La decisione di investire in una macchina da stampa flessografica è raramente guidata da un unico tipo di substrato. I trasformatori di stampa che servono i mercati degli imballaggi flessibili sanno che una macchina da stampa inattiva perché non può gestire un ordine in entrata è un capitale che non guadagna il suo mantenimento. La questione non è se una macchina può stampare su un materiale-ma se può passare da un materiale all'altro senza eccessivi tempi di inattività, scarti o compromessi sulla qualità.
A Macchina da stampa flessografica a sei colori ad alta velocitàsi trova a metà dello spettro delle apparecchiature: più capace di un'unità a bobina stretta-a quattro colori, ma meno specializzata di una configurazione a tamburo centrale-impress (CI) a otto- o dieci{3}}colori progettata esclusivamente per lavori cinematografici di fascia alta-. Per capire cosa può gestire questa macchina-e dove si trovano i suoi confini-è necessario considerare l'interazione tra progettazione meccanica, proprietà dei materiali e parametri di processo.
L'architettura dell'impressione centrale
La maggior parte delle macchine da stampa a-velocità sei-a sei colori utilizza un design a cilindro a impressione centrale (CI). In questa configurazione, tutte e sei le stazioni di stampa sono disposte radialmente attorno a un cilindro di impressione comune di grande-diametro. Il nastro si avvolge attorno a questo cilindro mentre passa in ciascuna stazione, il che significa che il substrato è supportato dal tamburo CI in ogni punto in cui viene trasferito l'inchiostro.
Questa architettura è estremamente importante per la versatilità del substrato. Una pressa di tipo stack- (dove le stazioni sono impilate verticalmente una sopra l'altra) sottopone il nastro a una tensione cumulativa mentre viaggia verso l'alto attraverso più contatti. I film sottili si allungano. Le carte delicate si spiegazzano. Una macchina da stampa CI, al contrario, mantiene il nastro sotto una tensione relativamente stabile perché la lunghezza del percorso tra le stazioni è breve e il cilindro CI fornisce un supporto di supporto continuo.
Una ricerca pubblicata su Polymer Engineering & Science ha esaminato il comportamento della tensione del nastro nei sistemi multi-stazione roll-to-roll, dimostrando che le configurazioni CI mostrano una variazione di registro inferiore rispetto ai progetti stack o in-line quando si eseguono substrati estensibili. Questo è il motivo per cui le presse a tamburo CI sono generalmente considerate l'opzione più versatile per ambienti di produzione con substrati misti-.
Movimentazione del substrato: cosa entra nella macchina
Web-basati su carta
Carta e cartone rappresentano la categoria di substrati entry-level per la maggior parte delle operazioni flessografiche. La carta da giornale, la carta kraft, il supporto ondulato, il cartone solido sbiancato al solfato e il cartone pieghevole rivestito passano tutti attraverso le macchine da stampa flessografiche.
Ciò che rende la carta gestibile dal punto di vista delle apparecchiature è la sua stabilità dimensionale. La carta non si allunga in modo significativo sotto la normale tensione di produzione, quindi il controllo del registro su sei colori è meccanicamente semplice. La sfida risiede altrove-nella resistenza e nell'assorbenza della superficie. La carta di bassa grammatura-base- può rilasciare pelucchi durante il contatto con la lastra, depositando fibre sulla lastra che degradano le impronte successive. TAPPI T 499 (test di prelievo della cera) e TAPPI T 456 (misurazione della levigatezza) forniscono metodi standardizzati per valutare se un determinato tipo di carta sopravviverà alle pressioni di contatto flessografiche senza degradazione della superficie.
Le qualità del cartone superiori a circa 400 g/m² introducono problemi legati alla rigidità-. Il cartone spesso non si adatta facilmente alla curvatura del cilindro CI, il che crea una pressione di pressione non uniforme su tutta la larghezza del nastro. Alcune macchine da stampa incorporano un cilindro pressore segmentato con settori regolabili per compensare questo effetto; altri si affidano a coperture flessibili sul cilindro di stampa per distribuire uniformemente la pressione su substrati più spessi.
Film poliolefinici
Il polipropilene biassialmente orientato (BOPP), il polietilene a bassa-densità (LDPE), il polietilene lineare a bassa{{1}densità (LLDPE) e il polipropilene colato (CPP) insieme rappresentano la maggior parte del volume di film per imballaggi flessibili stampato in tutto il mondo.
Questi film presentano una serie di sfide diverse rispetto alla carta. Hanno un'energia superficiale inferiore, il che significa che l'inchiostro non li bagnerà a meno che la superficie non sia stata trattata. Sono anche più sensibili alla temperatura-: una pellicola BOPP inizia a restringersi se il tunnel di essiccazione supera i 120–130 gradi circa e le pellicole PE si ammorbidiscono a temperature ancora più basse.
