Фотополимерные печатные формы

Фотополимеризующиеся материалы, из которых изготавливаются флексографские печатные формы, могут быть жидкими (системы Liquid) или твёрдыми (система Solid), причём твёрдая их форма используется чаще. Сырьём для фотополимеризующихся материалов служат эластомерное связующее вещество, ненасыщенные мономеры и УФфотоинициаторы. Они растворимы в воде или в органических растворителях. При засветке УФлучами происходит реакция полимеризации или "сшивание". Образованные путем этой реакции фотополимеры становятся нерастворимыми. При частичной засветке фотополимеры могут частично задубливаться, в то время как незасвеченные участки можно растворить, т.е. они сохраняют способность к вымыванию. Это свойство используется при изготовлении рельефных печатных форм.

Твёрдые фотополимеризующиеся пластины поставляются в готовом для экспонирования виде такими фирмами, как BASF (например, формные пластины Nyloflex) или DuPont (пластины Cyrel). Они бывают одно- и многослойными.

Рис. 3-7
Структура различных формных материалов, применяемых для изготовления печатных форм флексографской печати:
а однослойная формная пластина (BASF);
б многослойная формная пластина (BASF);
в формная пластина для технологии «Компьютер–печатная форма» (цифровая флексография, BASF);
Примечание. Твердость 75 ед. по шкале А существенно мягче, чем 75 ед. по шкале Д для печатных форм высокой печати (Рис. 3-4)

Однослойные пластины состоят из рельефного слоя (не "сшитого" фотополимера), покрытого защитной фольгой. Разделительный слой обеспечивает лёгкое отделение защитной фольги. Лавсановая основа на оборотной стороне пластины служит для ее стабилизации. На рис. 3-7,а представлено строение однослойной печатной формы.

При обработке однослойных формных материалов сначала равномерно засвечивается оборотная сторона без копировального оригинала. Засветка оборотной стороны обеспечивает равномерное по всей площади "сшивание" фотополимеризующегося слоя и ограничивает глубину вымывания. Кроме того, она повышает светочувствительность слоя, обеспечивает стабильную структуру боковых граней и возможность образования промежуточного рельефа в тонких структурах, например, на растровых площадях (рис. 3-8).

Основное экспонирование производится под вакуумом после отделения защитной пленки с лицевой стороны пластины и размещения на лицевой поверхности пластины негатива (копируемого оригинала). Рельеф образуется путём фотополимеризации. Продолжительность и интенсивность основной экспозиции влияют на образование точек, углов боковых граней и глубину рельефа в тонких структурах (например, растрированные участки на рис. 3-8).

Рис. 3-8
Влияние продолжительности экспонирования:
а образование основания растровых точек (например, для линейной структуры) при УФ-излучении;
б углы боковых граней и глубина пробельных элементов (растрированных элементов изображения), рельеф флексографской цифровой печатной формы, толщиной около 0,6–0,7мм с минимальной глубиной пробельных элементов 70 мкм

Рис. 3-9
Передача изображения при флексографской пе- чати:
а нарушение передачи, деформация печатной формы, однослойная печатная форма (рис. 3-7,а);
б правильная передача печатного изображения при использовании печатной формы со сжимаемой подложкой, многослойная печатная форма (рис. 3-7,б) (BASF)

После основного экспонирования производится вымывание. Посредством растворителя неполимеризированные (незасвеченные) участки печатной формы вымываются. При этом используется механическая обработка щеткой. После вымывания печатная форма должна быть основательно высушена для того, чтобы проникший в рельефный слой растворитель полностью испарился. Далее следует равномерная засветка пластины по всей площади без фотоформы, чтобы все области рельефа были полностью полимеризованы. Флексографская печатная форма в этом состоянии имеет клейкую верхнюю поверхность, к которой прилипают пыль и грязь. При засветке УФлучами (рис. 1.7-11,а) или при погружении в раствор брома клеящая способность теряется. Клише для флексографской печати полностью готово.

Однослойные печатные формы изготавливаются толщиной от 0,76 мм (например, для печати на пакетах, плёнках, тонком картоне) до 6,35 мм (например, для печати на гофрокартоне, мешках из бумаги или пластика). При работе на пластинах толщиной до 3,2 мм могут использоваться линиатуры до 60 лин/см. Возможный диапазон градаций составляет при этом от 2 до 95%. Более толстые печатные формы (от 4 до 5 мм) используются с линиатурами до 24 лин/см, они обеспечивают градационный диапазон от 3 до 90%.

