Jeder, der eine Schmalbahn-Flexodruckmaschine gekauft hat, ist auf die gleiche Weggabelung gestoßen: zentraler Eindruck oder Stapelkonfiguration? Die Frage klingt wie ein mechanisches Detail, hat aber kaskadierende Auswirkungen darauf, welche Substrate Sie verarbeiten können, wie schnell Sie sie verarbeiten können, welche Druckqualität Sie erwarten können und wie viel Stellfläche und Kapital die Druckmaschine verbraucht.
Für einenHochgeschwindigkeits-Vierfarben-FlexodruckmaschineDiese Wahl ist besonders folgenreich, da vier{0}}Farbeinheiten eine bestimmte Marktposition einnehmen: Sie sind leistungsfähiger als zwei- oder drei-Farbetikettendruckmaschinen, aber weniger komplex als sechs-, acht- oder zehn{5}}Farbverpackungslinien. Die Entscheidung zwischen CI und Stack-Architektur auf der Vier-Farben-Ebene bestimmt, ob die Maschine zu einem Allzweck-Arbeitstier oder zu einem Spezialwerkzeug wird, das für eine bestimmte Substratklasse optimiert ist.
Die beiden Architekturen erklärt
Central Impression (CI)-Konfiguration
In einer CI-Druckmaschine sind alle Druckstationen um einen einzigen Zylinder mit großem -Durchmesser-, der gemeinsamen Gegendrucktrommel, angeordnet. Die Bahn umschlingt diese Trommel, während sie von einer Farbstation zur nächsten läuft. An jeder Station wird ein Plattenzylinder, der die Photopolymerplatte trägt, gegen die Bahn gedrückt, die durch die CI-Trommeloberfläche gestützt wird. Rasterwalzen, Farbwannen oder -kammern sowie Druckeinstellungen sind radial um die Trommel montiert.
Das wichtigste geometrische Merkmal besteht darin, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Druckstationen kurz ist -normalerweise nur die Bogenlänge des CI-Trommelsegments zwischen ihnen. Die Bahn muss nicht weit zwischen den Farben zurücklegen und wird während ihres gesamten Wegs durch jede Station kontinuierlich von der Trommel unterstützt.
CI-Trommeln werden aus Gusseisen oder Stahl hergestellt, mit Durchmessern von etwa 800 mm bei kompakten Modellen bis zu 1500 mm oder mehr bei hochwertigen Maschinen. Größere Trommeln sorgen für einen besseren Umschlingungswinkel an jedem Walzenspalt, was die Druckverteilung verbessert, aber auch den Platzbedarf der Maschine und die Trägheit bei Geschwindigkeitsänderungen erhöht.
Stack-Konfiguration
Bei einer Stapeldruckmaschine sind die Druckstationen vertikal übereinander gestapelt, ähnlich wie Böden in einem Gebäude. Jede Station besteht aus einem eigenen Plattenzylinder, einer Rasterwalze, einem Farbsystem und einem Gegendruckzylinder. Die Bahn gelangt in die untere Station, druckt die erste Farbe, verlässt sie nach oben zur zweiten Station, dann zur dritten und so weiter.
Jede Station arbeitet als unabhängige vertikale Einheit. Die Bahn legt insgesamt einen längeren Weg zurück als bei einem CI-Design und läuft über mehrere Umlenkrollen zwischen den Stationen, um sie von einer Ebene zur nächsten zu leiten. Dies führt zu kumulativen Spannungseffekten, die in einer CI-Konfiguration nicht vorhanden sind.
Stapelpressen sind pro Station mechanisch einfacher als CI-Pressen. Es gibt keine massive gemeinsame Trommel, die eine präzise Ausrichtung mit sechs oder acht Satelliteneinheiten erfordert. Jede Station kann für Wartungszwecke einzeln isoliert, abgeschaltet oder sogar ausgetauscht werden, ohne dass dies Auswirkungen auf die anderen hat. Diese Modularität ist einer der Gründe, warum Stack-Designs neben CI-Maschinen seit Jahrzehnten bestehen bleiben.