Il trattamento superficiale è quindi non-negoziabile. Le unità di scarico corona installate in linea prima della prima stazione di stampa ionizzano la superficie della pellicola, creando gruppi polari che aumentano l'energia superficiale da circa 30 dine/cm a 38-42 dine/cm-l'intervallo in cui gli inchiostri flessografici a base di acqua-o a base di solvente- raggiungono un'adeguata bagnatura e adesione. ASTM D2578 specifica il metodo di test con penna dyne utilizzato per verificare il livello di trattamento prima di procedere alla stampa.
Per i trasformatori che utilizzano carta e pellicola sulla stessa linea, una macchina da stampa flessografica a sei colori ad alta velocità dotata di una stazione corona opzionale che può essere attivata o disattivata a seconda del substrato offre una notevole flessibilità operativa. Senza questa funzionalità, il passaggio dalla carta kraft non trattata (che non richiede corona) al BOPP non trattato (che lo richiede) richiederebbe il pre-trattamento delle pellicole offline o l'accettazione di risultati di adesione incoerenti.
Film in poliestere e barriera
Le pellicole di polietilene tereftalato (PET) e di poliammide (PA, nylon) occupano la fascia-con le prestazioni più elevate del mercato delle pellicole per imballaggi flessibili. Il PET è dimensionalmente stabile, resiste allo stiramento e tollera temperature di essiccazione più elevate rispetto alle poliolefine. Sotto molti aspetti è più facile lavorare ad alta velocità su una macchina da stampa flessografica rispetto a BOPP o PE.
Le pellicole di nylon introducono sensibilità igroscopica. Il nylon assorbe l'umidità ambientale e tale assorbimento ne modifica le dimensioni. Un nastro di nylon correttamente registrato all'inizio di un turno potrebbe perdere la registrazione man mano che l'umidità cambia nel corso della giornata. Le macchine da stampa configurate per la produzione regolare di nylon spesso includono controlli ambientali chiusi attorno al percorso della bobina e possono utilizzare rulli di compensazione servo-azionati che regolano dinamicamente la lunghezza della bobina in base al feedback del sensore.
Le pellicole barriera contenenti etilene vinil alcol (EVOH) o strati di metallizzazione dell'alluminio richiedono attenzione al fatto che lo strato barriera stesso può essere danneggiato da un'eccessiva pressione di contatto o dall'esposizione al solvente. Anche se la macchina da stampa non testa direttamente le proprietà barriera dopo la stampa, l'operatore deve essere consapevole che condizioni di stampa aggressive possono compromettere i tassi di trasmissione dell'ossigeno misurati secondo gli standard ASTM F1927.
Foglio di alluminio
Il foglio di alluminio-spesso in genere da 6 a 15 micron-viene utilizzato su macchine da stampa flessografiche principalmente per imballaggi farmaceutici e involucri di dolciumi di alta qualità. Il foglio non è-poroso, non-assorbente e dimensionalmente rigido. L'inchiostro si asciuga completamente per evaporazione anziché per penetrazione.
La principale considerazione operativa con la pellicola è la pulizia. La produzione della pellicola lascia residui di lubrificanti di rotolamento e composti anti-statici sulla superficie. Se questi contaminanti rimangono, interferiscono con la bagnatura dell'inchiostro. Il trattamento corona o fiamma in linea immediatamente prima della prima stazione di colore è una pratica standard. Il trattamento alla fiamma è particolarmente efficace sulla lamina perché contemporaneamente pulisce i residui organici e ossida la superficie metallica.
Il foglio richiede inoltre un'attenta gestione nelle sezioni di svolgimento e riavvolgimento. Poiché la pellicola si strappa anziché allungarsi, le procedure di recupero della rottura del nastro devono essere più delicate di quelle utilizzate per la pellicola. Molti operatori configurano rampe di accelerazione più lente e limiti di tensione massima ridotti quando si passa dalla lavorazione della pellicola a quella della lamina sulla stessa macchina.
Tessuti non tessuti
I non tessuti in polipropilene spunbond e meltblown sono diventati un’area di crescita per la stampa flessografica, trainata dalla domanda di imballaggi medicali brandizzati e di borse per la spesa riutilizzabili. I non tessuti si comportano diversamente da qualsiasi altro comune substrato flessografico. Si comprimono sotto pressione, si recuperano parzialmente dopo essere passati attraverso l'impronta e consumano molto più inchiostro rispetto a una pellicola o carta con un'area di -equivalente perché l'inchiostro penetra nella massa fibrosa anziché rimanere sulla superficie.
Il controllo dei registri sui non tessuti è notoriamente difficile. La ricerca sulla gestione del nastro di materiali non tessuti nei processi roll-to-roll, documentata in procedimenti tecnici delle organizzazioni TAPPI e AIMCAL, raccomanda margini di stampa più ampi e specifiche di tolleranza più flessibili quando si stampa su non tessuti rispetto a pellicole o carta. Una macchina da stampa flessografica a sei-colori che utilizza substrati non tessuti in genere funziona a velocità ridotta-spesso al 40–60% della velocità massima nominale-per mantenere una precisione di registrazione accettabile.
