. Возьмите себе за правило ставить своих печатников перед фактом: эти небольшие, но очень критичные с точки зрения контроля цвета величины могут легко сэкономить тысячи долларов ежегодно.

Чтобы заставить эту информацию работать на вашем производстве, правильно будет начать с инвентаризации собственного парка валов и классификации его в соответствии с переносимым объемом. Следуя логике, что печатаете вы именно переносимым красочным слоем — но никак не линиатурой анилокса — попробуйте каким-то образом изменить собственную терминологию. Мы рекомендуем вам начать, наряду с остальной маркировкой анилоксового вала, с указания его объема. Эта информация должна появиться везде, начиная от таблиц и ярлыков валов до технологических карт заказа. И если вы до сих пор так не делали, то это будет гигантский шаг на пути снижения времени простоя машин.

В качестве следующего шага мы рекомендуем составить таблицы своих анилоксовых валов таким образом, чтобы на первом месте стоял объем, и только потом — линиатура, для упрощения идентификации валов. Если у вас нет времени сделать это правильно, будет полезно потратить некоторое количество средств на то, чтобы пригласить кого-нибудь для проведения аудита парка анилоксовых валов, после чего идентифицировать, промаркировать и свести в таблицу соответствие цветов и анилоксов — во избежание угадывания каждый раз, когда появляется повторный заказ.

Пока мы отстаиваем точку зрения, что объем анилоксового вала является ключевой переменной в уравнении по контролю цвета, необходимо оговориться, что второй ключевой переменной оптимизации процесса цветовоспроизведения на печати является линиатура. Этот вопрос будет освещен во второй статье данного цикла, рассказывающей как выбор правильной линиатуры анилоксового вала становится стабилизирующим фактором качества красочной пленки, которую мы стремимся передавать на запечатываемый материал.

Автор: МПТ Анилокс