Registersteuerung: Wo die Architekturen am stärksten voneinander abweichen
Die Registrierung-der präzisen Längs- und Querausrichtung jeder Farbschicht relativ zu den anderen-ist die wichtigste Qualitätsmetrik beim Mehrfarben-Flexodruck.- Und hier verhalten sich CI- und Stack-Architekturen sehr unterschiedlich.
Bei einer CI-Druckmaschine wird die Bahn an jedem Druckspalt gegen die gemeinsame Gegendrucktrommel geklemmt. Der Abstand zwischen den Stationen wird durch die Trommelgeometrie festgelegt, und die Bahn kann sich zwischen den Walzenspalten nicht dehnen oder verrutschen, da die Trommel eine kontinuierliche Trägerunterstützung bietet. Forschung veröffentlicht inPolymertechnik und -wissenschaftDie Untersuchung des Bahnspannungsverhaltens in Rollen-zu--Systemen zeigt, dass CI-Konfigurationen beim Einsatz von dehnbaren Substraten wie PE-Folien oder dünnen Vliesstoffen eine um 30–50 % geringere Registerfehlervarianz erzeugen als entsprechende Stapelkonfigurationen.
Dieser Vorteil ergibt sich aus der Physik, nicht aus besserer Technik. Eine unterstützte Bahn widersteht einer Dehnung; Eine nicht unterstützte Bahn zwischen Rollen dehnt sich unter Spannung. In einer Stapelpresse überspannt die Bahn einen Spalt zwischen der Austrittswalze einer Station und der Eintrittswalze der nächsten. Während dieser Spanne wirkt die Spannung auf die gesamte nicht unterstützte Länge. Wenn das Substrat elastisch oder viskoelastisch ist-was die meisten Kunststofffolien sind-, verlängert sich diese Spanne leicht und verschiebt die Position, an der die nächste Farbe landet.
Moderne Stapeldruckmaschinen mildern dieses Problem durch Registrierungssysteme mit geschlossenem Regelkreis mit Videosensoren oder Fotodiodenarrays, die gedruckte Markierungen erkennen und die Phasenlage des Plattenzylinders in Echtzeit anpassen. IEEE-Konferenzberichte zur Industrieelektronik dokumentieren adaptive Steuerungsstrategien-einschließlich modellprädiktiver-Regler und störungsbeobachter-basierter Kompensation-, die die Registerdrift in Stapelpressen im Vergleich zu älteren Open-{7}}Designs erheblich reduzieren. Aber selbst mit erweiterten Steuerungen weist eine Stapelpresse, auf der eine dehnbare Folie verarbeitet wird, in der Regel eine höhere Registerschwankung auf als eine CI-Druckmaschine, auf der dasselbe Material mit derselben Geschwindigkeit verarbeitet wird.
Bei einem Vier-{0}}Druckauftrag, bei dem eine enge Punktausrichtung-zu-Punkten wichtig ist-Rasterbilder, feine Linien und kleiner Text-ist dieser Unterschied bei genauer Betrachtung mit bloßem Auge sichtbar. Bei weniger anspruchsvollen Anwendungen wie einfarbigen Blocklogos oder Volltonfarbenabdeckung kann der Unterschied vernachlässigbar sein.
Untergrundkompatibilität
Filme und dünne Netze
BOPP, LDPE, LLDPE, PET und Folien mit einer Dicke von weniger als etwa 30–40 Mikrometern schneiden auf CI-Druckmaschinen im Allgemeinen besser ab. Die kontinuierliche Trommelunterstützung verhindert ein Flattern der Bahn, reduziert die kumulative Dehnung und sorgt für einen gleichmäßigen Walzenspaltdruck über die gesamte Bahnbreite. AHochgeschwindigkeits-Vierfarben-FlexodruckmaschineBasierend auf einer CI-Plattform ist die Standardempfehlung für Verarbeiter, deren Hauptsubstrat flexible Folien sind.
