CC BY
52
УДК 655.356
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДОПЕЧАТНЫХ ПРОЦЕССОВ ФЛЕКСОГРАФСКОЙ ПЕЧАТИ
Е.Б. Надирова, Т.А. Макеева
Изучены и проанализированы возможности цифровых технологий изготовления форм с печатающими элементами с плоской вершиной и микрорастрированной поверхностью. Методом печати проведено сравнение возможностей современных цифровых технологий флексографской печати в условиях конкретного предприятия. Результаты работы могут иметь применение в допечатных процессах флексограф-ской печати.
Ключевые слова: флексографская печать, печатная форма, качество оттисков, печатающие элементы с плоской вершиной, микрорастрирование.
Цифровые технологии изготовления флексографских печатных форм поэлементной записью основаны на создании и использовании цифрового файла печатной формы для записи информации непосредственно на формную пластину (технология LAMS) или на специальную пленку, ламинируемую впоследствии к фотополимеризуе-мой формной пластине для основного экспонирования (технология Kodak FlexcelNX). Поэлементная запись информации используется при изготовлении форм прямым лазерным гравированием формного материала из полимера, резины, эластомера, также нанесенного на гильзу [1].
Разработка технологий изготовления форм флексографской печати с плоскими вершинами печатающих элементов направлена на снижение значения усиления тона, повышение точности воспроизведения элементов изображения, уменьшение градационных искажений на оттиске и стабилизацию процесса печати. Повысить равномерность и насыщенность изображения, особенно на плашках, возможно созданием микроструктур на поверхности печатающих элементов с плоской вершиной.
Для печати этикеточно-упаковочной продукции создание печатных форм с плоскими вершинами печатающих элементов дает возможность использовать микрорастрирование поверхности формы, как растровых точек, так и плашек. Микрорастрирование улучшает краскоперенос, увеличивая оптическую плотность плашки, а также позволяет расширить градационный интервал и, соответственно, число цветовых градаций изображения на оттиске. Применение способа флексографской печати в производстве изделий микроэлектроники требует получения оттисков токопроводящими красками, содержащими углеродосодержащие или серебросодержащие частицы размером до сотен нанометров, на пленочных материалах с высокой равномерностью красочного слоя.
Повышение требований к качеству оттисков вызывает необходимость совершенствования цифровых допечатных технологий, обеспечивающих высокие стандарты флексографской печати [2].
Цель работы - сравнительный анализ цифровых технологий допечатных процессов флексографской печати для изготовления форм с печатающими элементами с плоской вершиной и микрорастрированной поверхностью.
Материалы и методы. Объектами изучения служили формные пластины толщиной 1,14 мм марок: Kodak Flexcel NXH, Flint Group nyloflex ACE, а также неингиби-руемые формные пластины марок: DuPont Easy ESX, FlintGroup FTF, MacDermid LUX ITP.
Ведущими фирмами производителями предложено несколько технологий изготовления форм с печатающими элементами с плоскими вершинами, имеющими условные названия протекторные и фотохимические [3].
Для создания печатающих элементов с плоскими вершинами следует изолировать зону облучения пластин от молекулярного кислорода. С этой целью: экспонировать пластины в атмосфере азота; защитить экспонируемые участки прозрачной для УФ-излучения пленкой; ввести барьерную антидиффузионную пленку в конструкцию пластин; использовать специальные источники излучения, обеспечивающие предварительную активацию пластин.
Печатные формы изготавливались по следующим технологиям:
- Kodak Flexcel NX (формная пластина Kodak Flexcel NXH);
- DigiFlow (формная пластина Flint Group nyloflex ACE);
- NExT (формная пластинаFlint Group nyloflex ACE);
- «Ламинирование» (формная пластина Flint Group nyloflex ACE);
- Масочная цифровая технология без дополнительного оборудования (далее LAMS) с использованием неингибируемых формных пластин: DuPont Easy ESX, FlintGroup FTF, MacDermid LUX ITP.
Экспериментальная часть работы выполнялась на технической базе предприятий, работающих в области флексографской печати, «Пакетти Групп», «ТампоМехани-ка» и «ОптимаСмарт». Печать с флексографских форм проводилась на печатном оборудовании и материалах предприятия «Пакетти Групп».