Многослойные пластины, предназначенные для качественной растровой печати, имеют строение, показанное на рис. 3-7,б. Они комбинируют в своей структуре принцип относительно твёрдых тонкослойных пластин со сжимаемой основой. Подложка самаобразует сжимаемую основу для рельефного слоя и принимает на себя деформацию при печати. При этом сохраняется печатный рельеф (рис. 3-9). Стабилизирующий слой обеспечивает почти полное отсутствие продольной деформации вследствие изгиба плоской печатной формы при монтаже на формный цилиндр. Достигаемый эффект повышения качества печати имеет место в том случае, когда тонкие однослойные печатные формы со сжимаемым пористым слоем приклеиваются на формный цилиндр.

Рис. 3-10
Лазерная запись на формный цилиндр-гильзу (digiflex , BASF)

Структура формной пластины для системы "Компьютер - печатная форма" схематично представлена на рис. 3-7,в (например, цифровые флексографские формные пластины фирмы BASF). При удалении защитной фольги освобождается "чёрный" слой, на который, например, с помощью луча лазера (с длиной волны 1064 нм) можно осуществлять запись путем разрушения слоя (абляции). Лазерный луч разрушает чёрный абсорбирующий энергию слой. При этом на формной пластине осуществляется запись точка за точкой. Чёрный слой выполняет задачу копируемого оригинала (негатива). После завершения записи пластина засвечивается по всей ее площади (предварительная и основная экспозиции) и дальше обрабатывается так же, как однослойная формная пластина для получения рельефа (здесь нет никакого "лазерного гравирования", как пояснялось в случае изготовления резиновых клише).

Рис. 3-11
Красочный аппарат флексографской печати с подачей краски через систему валиков

Рис. 3-12
Красочный аппарат флексографской печати с подачей краски посредством камерного ракеля

Монтаж печатных форм. Плоские клише фиксируются на формном цилиндре двусторонней липкой лентой. Увеличение размеров печатающих элементов, обнаруживаемое в направлении печати, следует компенсировать на допечатной стадии методом продольного сжатия.

Технология получения бесконечной формы (гильзы). Принцип этой технологии состоит в том, что на тонкостенную металлическую оболочку - гильзу (Sleeve) - нанесен формный материал. Внутренний диаметр гильзы выбран таким образом, что при подаче сжатого воздуха гильза может быть надета на формный цилиндр.

После прекращения подачи сжатого воздуха гильза закрепляется на формном цилиндре. Вся поверхность этой гильзы перед ее насадкой на формный цилиндр покрывается формным материалом. Далее поверхность формного материала экспонируется лазерным лучом (рис. 3-10). При этом отсутствуют продольное растяжение и неравномерности, связанные с наклеиванием клише при стандартном монтаже.

Печатный аппарат

Печатные аппараты состоят, как представлено на рис. 3-2, из красочного аппарата, формного цилиндра и печатного цилиндра. В настоящее время применяется два различных типа красочных аппаратов:

система с дозировкой краски через зону контакта

 (рис. 3-11) между растрированным валиком и дукторным цилиндром;

 красочный ракельный аппарат с растрированным валиком и с камерным ракелем (рис. 3-12).

Красочный аппарат с дукторным цилиндром (трехваликовый красочный аппарат) является исходной, простой, приемлемой по цене системой, которая, однако, сегодня редко применяется на новых машинах. Дозировка краски с точки зрения ее подачи имеет ограничения. Если подаётся слишком много краски, то при больших тиражах промежутки между растровыми точками на печатных формах залипают и печатное изображение смазывается. При незначительной подаче краски не обеспечивается полный ее перенос на формную пластину и на печатном изображении возникают непропечатанные места. Такая система дозирования красок, однако, находит частое применение совместно с лакировальными устройствами в офсетной печати при сплошном и выборочном лакировании.

При возрастании требований к качеству печати становится необходимым улучшение красочных систем. На современных флексографских печатных машинах устанавливаются красочные аппараты с растрированными валиками и закрытой камерной ракельной системой.

Рис. 3-13
Профиль растрированного валика:
а геометрия ячеек;
б микрофотография поверхности керамического валика, 300 ячеек/см (поверхность скоса) (Heidenwanger)

Таблица 3-1
Свойства и способы изготовления хромированных и керамических растрированных валиков

Растрированные валики являются ключевым элементом красочного аппарата. Геометрические параметры ячейки (углубления и распределение ячеек) определяют в значительной степени объём (см3/м2) захвата краски растрированным валиком (рис. 3-13). В зависимости от требования к толщине красочного слоя следует использовать валики с различными объёмами захвата краски.