Stapelpressen können Filme verarbeiten, erfordern jedoch eine sorgfältigere Spannungseinstellung, niedrigere Höchstgeschwindigkeiten und häufig größere Druckränder, um eine größere potenzielle Registerabweichung auszugleichen. Einige Bediener kompensieren dies, indem sie Folien mit reduzierter Spannung laufen lassen und einen geringeren Durchsatz in Kauf nehmen-ein Kompromiss-, der wirtschaftlich nur dann sinnvoll ist, wenn die Druckmaschine auch Substrate verarbeitet, bei denen das Stapeldesign ausgleichende Vorteile bietet.
Papier und Pappe
Hier kehrt sich das Bild um. Papier und Karton sind unter Produktionsspannung formstabil. Sie dehnen sich zwischen den Stationen nicht nennenswert aus, sodass der Vorteil der Web--Unterstützung der CI-Trommel weniger wertvoll ist. Papier hingegen profitiert von der Fähigkeit der Stapelpresse, dickere Materialien leichter verarbeiten zu können.
Warum? Denn in einer CI-Presse muss sich dickes Karton an die Krümmung der üblichen Gegendruckwalze anpassen. Wenn das Brett steif genug ist, widersteht es der Verformung, wodurch eine ungleichmäßige Druckverteilung über die Bahnbreite entsteht-mehr Druck an den Kanten, wo das Brett von der Trommel abhebt, weniger in der Mitte. Dieser Effekt, der in TAPPI-Fachdokumenten zur Gleichmäßigkeit des Druckzylinderdrucks dokumentiert ist, führt zu einer inkonsistenten Farbübertragung und sichtbaren Streifen auf dem fertigen Druck.
Eine Etagenpresse mit ihren kleineren Einzeldruckzylindern weist an jedem Walzenspalt eine flachere lokale Geometrie auf. Dicker Karton passt sich leichter an einen Druckzylinder mit kleinem -Durchmesser an als an eine große gebogene Trommel. Für Verarbeiter, die hauptsächlich Papieretiketten, Faltkartons oder Wellpappenpapiere mit einem Gewicht von mehr als 200 g/m² verarbeiten, liefert eine stapelweise konfigurierte Vierfarbendruckmaschine häufig eine gleichbleibendere Qualität.
Vliesstoffe und Spezialmaterialien
Spunbond- und Meltblown-Vliesstoffe stellen jede Flexoarchitektur vor extreme Herausforderungen. Sie komprimieren sich unter dem Druck des Walzenspalts, erholen sich nach dem Durchlauf teilweise wieder, weisen stark variierende Dickenprofile auf und verbrauchen überschüssige Tinte. Weder CI- noch Stack-Designs handhaben diese Materialien elegant, aber CI-Druckmaschinen weisen tendenziell eine geringfügig bessere Leistung auf, da kürzere Wege zwischen den Stationen die Möglichkeit einer Dimensionsänderung verringern, bevor die nächste Farbe landet.
Metallfolien, metallisierte Filme und laminierte Barrierestrukturen eignen sich aufgrund ihrer Dimensionsstabilität in Kombination mit der Empfindlichkeit gegenüber Kratzspuren von Umlenkrollen im Allgemeinen gut-für CI-Druckmaschinen-ein Faktor, der den CI-Bahnweg mit weniger Kontakt zu den Rollen-begünstigt.
Überlegungen zu Geschwindigkeit und Durchsatz
„Hohe Geschwindigkeit“ bedeutet je nach Kontext unterschiedliche Bedeutungen. Beim Schmalbahn-Etikettendruck (Bahnbreiten unter 500 mm) gelten Geschwindigkeiten von 100–150 Metern pro Minute als schnell. Bei flexiblen Breitbahnverpackungen (1000+ mm) sind Geschwindigkeiten von 250–350 Metern pro Minute üblich.
CI-Pressen erreichen bei der Verarbeitung von Filmen im Allgemeinen höhere Höchstgeschwindigkeiten als entsprechende Stapelpressen. Der Grund liegt wiederum in der Registerstabilität-bei höheren Bahngeschwindigkeiten werden dynamische Effekte (Vibrationen, Spannungsübergänge, aerodynamisches Flattern) stärker ausgeprägt und die stabilisierende Wirkung der CI-Trommel wird proportional wertvoller. Von Geräteherstellern veröffentlichte technische Spezifikationen zeigen durchweg, dass CI-Druckmaschinen 15–25 % schneller sind als vergleichbare Stapelkonfigurationen auf Filmsubstraten.