Для оценки показателей форм и качества оттисков были созданы тест-объекты в электронном виде (рис. 1), содержащие контрольные элементы, и изготовлены печатные формы с учетом конкретных условий печати.
В широко распространенной цифровой масочной технологии LAMS печатающие элементы имеют куполообразную вершину, что связано с их формированием в процессе основного экспонирования. Масочный слой, нанесенный на фотополимеризу-емый слой (ФПС) формной пластины, служит для записи информации инфракрасным (ИК) лазерным излучением. Создание первичного изображения на регистрирующем масочном слое осуществляется с помощью лазерного луча высокой плотности энергии. Лазерное излучение ИК диапазона не оказывает влияния на ФПС, чувствительный к ультрафиолетовому (УФ) излучению. Печатающие элементы формируются в процессе основного экспонирования УФ-А излучением через полученную маску. Основное экспонирование протекает в воздушной среде, поэтому вследствие контакта фотополиме-ризуемого слоя с кислородом воздуха происходит ингибирование процесса полимеризации, вызывающее уменьшение размеров печатающих элементов на форме, влияющее на конфигурацию печатающего элемента, вершина его формируется скругленной. Печатающий элемент оказывается меньше по площади, чем площадь его изображения на маске. Это вызывает необходимость проведения компенсации возникающих искажений.
Лишенная этих недостатков технология Kodak Flexcel NX включает следующие компоненты системы: программное обеспечение для приема файлов в формате 1bit TIFF, устройство экспонирования, ламинатор, экспонируемая пленка Thermal Imaging Layer (TIL), фотополимерная формная пластина Kodak Flexcel NXH. Технология обеспечивает точное воспроизведение информации, содержащейся в файле, на экспонируемой термочувствительной пленке TIL и затем на печатной форме. Поэтому отсутствует необходимость построения компенсационной кривой для устранения искажений размеров элементов изображения на форме и расширяется интервал воспроизводимых градаций.
Технология Kodak Flexcel NX включает несколько этапов: экспонирование термочувствительной пленки TIL ИК лазером, ламинирование экспонированной пленки TIL к формной пластине Kodak Flexcel NXH, основное экспонирование формной
пластины УФ-А излучением через пленку для формирования печатающих элементов, экспонирование оборотной стороны формной пластины для создания основания печатной формы, отделение формной пластины от пленки TIL. Далее следует вымывание в сольвенте для создания пробельных элементов формы.
Последующие операции технологического процесса:
— сушка формы для удаления жидкости из фотополимерного слоя, пропитанного вымывным раствором;
— финишинг для устранения липкости поверхности формы, которая возникает после сушки из-за наличия на поверхности слоя высоковязкой жидкости. Воздействие излучением УФ-С, обладающим высокой энергией и низкой проникающей способностью, устраняет липкость за счет окислительной полимеризации;
— дополнительное экспонирование УФ-А излучением за счет окончательной фотополимеризации, улучшает физико-механические свойства для достижения высоких печатно-эксплуатационных показателей флексографской формы.
Для оценки влияния линиатуры растрирования и микрорастрирования на показатели форм, изготовленных по технологии Kodak Flexcel NX, были выбраны две лини-атуры и 5 вариантов рисунка микрорастрирования: Standart, Advanced01, Advanced02, Advanced03, Advanced04.
На рис. 1 представлено содержащие тест-объекта для контроля форм, изготовленных по технологиям DigiFlow, NExT, «Ламинирование» и LAMS с применением не-ингибируемых пластин. Основные контрольные элементы тест-объекта аналогичны контрольным элементам тест-объекта для технологии Kodak Flexcel NX.
Для изучения влияния линиатуры растрирования и микрорастрирования были выбраны линиатуры 141 lpi и 176 lpi, два вида микрорастрирования. Микрорастрирование MicroCell в четырех вариантах: MC09P_H, MC09P_L, MC12P, MC16P и микрорастрирование Pixel+ с восьмью вариантами: boost 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210.