Ракельное устройство обеспечивает заполнение углублений краской, т.е. заданный объем ее переноса на клише.

Объем захвата краски ячейками валика и извлечение ее из углублений, реологические свойства красок, а также рабочие характеристики процесса и сог ласование поверхностных свойств печатной формы и запечатываемого материала влияют на качество печати (равномерность, толщина красочного слоя, муарообразование и т. д).

Рис. 3-14
Концепции построения машин для многокрасочной флексографской печати:
а система планетарного построения;
б секционное построение;
в вертикальное секционное построение

Сегодня широко распространены валики с хромированной или керамической поверхностью (данные табл. 3-1). Рабочие значения линиатуры растров составляют от 150 до 300 лин/см при объеме ячеек 10 см3/м2. Для выбора растрированных валиков имеют значение следующие практические правила:

· при толщине наносимого красочного слоя 2 мкм на запечатываемый материал (что соответствует величине 2 см3/м2) объём ячеек растрированного валика должен аккумулировать 4 см3/м2 (во флексографии, как и в офсетной печати, в первом приближении переносится на запечатываемый материал половина краски) (рис. 1.3-5). Линиатура растра на валике в отличие от растрового клише должна в среднем быть в 5,5 раз больше (при растре 48 лин/см на форме линиатура растрированного валика в среднем - 260 лин/см). Клише с низкими линиатурами должны заменяться клише с более высокой линиатурой. Если линиатура растрированного валика незначительно отличается от линиатуры печатной формы, то возможна непропечатка элементов и образование муара; о

· угол гравирования в 60 при шестиугольной форме растровой ячейки предпочтителен во многих случаях (но это не обязательное требование).

Характеристики хромированных и керамических валиков представлены в табл. 3-1. Концепции построения машин для многокрасочной печати

Для флексографской печати изготавливаются преимущественно рулонные машины по следующим схемам построения:

· планетарная система (рис. 3-14,а);

· секционная система горизонтального построения (рис. 3-14,б);

· секционная система вертикального построения (рис. 3-14,в).

Машины планетарного построения имеют по сравнению с секционными машинами преимущества в точности продольной приводки, что обусловлено большим углом охвата запечатываемого материала (особенно при печати на гибких синтетических материалах). Машины секционного построения очень распространены и обладают гибкостью относительно количества устанавливаемых печатных секций, а также применения способов печати (комбинации различных способов). Планетарная система, напротив, накладывает ограничения на количество печатных секций и возможности использования различных способов печати.

Применение флексографского способа в листовой печати возможно обычно с использованием его в лакировальных устройствах листовой офсетной машины (раздел 2.1.2.7).

Для специализированного применения (например, высококачественная печать металлизированными красками на упаковочном материале, запечатывание синтетических материалов) используются многокрасочные листовые флексографские машины (рис. 3-23). Планетарные машины. Они были разработаны первоначально для того, чтобы можно было выполнять печать с точным совмещением красок на эластичном материале (рис. 3-14,а). Запечатываемый материал лежит во время печатного процесса на печатном цилиндре и обеспечивает, таким образом, высокие возможности стабильности положения. От 4 до 10 красочных аппаратов могут располагаться вокруг центрального печатного цилиндра (диаметром от 2 м и шириной от 300 до 3000 мм). Для того чтобы достичь необходимости равномерности давления печати, печатный цилиндр должен быть изготовлен с высокой точностью с минимальным биением по окружности цилиндра в пределах 5 мкм. Он должен быть оборудован системой термостатирования с отклонениями ±1 оС (разница в 1 оС у стального цилиндра диаметром от 1,80 м дает изменение радиуса около 10 мкм).

Печатные аппараты обслуживаются двигателями с винтовой регулировкой или вручную. Современные машины работают с использованием цифрового NC управления (NCNumerical Control), которое, учитывая такие параметры заказа, как толщина клише, длина и свойства запечатываемого материала, устанавливает печатные аппараты относительно печатного цилиндра с допуском в 1мкм, что обеспечивает высокую точность совмещения красок. Стандартные печатные машины имеют ширину печати от 1300 мм, длину печати до 1000 мм при производственной скорости до 6,7 м/с.

