Die Entscheidung, in eine Flexodruckmaschine zu investieren, wird selten von einem einzigen Substrattyp bestimmt. Druckverarbeiter, die Märkte für flexible Verpackungen bedienen, wissen, dass eine Druckmaschine, die stillsteht, weil sie einen eingehenden Auftrag nicht bearbeiten kann, Kapital ist, das sich nicht lohnt. Die Frage ist nicht, ob eine Maschine ein Material bedrucken kann-sondern geht es darum, ob sie ohne übermäßige Ausfallzeiten, Ausschuss oder Qualitätseinbußen zwischen Materialien wechseln kann.
A Hochgeschwindigkeits-Flexodruckmaschine mit sechs Farbenliegt in der Mitte des Gerätespektrums: leistungsfähiger als ein Vier-{0}}Schmalbahn--Gerät, aber weniger spezialisiert als eine acht- oder zehn{3}}Zentral--impress (CI)-Trommelkonfiguration, die ausschließlich für High-End-Filmarbeiten konzipiert ist. Um zu verstehen, was diese Maschine verarbeiten kann-und wo ihre Grenzen liegen-, muss man sich die Wechselwirkung zwischen mechanischem Design, Materialeigenschaften und Prozessparametern ansehen.
Die Central Impression Architecture
Die meisten -Hochgeschwindigkeits-Sechsfarbdruckmaschinen- verwenden ein Zentraldruckzylinder-Design (CI). In dieser Konfiguration sind alle sechs Druckstationen radial um einen gemeinsamen Gegendruckzylinder mit großem Durchmesser angeordnet. Die Bahn wickelt sich beim Passieren jeder Station um diesen Zylinder, was bedeutet, dass das Substrat an jeder Stelle, an der Farbe übertragen wird, von der CI-Trommel getragen wird.
Diese Architektur ist für die Vielseitigkeit des Substrats von enormer Bedeutung. Eine Stapelpresse (bei der die Stationen vertikal übereinander gestapelt sind) setzt die Bahn einer kumulativen Spannung aus, während sie durch mehrere Walzenspalte nach oben läuft. Dünne Filme dehnen sich. Empfindliches Papier knittert. Im Gegensatz dazu hält eine CI-Presse die Bahn unter relativ stabiler Spannung, da die Weglänge zwischen den Stationen kurz ist und der CI-Zylinder eine kontinuierliche Stützunterstützung bietet.
In einer in Polymer Engineering & Science veröffentlichten Studie wurde das Bahnspannungsverhalten in Rollen--zu-Rollen-Systemen mit mehreren Stationen untersucht und gezeigt, dass CI-Konfigurationen bei der Verwendung von ausziehbaren Substraten eine geringere Registerschwankung aufweisen als Stapel- oder In-Line-Designs. Aus diesem Grund gelten CI-Trommelpressen allgemein als die vielseitigste Option für Produktionsumgebungen mit gemischten Substraten.
Substrathandhabung: Was in die Maschine kommt
Papierbasierte-Webs
Papier und Pappe stellen für die meisten Flexodruckbetriebe die Substratkategorie der Einstiegsklasse dar. Zeitungspapier, Kraftliner, Wellpappenpapier, gebleichter Sulfatkarton und beschichteter Faltschachtelkarton durchlaufen täglich Flexodruckmaschinen.
Was Papier aus apparativer Sicht handhabbar macht, ist seine Dimensionsstabilität. Unter normaler Produktionsspannung dehnt sich das Papier nicht wesentlich aus, sodass die Registerkontrolle über sechs Farben hinweg mechanisch einfach ist. Die Herausforderung liegt woanders-in der Oberflächenfestigkeit und Saugfähigkeit. Papiere mit niedrigem-Basisgewicht-können beim Kontakt mit der Platte fusseln und Fasern auf der Platte ablagern, die nachfolgende Abdrücke beeinträchtigen. TAPPI T 499 (Wachspicktest) und TAPPI T 456 (Glättemessung) bieten standardisierte Methoden zur Bewertung, ob eine bestimmte Papiersorte den Flexodruck ohne Oberflächenbeeinträchtigung übersteht.