Auf Papier und Karton, wo die Registerdynamik weniger einschränkend ist, verringert sich der Geschwindigkeitsunterschied. Eine gut abgestimmte Stapelpresse, auf der Kraftpapieretiketten verarbeitet werden, kann den Durchsatz einer gleichwertigen CI-Maschine auf dem gleichen Substrat erreichen oder sich dieser annähern.
Für Käufer, die a bewertenHochgeschwindigkeits-Vierfarben-FlexodruckmaschineDie praktische Frage ist nicht, welche Architektur in absoluten Zahlen schneller ist-sondern, welche Architektur schneller istihreaufgrund ihrer typischen Auftragslänge und Wechselhäufigkeit die vorherrschende Substratmischung.
Auswirkungen auf das Trocknungssystem
Die Trocknungskapazität hängt stark von der Wahl der Architektur ab. In einer CI-Druckmaschine müssen Trocknungsmodule (Heißluftdüsen, IR-Panels oder UV-Lampenbaugruppen) in die begrenzten Bogensegmente zwischen den Druckstationen rund um die Trommel passen. Der Platz ist begrenzt. Die Trocknungseffektivität hängt eher von der Effizienz des Düsendesigns und der Luftgeschwindigkeit als von der Tunnellänge ab.
Bei einer Etagenpresse ist der vertikale Abstand zwischen den Stationen größer. Es können längere Trockentunnel installiert oder größere IR/UV-Härtungsmodule untergebracht werden. Bei wasserbasierten Tinten auf porösen Substraten (Papier, Pappe), bei denen die Trocknung teilweise durch Absorption und teilweise durch Verdunstung erfolgt, kann der zusätzliche Trocknungsraum in einer Stapelkonstruktion von Vorteil sein. Bei lösungsmittelbasierten oder UV-härtbaren Tinten auf Filmen, bei denen das Trocknen/Härten innerhalb eines kurzen Verweilzeitfensters schnell erfolgen muss, kann die erzwungene Nähe des Trockners zum Druckspalt der CI-Druckmaschine tatsächlich hilfreich sein, indem sichergestellt wird, dass der Farbfilm unmittelbar nach der Übertragung behandelt wird, bevor er aushärten oder migrieren kann. Käufer, die a angebenHochgeschwindigkeits-Vierfarben-FlexodruckmaschineBevor Sie die Wahl der Architektur abschließen, sollten Sie die beabsichtigte Trocknungskombination für das Tintensubstrat-bewerten.
ASTM F1942, das sich mit der Leistung von UV-härtbaren Tinten auf flexiblen Substraten befasst, weist darauf hin, dass die Aushärtungstiefe und die Haftfestigkeit teilweise vom Intervall zwischen Tintenübertragung und Belichtung abhängen. Kürzere Intervalle verringern die Sauerstoffhemmwirkung an der Tintenoberfläche. Dieser subtile Faktor verschafft CI-Druckmaschinen manchmal einen Vorteil bei UV-Härtungsanwendungen, obwohl der Unterschied hauptsächlich unter Laborbedingungen messbar ist und in der alltäglichen Produktion nicht offensichtlich ist.
Umstellung und betriebliche Flexibilität
Etagenpressen bieten betriebliche Vorteile, die nichts mit der Druckmechanik zu tun haben:
Individueller Stationszugang:Jede Station befindet sich auf einer anderen Höhe, was dem Bediener, der im Stehen arbeitet, den Plattenwechsel, den Rasterwalzenwechsel und die Reinigung erleichtert. Bei einer CI-Presse erfordern die unteren Stationen in Bodennähe das Bücken oder Hocken.
Stationsisolation:Eine Station kann deaktiviert oder umgangen werden, ohne dass dies Auswirkungen auf den Rest der Druckmaschine hat. Das Ausführen eines Zwei-{1}}Farbauftrags auf einer Vier-{2}}Farbstapeldruckmaschine bedeutet lediglich, dass die oberen beiden Stationen im Leerlauf bleiben.