9 » ¥
Рис. 1. Содержание тест-объекта для контроля печатных форм
Технология DigiFlow отличается от стандартной цифровой масочной технологии условиями основного экспонирования. Оно проводилось в экспонирующей установке Cyrel DigiFlow 1000 ECLF со специальной камерой для создания контролируемой инертной среды (азота). Время экспонирования 12 минут, в стандартном режиме, рекомендуемом DuPont, с содержанием 1,3% кислорода.
Отличительной особенностью технологии NExT является экспонирование высокоинтенсивным УФ-излучением. Его проводили в экспонирующем устройстве NyloflexNextExposure F III с инсталлированной системой NyloflexNExT, имеющей дополнительный модуль с источником высокоинтенсивного УФ-излучения.
150
Технология «Ламинирование» отличается от стандартной цифровой технологии изготовления флексографских форм ламинированием пленкой формной пластины перед основным экспонированием. После основного экспонирования пленка удалялась с поверхности формной пластины.
Изготовление форм по технологии LAMS включало выполнение следующих операций: экспонирование оборотной стороны пластины в экспонирующей установке DuPontCyrel 100 ECDLF в течение 34 секунд; лазерная запись информации на масочный слой в ESKO CDI Spark 4835; основное экспонирование в стандартном режиме; вымывание в вымывном растворе G-Solve в процессоре DuPontCyrel 1000P; сушка; дополнительное экспонирование и финишинг в устройстве DuPontCyrel 1000 ECDLF.
Оценка структуры фотополимерных форм проводилась с помощью микроскопа с увеличением до 1000х и электронного окуляра DigitalCameraforMicroscope DCM510, 5M pixels. Измерения проводились при увеличении в 100 и 400 раз. Использовалось программное обеспечение Scopephoto.
Печатание оттисков производилось на 8-ми красочной флексографской машине Fisher&Krecke 16S, ширина печати 1270 мм, ширина материала 1320 мм, максимальная скорость печати 450 м/мин. Для монтажа форм использовалась двусторонняя клейкая монтажная лента 3М1020 на вспененной полиэтиленовой основе средней плотности толщиной 0,5 мм. В качестве запечатываемого материала была выбрана прозрачная полипропиленовая пленка, обладающая высокой прозрачностью, блеском, эластичностью и прочностью на разрыв. Приводка осуществлялась вручную. Скорость печати составляла 290 м/мин, при выходе на рабочий режим печати делались контрольные срезы для каждого типа печатных форм. Для определения оптических плотностей оттисков использовался спектрофотометр X-RiteeXact.
Результаты и обсуждение. Сравнение конфигурации печатающих элементов на растровых полях с относительной площадью растровых точек 1%; 2%; 3% на формах, изготовленных по изученным технологиям, свидетельствует о возможности формирования точек с плоскими вершинами на 1%-м поле. Это достигается за счет того, что в системе Kodak Flexcel NX блокируется доступ кислорода при основном экспонировании, что обеспечивает формирование точек с плоскими вершинами.
На рис. 2 представлены микрофотографии растровых точек (а) и оттисков (б) на растровых полях с относительной площадью растровых элементов Sотн равной 0,4%, 1%, 2% и 3%.
В технологии DigiFlow обеспечивается газовая изоляция фотополимеризуемого слоя. В технологии NExT создание мелких точек с плоскими вершинами достигается блокированием молекулярного кислорода за счет использования высокоинтенсивных УФ излучателей, состоящих из дуговых ртутных ламп и светодиодных LED-UV источников [4].
• о О А А О г а
* О о О * 6 о О
• • е> о 6 6 О о
• • о о А А о о
Soth 0,4% Soth 1 % Soth 2% Soth 3%
Рис.2. Профиль растровых точек (а) и микрофотографии оттисков (б) с форм, изготовленных по технологии Kodak Flexel NX
В табл. 1 для сравнения представлены значения углов наклона боковых граней печатающих элементов форм, изготовленных по изученным технологиям.