Bei Kartonqualitäten über ca. 400 g/m² kommt es zu Problemen im Zusammenhang mit der Steifigkeit-. Dicker Karton passt sich nicht leicht der Krümmung des CI-Zylinders an, wodurch ein ungleichmäßiger Walzendruck über die gesamte Bahnbreite entsteht. Einige Druckmaschinen verfügen über einen segmentierten Druckzylinder mit verstellbaren Sektoren, um diesen Effekt auszugleichen. andere verlassen sich auf nachgiebige Gummituchbezüge am Druckzylinder, um den Druck gleichmäßig auf dickere Substrate zu verteilen.
Polyolefinfolien
Biaxial orientiertes Polypropylen (BOPP), Polyethylen niedriger -Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger -Dichte (LLDPE) und gegossenes Polypropylen (CPP) machen zusammen den Großteil des weltweit gedruckten Volumens an flexiblen Verpackungsfolien aus.
Diese Filme stellen andere Herausforderungen dar als Papier. Sie haben eine geringere Oberflächenenergie, was bedeutet, dass die Tinte sie nur dann benetzt, wenn die Oberfläche behandelt wurde. Außerdem sind sie temperaturempfindlicher: Eine BOPP-Folie beginnt zu schrumpfen, wenn die Temperatur im Trockentunnel etwa 120–130 Grad überschreitet, und PE-Folien werden bei noch niedrigeren Temperaturen weich.
Eine Oberflächenbehandlung ist daher nicht-verhandelbar. Inline vor der ersten Druckstation installierte Koronaentladungseinheiten ionisieren die Folienoberfläche und erzeugen polare Gruppen, die die Oberflächenenergie von etwa 30 dyn/cm auf 38–42 dyn/cm-anheben, dem Bereich, in dem wasser--oder lösungsmittelbasierte-Flexodruckfarben eine ausreichende Benetzung und Haftung erreichen. ASTM D2578 spezifiziert die Dyn-Pen-Testmethode, die zur Überprüfung des Behandlungsgrads vor dem Druckvorgang verwendet wird.
Für Verarbeiter, die sowohl Papier als auch Folie auf derselben Linie verarbeiten, bietet eine Hochgeschwindigkeits-Flexodruckmaschine mit sechs Farben, die mit einer optionalen Koronastation ausgestattet ist, die je nach Substrat aktiviert oder deaktiviert werden kann, erhebliche betriebliche Flexibilität. Ohne diese Fähigkeit würde der Wechsel zwischen unbehandeltem Kraftpapier (für das keine Korona erforderlich ist) und unbehandeltem BOPP (für das dies erforderlich ist) entweder eine Offline-Vorbehandlung der Folien erfordern oder inkonsistente Haftungsergebnisse in Kauf nehmen.
Polyester- und Barrierefolien
Folien aus Polyethylenterephthalat (PET) und Polyamid (PA, Nylon) besetzen das leistungsstärkere -Ende des Marktes für flexible Verpackungsfolien. PET ist formbeständig, dehnungsbeständig und verträgt höhere Trocknungstemperaturen als Polyolefine. Es ist in vielerlei Hinsicht einfacher, auf einer Flexodruckmaschine mit hoher Geschwindigkeit zu arbeiten als BOPP oder PE.
Nylonfolien führen zu hygroskopischer Empfindlichkeit. Nylon absorbiert Umgebungsfeuchtigkeit und diese Absorption verändert seine Abmessungen. Ein Nylongewebe, das zu Beginn einer Schicht ordnungsgemäß ausgerichtet war, kann aus der Ausrichtung geraten, wenn sich die Luftfeuchtigkeit im Laufe des Tages ändert. Pressen, die für die normale Nylonproduktion konfiguriert sind, verfügen häufig über geschlossene Umgebungskontrollen rund um den Bahnweg und können servoangetriebene Ausgleichswalzen verwenden, die die Bahnlänge basierend auf dem Feedback des Sensors dynamisch anpassen.
Bei Barrierefolien, die Ethylenvinylalkohol (EVOH) oder Aluminiummetallisierungsschichten enthalten, muss beachtet werden, dass die Barriereschicht selbst durch übermäßigen Walzendruck oder Lösungsmitteleinwirkung beschädigt werden kann. Während die Druckmaschine die Barriereeigenschaften nach dem Drucken nicht direkt testet, muss sich der Bediener darüber im Klaren sein, dass aggressive Druckbedingungen die gemäß ASTM F1927-Standards gemessenen Sauerstoffdurchlässigkeitsraten beeinträchtigen können.