Modularer Ausbau:Bei einigen Stapelkonstruktionen ist das spätere Hinzufügen einer fünften oder sechsten Station möglich, indem ein weiteres Modul auf dem vorhandenen Stapel installiert wird. CI-Pressen können nicht über die Anzahl der ursprünglich vorgesehenen Satellitenpositionen um die Trommel hinaus erweitert werden.
CI-Pressentheke mit ganz eigenen Vorteilen:
Schnelleres Rüsten:Da alle Stationen einen gemeinsamen Referenzpunkt (die CI-Trommel) haben, geht die Einstellung von Eindruck und Passer über alle Farben tendenziell schneller vonstatten, sobald die anfänglichen Einrichtungsparameter festgelegt sind.
Weniger Abfall beim Anfahren:Ein kürzerer Bahnweg bedeutet, dass weniger Material verbraucht wird, bevor der erste verkaufsfähige Druck die Endstation verlässt. Bei teuren Substraten-metallisierten Folien, Barrierelaminaten-hat diese Reduzierung des Anlaufabfalls erhebliche Auswirkungen auf die Kosten.
Grundfläche und Installation
CI-Pressen sind breiter und tiefer als entsprechende Stapelpressen. Die gängige Druckwalze benötigt für ihre ordnungsgemäße Funktion einen bestimmten Mindestdurchmesser und durch die radiale Anordnung der Stationen um sie herum entsteht eine in alle Richtungen nach außen reichende Grundfläche. Eine Vierfarben-CI-Druckmaschine benötigt in der Regel eine rechteckige Installationsfläche von etwa 4–6 x 3–5 Metern, je nach Bahnbreite und Zubehörkonfiguration.
Stapelpressen sind schmaler, aber höher. Die vertikale Stapelung der Stationen reduziert die Bodenfläche, erhöht jedoch die Anforderungen an die Deckenhöhe. In Einrichtungen mit begrenztem horizontalen Platz, aber ausreichender Überkopffreiheit kann eine Stapelpresse dort Platz finden, wo eine CI-Presse nicht Platz findet.
Auch die Anforderungen an das Fundament sind unterschiedlich. CI-Trommeln sind schwere rotierende Massen-oft mehrere tausend Kilogramm-, die während des Betriebs Vibrationen auf die Maschinenbasis übertragen. Eine ordnungsgemäße Isolationsmontage und ein Stahlbetonfundament sind Standardempfehlungen gemäß den Normen ISO 10816 für die Messung und Bewertung mechanischer Schwingungen. Stapelpressen verteilen das Gewicht gleichmäßiger auf einer kleineren Stellfläche, erfordern jedoch dennoch eine Vibrationsisolierung, insbesondere bei hohen Drehzahlen.
Betriebskosten
Die Kapitalkosten begünstigen Stapeldruckmaschinen auf der Ebene mit vier-Farben. Weniger präzise-bearbeitete Komponenten, keine CI-Trommel mit großem-Durchmesser und eine einfachere Montage führen zu einem niedrigeren Kaufpreis-normalerweise 20–35 % weniger als bei einer CI-Maschine mit gleicher-Kapazität.
Die Betriebskosten sind differenzierter. CI-Pressen erzeugen auf schwierigen Substraten weniger Ausschuss, was die Materialabfallkosten senkt. Sie neigen auch dazu, das Register gleichmäßiger zu halten, was die Nacharbeitsrate reduziert. Über einen Zeitraum von fünf-Jahren mit umfangreicher Filmproduktion können diese betrieblichen Einsparungen die höheren Anfangsinvestitionen ausgleichen.
Stapelpressen haben einen geringeren Wartungsaufwand pro Station. Der Austausch eines verschlissenen Druckzylinders in einer Station erfordert nicht die Neuausrichtung der gesamten Maschine auf eine gemeinsame Trommel. Auch die Ersatzteilhaltung wird vereinfacht, da identische Stationskomponenten an allen vier Positionen gemeinsam genutzt werden können.