Таблица 1
Кривизна профиля печатающих элементов форм, изготовленных по технологиям Kodak Flexcel NX, DigiFlow, NExT, «Ламинирование» и LAMS на неингибируемых пластинах DuPont Easy ESX, Flint Group FTF, MacDiarmid ITP
Растровое поле с Sc^/O Применяемые технологии и формные пластины
Kodak FlexcelNX DigiFlow NExT «Ламинирование» DuPontEasy ESX FlintGroup FTF MacDermid LUX ITP
1 57° 60° 63° 63° 69° 66° 66°
2 57° 60° 63° 61° 68° 64° 64°
3 57° 60° 63° 58° 65° 63° 61°
Известно, чем меньше крутизна профиля, тем более устойчивое основание печатающих элементов. Печатающие элементы форм, изготовленных по технологии Kodak Flexcel NX, имеют одинаковое и наименьшее значение угла наклона боковых граней печатающих элементов по сравнению с другими технологиями. Угол наклона боковых граней печатающих элементов имеет постоянное значение 57°, что положительно скажется на точности воспроизведения деталей изображения и расширит интервал воспроизводимых градаций.
Визуальная оценка оттисков, полученных с форм, изготовленных по изучаемым технологиям, позволила установить, что плавный градиентный переход зависит от линиатуры растрирования и от технологии изготовления формы. Печать производилась с использованием двух типов анилоксовых валов: 340 лин/см и 420 лин/см. Наилучшие результаты печати получены с форм, изготовленных по технологии Kodak Flexcel NX при линиатурах растрирования 131 lpi и 153 lpi. Технологии «Ламинирование» и LAMS на неингибируемой пластине FlintGroup FTF также показали хороший переход в ноль и общий вид градиента от Sc™ 100% при линиатуре 141 lpi. Однако при более высокой линиатуре (176 lpi) плавный переход в ноль не обеспечивался. При этом параметры используемых анилоксовых валов не оказывают существенного влияния на переход в ноль и общий вид градиента на оттиске тестовой печати.
Анализ воспроизведения светов на оттисках показал, что формы, сделанные по технологиям Kodak Flexcel NX, DigiFlow, NExT, «Ламинирование» обеспечивают высокое качество печати.
Качество печати на пленочных материалах может снижаться из-за неравномерного нанесения краски и появления так называемых «булавочных проколов» на плашках. Краска подвержена эффекту слипания в сгустки из-за поверхностного натяжения и недостаточной смачиваемости субстрата. Это приводит к тому, что красочный слой образует сетчатый узор с ячейками размером до 100 мкм, а быстрое движение запечатываемого материала в печатной машине превращает эти ячейки в линии. В результате на плашках образуются видимые дефекты, связанные с нарушением однородности красочного слоя [5].
Для определения оптической плотности плашек использовались оттиски, отпечатанные с форм, изготовленных по технологиям Kodak Flexcel NX, DigiFlow, NExT, «Ламинирование» и технологии LAMS на неингибируемых пластинах. Из сравнения полученных данных следует, что самую высокую оптическую плотность имеют плашки, отпечатанные с форм, изготовленных по технологии Kodak Flexcel NX с микрорастрированием Standart.
На рис. 3 представлены микрофотографии поверхности плашки на оттисках, показывающие влияние микрорастрирования на равномерность красочного слоя. Усиление визуального эффекта при использовании того же печатного оборудования, краски и анилоксового вала достигается за счет микрорастрирования поверхности формы по различным технологиям.
Рис. 3. Микрофотографии поверхности плашки на оттиске, отпечатанном с неингибируемой флексографской формы DuPont Easy ESX: а - без микрорастрирования; б - с микрорастрированием Pixel+
Известно, что значительное влияние на печатно-технологические характеристики формы оказывает микрорастрирование с помощью аппаратной функции Kodak DigiCap NX Screening. Технология микрорастрирования заключается в нанесении микротекстуры на все экспонируемые зоны печатной формы. Текстурные элементы размером 5-10 мкм равномерно распределяются по всей форме, включая растровые и пла-шечные участки. Создание структурированной поверхности достигается за счет четырех дополнительных модифицированных рисунков. Ячейки микроструктуры отличаются формой и размерами, включая точно рассчитанные комбинации печатающих и пробельных элементов, что позволяет получить более ровный красочный слой и достичь высокой оптической плотности [6].
Данные оптической плотности плашек, отпечатанных с форм, изготовленных с применением различных технологий микрорастрирования, приведены в табл. 2.