Aluminiumfolie
Aluminiumfolie-typischerweise 6 bis 15 Mikrometer dick-wird auf Flexodruckmaschinen hauptsächlich für pharmazeutische Verpackungen und hochwertige Süßwarenverpackungen verarbeitet. Folie ist nicht-porös, nicht{6}saugfähig und formsteif. Tinte trocknet vollständig durch Verdunstung und nicht durch Eindringen.
Der wichtigste betriebliche Gesichtspunkt bei Folien ist die Sauberkeit. Bei der Folienherstellung verbleiben Reste von Walzschmiermitteln und antistatischen Verbindungen auf der Oberfläche. Bleiben diese Verunreinigungen zurück, beeinträchtigen sie die Benetzung der Tinte. Inline-Corona- oder Flammbehandlung unmittelbar vor der ersten Farbstation ist gängige Praxis. Besonders effektiv ist die Flammbehandlung bei Folien, da sie gleichzeitig organische Rückstände reinigt und die Metalloberfläche oxidiert.
Auch in den Ab- und Aufwickelbereichen erfordert die Folie eine sorgfältige Handhabung. Da die Folie eher reißt als sich dehnt, müssen die Verfahren zur Wiederherstellung nach Bahnrissen schonender sein als bei Folien. Viele Bediener konfigurieren langsamere Beschleunigungsrampen und reduzierte maximale Spannungsgrenzen, wenn sie auf derselben Maschine von Folien- auf Folienläufe wechseln.
Vliesstoffe
Spunbond- und Meltblown-Vliesstoffe aus Polypropylen haben sich zu einem Wachstumsbereich für den Flexodruck entwickelt, angetrieben durch die Nachfrage nach Markenverpackungen für medizinische Zwecke und wiederverwendbaren Einkaufstaschen. Vliesstoffe verhalten sich anders als alle anderen gängigen Flexosubstrate. Sie komprimieren sich unter dem Druck des Walzenspalts, erholen sich teilweise, nachdem sie den Druck durchlaufen haben, und verbrauchen erheblich mehr Tinte als Folie oder Papier mit gleicher -Fläche, da die Tinte in die Fasermasse eindringt und nicht auf der Oberfläche verbleibt.
Die Registerkontrolle bei Vliesstoffen ist bekanntermaßen schwierig. Untersuchungen zur Bahnhandhabung von Vliesstoffen in Rolle{1}}zu--Prozessen, dokumentiert in technischen Berichten der Organisationen TAPPI und AIMCAL, empfehlen größere Druckränder und lockerere Toleranzspezifikationen beim Drucken auf Vliesstoffen im Vergleich zu Filmen oder Papieren. Eine Flexodruckmaschine mit sechs-Farben, auf der Vliesstoffsubstrate verarbeitet werden, arbeitet normalerweise mit reduzierter Geschwindigkeit-häufig 40–60 % des Nennmaximums-, um eine akzeptable Registrierungsgenauigkeit aufrechtzuerhalten.
Überlegungen zum Tintensystem für alle Substrate
Die Wahl zwischen lösungsmittel-basierten, wasser-basierten und UV-härtbaren Tinten ist untrennbar mit der Frage des Substrats verbunden.
Tinten auf Lösungsmittelbasis-trocknen schnell und sehen auf nicht-porösen Oberflächen wie Filmen und Folien sehr glänzend aus. Aufgrund der VOC-Emissionsvorschriften benötigen sie jedoch vielerorts Lösungsmittelrückgewinnungs- oder -minderungssysteme. Zu diesen Regeln gehören der Clean Air Act der EPA und die Industrial Emissions Directive (IED) der Europäischen Union. Bei den Systemen kann es sich um regenerative thermische Oxidationsanlagen oder Kohlenstoffadsorptionsanlagen handeln. Bei einer Maschine, die mit vielen verschiedenen Materialien arbeiten muss, können Lösungsmitteltinten also auf fast allen Materialien funktionieren. Aber sie erfordern auch mehr Arbeit, um die Regeln einzuhalten.
Wasserbasierte-Tinten dominieren zunehmend, insbesondere in Regionen mit strengen VOC-Vorschriften. Sie trocknen gut auf porösen Untergründen (Papier, Pappe) und ausreichend auf behandelten Folien. Ihre Einschränkung ist die Geschwindigkeit: Wasser verdunstet langsamer als organische Lösungsmittel, was den Produktionsdurchsatz auf nicht-porösen Substraten einschränken kann, es sei denn, erweiterte Trocknungstunnel oder Luftmesser mit höherer-Temperatur werden installiert.