Машины секционного построения. У таких машин одинаковые печатные аппараты расположены один за другим в ряд (рис. 3-14,б). Рулон с материалом обычно проходит через печатные аппараты таким образом, чтобы в соответствующем сушильном устройстве размещались механизмы натяжения полотна и проводки. Расположение аппаратов в ряд использовалось первоначально в узкорулонных машинах (ширина полотна около 500 мм) для печати этикеток. Между тем тенденция на рынке направлена в сторону увеличения ширины полотна вплоть до 1500 мм. Производственные скорости составляют до 4 м/с. Индивидуальные приводы отдельных печатных секций обеспечивают многосекционное построение агрегатов и высокую точность совмещения красок в сочетании с высококачественным контролем движения полотна.

Флексографские печатные аппараты могут и комбинироваться, например, с печатными аппаратами для офсетной и глубокой печати, образуя гибридные печатные системы.

Секционные машины вертикального построения. Из-за плохого совмещения они используются только для печати простых печатных изделий (продольное несовмещение составляет приблизительно ±0,2 мм), например, для изготовления сумок (рис. 3-14,в). Преимущество такого построения в отличие от планетарного заключается в том, что в подобранных машинах могут запечатываться две стороны.

Примеры построения машин

На рис. 3-15 показана восьмикрасочная флексографская машина планетарного типа (построенная по схеме на рис. 3-14,а) с самой современной техникой управления и автоматической рулонной зарядкой. Сушильное устройство расположено в надстройке между рулонной установкой и печатными аппаратами.

Рис. 3-15
Восьмикрасочная флексографская печатная машина планетарного построения с центральным цилиндром; диаметр цилиндра 2275 мм, ширина материала до 1700 мм, длина печати до 1400 мм, скорость печати 6 м/с (34 DF/8-CNC, Fischer& Krecke)

Рис. 3-16
Смена формного цилиндра с автоматической его приёмкой на флексографской машине планетарного построения (Fischer& Krecke)

Рис. 3-17
Замена гильзы формного цилиндра в флексографском печатном аппарате (Fischer& Krecke)

Рис. 3-18
Замена формного цилиндра и гильзы растрированного валика в печатной секции флексографской печати (Soloflex, W&H)

Рис. 3-19
Флексографская печатная машина планетарного построения с 8 печатными аппаратами их с высокой степенью автоматизации (Astraflex, W&H)

Рис. 3-20
Секционная флексографская печатная машина с интегрированным высекальным устройством для производства картонных коробок (печать на рулонном материале, вывод высеченного листа), производственная скорость 3,5 м/с (LEMATIC 82F, Bobst)

Рис. 3-21
Этикеточная флексографская печатная машина с УФ-сушкой и ротационной высечкой, скорость 2,5 м/с (Arsoma EM 510, Heidelberg/Gallus)

Основные узлы машины со сменными формными цилиндрами и с транспортными устройствами на основе робототехники представлены на рис. 3-16. Замена 8 цилиндров продолжается примерно 12 мин.

На рис. 3-17 показан процесс замены гильзы формного цилиндра. Операция по смене гильзы и растрированного валика представлена на рис. 3-18.

В модели, представленной на рис. 3-19, изображено обобщенное построение флексографских планетарных машин, развившееся в последние годы: отдельные приводы для красочных или печатных устройств, а также модули автоматизации, связанные единой сетью управления таким образом, что любые нарушения можно выявлять при помощи модема посредством дистанционной диагностики. Установка красочных аппаратов управляется посредством компьютеров, как и автоматическая смена рулона в безостановочном режиме на максимальной производственной скорости.

Рис. 3-22
Газетная флексографская печатная машина для многокрасочной печати с 144 печатными аппаратами (Flexocourier, KBA)

Флексографская печатная машина секционного построения для изготовления складных коробок (по строенная по схеме на рис. 3-14, в) с интегрированной высечкой показана на рис. 3-20. На ней может обрабатываться картон плотностью от 200 до 500 г/м2 с максимальным диаметром роля примерно от 2 м и максимальной шириной от 820 мм.

На рис. 3-21 показана узкорулонная этикеточная печатная машина с интегрированной ротационной высечкой. На ней можно печатать УФкрасками многокрасочные этикетки. Для этого после каждого красочного аппарата встроено УФсушильное устройство.

Разнообразие применения флексографской печати становится понятным из рис. 3-22, на котором изображена многокрасочная флексографская газетная печатная машина со 144 печатными аппаратами. Печать выполняется красками на водной основе.

На рис. 3-23 показана двухкрасочная листовая флексографская печатная машина.