Микроструктура поверхности и текстурные элементы на формах, изготовленных по технологии Kodak FlexcelNX, с микрорастрированием представлены на рис. 4.
Как известно, на поверхность печатающих элементов формы краска наносится в виде капель диаметром, равным диаметру ячейки анилоксового вала, затем краска растекается по поверхности. Свойства красочного слоя зависят от характера красковос-принимающей поверхности печатной формы, в том числе от шероховатости [5].
Таблица 2
Значения оптической плотности плашек на оттисках флексографской печати
Тип анилоксового вала, лин/см Вид микрорастрирования Kodak DigiCapNX
Без микрорастрирования Standart Advanced01 Advanced02 Advanced03 Advanced04
340 1,74 2,27 2,11 2,06 1,45 1,34
420 1,40 1,90 1,59 1,47 0,94 1,00
Особенностью микрорастрирования Kodak DigiCapNX (Advanced01, Advanced02, Advanced03, Advanced04) является наличие уплотнения рисунка по краям растровой точки, что позволяет получить более четкие границы растровой точки (рис. 5).
Рис. 4. Микротекстура поверхности с микрорастрированием Kodak nig^af NX Standart с 8отн50%: а - изображение в файле; б - текстурные элементы на форме
В основе микрорастрирования Pixel+, используемого для технологий DigiFlow, NExT, «Ламинирование», LAMS на неингибируемых пластинах, также лежит создание микротекстуры поверхности формы. Особенностью микрорастрирования Pixel+ является возможность аппаратного изменения размеров микротекстуры (boost-test). Для конкретных условий печати, материалов, красок и форм проводится тестирование, по результатам которого определяются оптимальные настройки. Так для теста применялся boost от 140 до 210.
Текстура микрорастрирования MicroCell, используемого для технологий DigiFlow, NExT, «Ламинирования» и неингибируемых пластин, имеет несколько различных вариантов рисунка, отличающихся формой и размерами. Для тестовой печати использовались четыре типа структур: MC09P_H, MC09P_L, MC12P, MC16P. Микрорастрирование MicroCell MC09P_H и MC09P_L имеют схожий рисунок, ячейки немного вытянуты по вертикали. Микрорастрирование MicroCell MC12P и MC16P имеют более равномерную по ширине и высоте форму ячеек. Самый мелкий рисунок имеет тип MC09P_L, самый крупный — MC09P_H.
Рис. 5. Текстурные элементы на поверхности форм с микрорастрированием Kodak Digi1Сар NX с 8отн50%: а — Advanced01; б —Advanced02; в —Advanced03;
г - Advanced04
Из полученных данных следует, что самая высокая оптическая плотность плашки достигается при печати с форм, изготовленных по технологии Kodak Flexcel NX с микрорастрированием Standart, оптическая плотность составляет D = 2,27.
Технология LAMS на неингибируемой пластине DuPont EasyESX с микрорастрированием Pixel+ boost 210 обеспечивает высокие значения оптической плотности оттиска D = 2,14 на плашке. При сопоставлении типов микрорастрирования MicroCell и Pixel+, последняя технология показала лучшие результаты.
154
Влияние линиатуры анилоксового вала на оптическую плотность оттиска хорошо согласуется с литературными данными [5]. Анилоксовый вал с меньшей линиату-рой переносит больше краски, и оптическая плотность оттиска возрастает. Однако, увеличение линиатуры анилоксового вала с 340 до 420 лин/см влияет на воспроизведение мелких деталей изображения.
Оценка воспроизведения мелких деталей, а также шрифта малого кегля проводилась с помощью тест-объекта, содержащего штрихи шириной от 0,02 мм, точки диаметром от 0,05 мм, шрифт рубленой гарнитуры и с засечками кеглем от 2 пунктов. Наилучшее воспроизведение на оттисках было достигнуто при печати с форм, изготовленных по технологиям Kodak Flexcel NX с микрорастрированием Standart, Advanced01, Advanced02, и технологии «Ламинирование» с микрорастрированием Mi-croCellMC16p (Табл. 3).