Considerazioni sul sistema di inchiostro tra i substrati
La scelta tra inchiostri a base-solvente, a base d'acqua-e inchiostri UV-è inseparabile dalla questione del substrato.
Gli inchiostri a base solvente-si asciugano rapidamente e appaiono molto lucidi su superfici non-porose come pellicole e fogli. Ma in molti luoghi necessitano di sistemi di recupero o abbattimento dei solventi a causa delle norme sulle emissioni di COV. Queste norme includono il Clean Air Act dell'EPA e la Direttiva sulle emissioni industriali (IED) dell'Unione Europea. I sistemi possono essere ossidatori termici rigenerativi o unità di adsorbimento del carbonio. Quindi, per una macchina che deve funzionare su molti materiali diversi, gli inchiostri a solvente possono funzionare su quasi tutti. Ma aggiungono anche più lavoro per seguire le regole.
Gli inchiostri a base d'acqua- sono sempre più dominanti, soprattutto nelle regioni con rigide normative sui COV. Essiccano bene su substrati porosi (carta, cartone) e adeguatamente su film trattati. Il loro limite è la velocità: l'acqua evapora più lentamente dei solventi organici, il che può limitare la produttività su substrati non-porosi a meno che non siano installati tunnel di essiccazione estesi o lame d'aria a temperatura-più elevata.
Gli inchiostri UV polimerizzano istantaneamente dopo l'esposizione alle lampade ultraviolette. Non si seccano affatto per evaporazione-polimerizzano. Ciò significa che gli inchiostri UV si depositano sulla superficie del substrato esattamente come depositati, offrendo un'eccezionale nitidezza del punto e resistenza all'abrasione. Non tutti i substrati accettano allo stesso modo gli inchiostri UV. Le carte altamente assorbenti potrebbero assorbire il veicolo dell'inchiostro UV a bassa-viscosità prima che avvenga l'essiccazione, determinando una scarsa formazione della pellicola di inchiostro. Alcune pellicole plastiche contengono additivi (stabilizzanti UV, agenti scivolanti) che migrano verso la superficie e interferiscono con la chimica della polimerizzazione UV. ASTM F1942 fornisce indicazioni sulla valutazione delle prestazioni degli inchiostri polimerizzabili UV su substrati flessibili.
Selezione del rullo anilox e abbinamento del substrato
I rulli anilox determinano la quantità di inchiostro che viene trasferita alla lastra e, infine, al substrato. Il volume delle celle (espresso in miliardi di micrometri cubi per pollice quadrato, BCM) e la lineatura dello schermo (linee per pollice, LPI) sono i due parametri di specifica principali.
I rulli anilox con BCM più elevato trasferiscono più inchiostro, producendo una copertura più intensa adatta a sfondi bianchi opachi o blocchi di colore solido. I rulli BCM inferiori producono pellicole più sottili adatte per lavori di mezzitoni fini e riproduzione del colore in quadricromia. La relazione tra la selezione dell'anilox e il substrato è diretta: le carte assorbenti possono contenere volumi di inchiostro più elevati perché parte dell'inchiostro penetra nel foglio. Le pellicole richiedono un controllo più rigoroso del volume dell'inchiostro perché l'inchiostro in eccesso si accumula sulla superficie e non riesce a polimerizzare o ad asciugarsi entro il tempo di permanenza nel tunnel disponibile.
Quando una macchina da stampa flessografica a sei colori ad alta velocità viene impostata per un nuovo substrato, la selezione del rullo anilox è in genere il primo parametro regolato dopo il montaggio della lastra. Operatori esperti mantengono inventari di anilox che coprono una gamma di combinazioni LPI/BCM e li abbinano al tipo di substrato utilizzando record empirici accumulati nei lavori precedenti. Attualmente non esiste un modello predittivo universale che colleghi in modo affidabile la geometria dell'anilox al risultato di stampa su tutte le combinazioni di substrato-di inchiostro, sebbene la ricerca pubblicata su Progress in Organic Coatings abbia quadri teorici avanzati per i meccanismi di trasferimento dell'inchiostro nei sistemi rotocalco e flessografici.
Configurazione del tunnel di asciugatura
Il sistema di essiccazione è probabilmente il sottosistema più importante per determinare quali substrati una determinata macchina da stampa può gestire a velocità commerciali.
I tunnel di essiccazione ad aria calda-sono la configurazione di base. L'aria riscaldata viene diretta sul nastro appena stampato tramite gruppi di ugelli posizionati tra le stazioni di stampa. Il controllo della temperatura, della velocità e dell'umidità dell'aria varia ampiamente tra le macchine. Le presse entry-level possono offrire ventilatori a velocità fissa-e un semplice controllo termostatico della temperatura. Le macchine con specifiche-più elevate sono dotate di azionamenti a frequenza-variabile sui motori dei ventilatori, elementi riscaldanti-controllati a zone e sensori di umidità di scarico che modulano il flusso d'aria per prevenire la formazione di condensa all'interno del tunnel.