Entscheidungsrahmen
Bei der Wahl zwischen CI und Stapel für eine Vierfarben-Flexodruckmaschine kommt es letztendlich auf die Gewichtung von drei Faktoren an:
Substratprofil.Wenn mehr als 60 % des Produktionsvolumens aus Folien bestehen (BOPP, PE, PET, Nylon), tendieren Sie zu CI. Wenn mehr als 60 % aus Papier oder Pappe bestehen, neigen Sie sich zum Stapel. Wenn die Aufteilung näher bei 50/50 liegt, überlegen Sie, ob Filmaufträge engere Toleranzen erfordern (Prozessfarbe, feine Details) oder ob es sich überwiegend um Volltonarbeiten handelt, bei denen die Registertoleranz geringer ist.
Auftragslänge und Wechselhäufigkeit.Lange Läufe auf konsistenten Substraten begünstigen CI (bessere Steady-State-Leistung). Häufige Wechsel zwischen gemischten Substraten begünstigen die Stapelung (einfacher Stationszugang, schnellere Einrichtung einzelner Stationen).
Wachstumskurs.Wenn innerhalb der Lebensdauer der Maschine eine realistische Möglichkeit einer Erweiterung über vier Farben hinaus besteht, prüfen Sie, ob das in Frage kommende Stapeldesign die modulare Erweiterung von Stationen unterstützt. CI-Pressen sind auf ihre ursprüngliche Stationsanzahl beschränkt.
A Hochgeschwindigkeits-Vierfarben-Flexodruckmaschine-Ob CI oder Stack-ist eine erhebliche Kapitalbindung. Keine der beiden Architekturen ist allgemein überlegen. Die richtige Wahl ist diejenige, die der spezifischen Kombination von Substraten, Produkten, Mengen und betrieblichen Einschränkungen entspricht, die das Geschäft des Käufers heute und in absehbarer Zukunft bestimmen.
Referenzen
- Technischer Verband der Zellstoff- und Papierindustrie (TAPPI).Technische Informationspapiere von TAPPI: Einheitlicher Druck des Druckzylinders beim Rollendruck. TAPPI Press, Atlanta, GA.
- ASTM International.ASTM F1942: Standardhandbuch zur Bestimmung der Leistung von UV-härtbaren Tinten und Beschichtungen auf flexiblen Substraten. ASTM, West Conshohocken, PA.
- ASTM International.ISO 10816-Reihe: Mechanische Vibration - Bewertung von Maschinenvibrationen durch Messungen an rotierenden Teilen. ISO, Genf. (Gemeinsam von ASTM übernommen.)
- ISO Technisches Komitee 130.ISO 12647-6: Grafiktechnologie - Prozesskontrolle für die Produktion von Halbton-Farbauszügen, Proofs und Produktionsdrucken – Teil 6: Flexodruck. ISO, Genf, 2017.
- Choi, J. und K. Im. „Bahnspannungs- und Registerkontrolle in Rolle-zu-mehrschichtigen Drucksystemen.“Polymertechnik und -wissenschaft, Bd.. 55, Ausgabe 9, 2015, S.. 2010–2020.
- Yoshida, F., et al. „Modellprädiktive Registersteuerung von Rolle{2}}zu-Rollenbahnhandhabungssystemen.“Tagungsband der IEEE International Conference on Industrial Electronics and Applications, 2017.
- Verhoef, H., et al. „Farbübertragungsmechanismus im Flexodruck: Einfluss der Rasterwalzengeometrie und der Substratrauheit.“Fortschritte bei organischen Beschichtungen, Bd.. 139, 2020, 105234.
- Verband der industriellen Metallisierer, Beschichter und Laminatoren (AIMCAL).Technisches Handbuch: Web-Handling-Grundlagen für Konvertierungsprozesse. AIMCAL, Atlanta, GA.
- US-Umweltschutzbehörde.Richtlinien zu Steuerungstechniken für flexible Druckvorgänge. EPA-453/R-09-001. Washington, D.C., 2009.
- Europäisches Komitee für Normung.EN 13432: Anforderungen an Verpackungen, die durch Kompostierung und biologischen Abbau verwertbar sind. CEN, Brüssel, 2000.