Штрихи и отдельно стоящие точки лучше воспроизводятся при печати с форм, изготовленных по технологии Kodak Flexcel NX, в то время как воспроизведение текста шрифтом малого кегля прямым изображением и вывороткой доступно по обеим технологиям.
Таблица 3
Воспроизведение на оттисках мелких деталей изображения и шрифта
Характеристики Технология изготовления формы
Kodak Flexcel NX «Ламинирование»
Штрихи, мм 0,02 0,03
Штрихи с вывороткой, мм 0,04 0,04
Отдельно стоящая точка, мм 0,05 0,08
Отдельно стоящая точка вывороткой, мм 0,09 0,12
Шрифт рубленый, п 2 2
Шрифт с засечками, п 2,5 2,5
Шрифт рубленый вывороткой, п 2 2
Шрифт с засечками вывороткой, п 3 3
Таким образом, микротекстура поверхности печатающего элемента с плоской вершиной позволяет краске оставаться на месте, а не растекаться, благодаря чему обеспечивается равномерность красочного слоя и, как следствие, повышается оптическая плотность оттисков. Способность печатной формы передавать однородный красочный слой при запечатывании плашек положительно влияет на воспроизведение текста, штриховых и растровых изображений, обеспечивает четкость элементов на выворотке, и лучшую градационную передачу полутонов на оттиске.
Выводы. Микрорастрирование устраняет дефекты на плашках, что положительно влияет на визуальное восприятие оттиска. Микрорастрирование по технологии Kodak Dig^apNX формирует на всей поверхности печатной формы микротекстуру, заметно повышающую краскоперенос во всем тональном диапазоне.
В условиях печатного процесса на предприятии «Пакетти Групп» наилучшие репродукционно-графические характеристики показали флексографские формы, изготовленные по технологии Kodak Flexcel NX с микрорастрированием Kodak DigiCapNX Standart, и флексографские формы FlintGroup nyloflexACE, изготовленные по технологии «Ламинирование» с микрорастрированием MicroCellMC16p.
Список литературы
1. Надирова Е.Б., Федотов Е.В. Изучение характеристик флексографских печатных форм, изготовленных по цифровым технологиям / Е.Б. Надирова, Е.В. Федотов // Вестник МГУП, 2011. №10. С.62-66.
2. ГОСТ (IS012647-6:2012, IDT) Национальный стандарт РФ/ Технология полиграфии/ Контроль процесса изготовления цифровых файлов, растровых цветоделений, пробных и тиражных оттисков. Часть 6. Флексографская печать. М.: Стандартин-форм, 2017. С. 6-9, 19-20.
3. Шибанов В.В. Технологии «плосковерхих» точек // Флексо Плюс, 2011. №1.
С.16-23.
4. Хоул Иен. Четкое описание флексографии высокой четкости или технология HighDefinitionFlexo // Флексо Плюс, 2013. №4. С. 22-28.
5. Могинов Р.Г., Дмитриев Я.В. Технология флексографской печати: учебник. М., Курсив, 2015. С. 119-121, 138-139.
6. Л. Брюнер. 10-летие системы Kodak Flexcel NX // ФлексоПлюс, 2018. №4(124). С. 32-33.
Надирова Екатерина Борисовна, канд. техн. наук, доцент, eknadir@,gmail. com, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Макеева Татьяна Александровна, канд. техн. наук, доцент, tam_13@,mail.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет
ANALYSIS OF THE CAPABILITIES OF DIGITAL TECHNOLOGIES IN PREPRESS FLEXOGRAPHIC PRINTING PROCESSES
E.B. Nadirova, T.A. Makeeva
The study is focused on the analysis and research into the capabilities of digital technologies for producing forms with flat-top printing elements and micro-screening surface. The method of printing was used for the comparison of capabilities of modern digital flexo-graphic printing technologies in a given company environment. The results can have applications in the pre-print flexographic printing processes.
Key words: flexographic printing, printing form, quality of prints, flat-top printing elements, micro-screening.
Nadirova Ekaterina Borisovna, candidate of technical sciences, docent, eknadir@,gmail. com, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Makeeva Tatiana Alexandrovna, candidate of technical sciences, docent, tam_13@,mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