UV-Tinten härten sofort aus, wenn sie UV-Lampen ausgesetzt werden. Sie trocknen überhaupt nicht durch Verdunstung-sie polymerisieren. Dies bedeutet, dass UV-Tinten genau so auf der Substratoberfläche sitzen, wie sie aufgetragen wurden, und eine außergewöhnliche Punktschärfe und Abriebfestigkeit bieten. Nicht alle Substrate akzeptieren UV-Tinten gleichermaßen. Stark saugfähige Papiere können den niedrigviskosen UV-Farbträger aufsaugen, bevor er aushärtet, was zu einer schlechten Farbfilmbildung führt. Einige Kunststofffolien enthalten Zusatzstoffe (UV-Stabilisatoren, Gleitmittel), die an die Oberfläche wandern und die UV-Härtungschemie beeinträchtigen. ASTM F1942 bietet Leitlinien zur Leistungsbewertung von UV-härtbaren Tinten auf flexiblen Substraten.
Rasterwalzenauswahl und Substratabstimmung
Rasterwalzen bestimmen, wie viel Farbe auf die Platte und letztendlich auf den Bedruckstoff übertragen wird. Das Zellvolumen (ausgedrückt in Milliarden Kubikmikrometer pro Quadratzoll, BCM) und die Rasterweite (Linien pro Zoll, LPI) sind die beiden wichtigsten Spezifikationsparameter.
Rasterwalzen mit höherem BCM übertragen mehr Farbe und erzeugen eine stärkere Deckung, die für undurchsichtige weiße Hintergründe oder einfarbige Blöcke geeignet ist. Walzen mit niedrigerem BCM erzeugen dünnere Filme, die für feine Halbtonarbeiten und die Reproduktion von Prozessfarben geeignet sind. Der Zusammenhang zwischen der Wahl der Rasterwalze und dem Bedruckstoff ist direkt: Saugfähige Papiere können höhere Farbmengen aufnehmen, da etwas Farbe in den Bogen eindringt. Folien erfordern eine strengere Kontrolle des Tintenvolumens, da sich überschüssige Tinte auf der Oberfläche ansammelt und nicht innerhalb der verfügbaren Tunnelverweilzeit aushärtet oder trocknet.
Wenn eine Hochgeschwindigkeits-Sechsfarben-Flexodruckmaschine für ein neues Substrat eingerichtet wird, ist die Auswahl der Rasterwalze in der Regel der erste Parameter, der nach der Plattenmontage angepasst wird. Erfahrene Bediener verwalten Rasterwalzenbestände, die eine Reihe von LPI/BCM-Kombinationen abdecken, und gleichen sie mithilfe empirischer Aufzeichnungen, die über frühere Aufträge gesammelt wurden, dem Substrattyp an. Derzeit gibt es kein universelles Vorhersagemodell, das die Anilox-Geometrie zuverlässig mit dem Druckergebnis über alle Substrat--Tintenkombinationen hinweg verknüpft, obwohl die in Progress in Organic Coatings veröffentlichte Forschung theoretische Rahmenbedingungen für die Farbübertragungsmechanik in Tiefdruck- und Flexodrucksystemen weiterentwickelt hat.
Konfiguration des Trocknungstunnels
Das Trocknungssystem ist wohl das wichtigste Subsystem, um zu bestimmen, welche Substrate eine bestimmte Druckmaschine bei kommerziellen Geschwindigkeiten verarbeiten kann.
Heißluft-Trocknungstunnel sind die Basiskonfiguration. Über zwischen den Druckstationen positionierte Düsenanordnungen wird erwärmte Luft auf die frisch bedruckte Bahn geleitet. Die Steuerung von Lufttemperatur, Geschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit variiert stark zwischen den Maschinen. Pressen der Einstiegsklasse-bieten möglicherweise Gebläse mit fester-Geschwindigkeit und eine einfache thermostatische Temperaturregelung. Höhere{7}Spezifikationsmaschinen verfügen über variable-Frequenzantriebe für Gebläsemotoren, zonengesteuerte-Heizelemente und Abluftfeuchtigkeitssensoren, die den Luftstrom modulieren, um Kondensation im Tunnel zu verhindern.
