Transfer mediów w innowacyjnych procesach poligraficznych i przetwórczych

Transkrypt

1 Transfer mediów w innowacyjnych procesach poligraficznych i przetwórczych Cz 2 Transfer of Media in Innovative Printing and Converting Processes Part 2 KRZYSZTOF STĘPIEŃ W poprzedniej części (1) oraz w artykułach (2, 3) opisano wyniki badań symulacji kałamarzyka i pojemności cylindra rastrowego, oparte na programie MATLAB-Simulink Program symulacji komputerowej parametrów cylindra rastrowego umożliwia wizualizację wszystkich otrzymanych wyników obliczeń, poprzez przedstawienie ich w postaci odpowiednio wyskalowanych i opisanych wykresów, sporządzonych jednocześnie dla czterech różnych badanych profili przekroju kałamarzyków Badania testowe transportu farby przeprowadzono na aparacie testowym IGT F1 i laboratoryjnej maszynie fleksograficznej firmy Mark Andy (1) W artykule omówiono model matematyczny i symulację komputerową transferu farby przez zespoły farbowe i drukujące Słowa kuczowe: model matematyczny i symulacja komputerowa transportu farby na podłoże drukowe, technologiczne parametry drukowania, transport farby, systemy dozujące kleje w tekturnicach i sklejarkach, zespoły farbowe i lakierujące w arkuszowych i zwojowych maszynach drukujących (fleksograficznych i offsetowych) Previous part (1) and articles (2, 3) described results of tests performed simulation of anilox cell and roll s capacity, based on MATLAB- Simulink software The simulation program enables to visualize all the received calculation results by presenting them in the form of properly calibrated and described diagrams, made simultaneously for four different cross section profiles undergoing the test The research tests of ink transfer have been performed with a testing appliance IGT F1 and laboratory flexographic printing machine produced by the Mark Andy (1) This text describes a mathematical model and a computer simulation of ink transfer through inking and printing units Keywords: mathematical model and performance computer simulation of ink transfer on to the printing substrate, technological parameters of printing, ink transfer, systems of corrugators, gluers, or modern inking and finishing units of sheet-fed or web-fed presses (offset and flexo) W celu porównania wyników otrzymanych z badań eksperymentalnych (1) i wyników opracowanych w oparciu o badania symulatora, na rysunkach 1-5 przedstawiono przykłady badanego procesu przenoszenia farby przy zastosowaniu podłoży drukowych: kartonu pudełkowego powlekanego o gramaturze 200 g/m 2 i papieru powlekanego błyszczącego o gramaturze 80 g/m 2 oraz form drukowych: konwencjonalnej i cyfrowej Nyloflex oraz Cyrel Fast W badaniach stosowano stały docisk D CR-CF oraz zmienne dociski D CF-CD Na podstawie badań laboratoryjnych wyznaczono współczynnik K P jako stosunek ilości przeniesionej farby na dane podłoże m Pi do ilości farby na danej formie przed drukiem m fi wyrażony w [%] Charakterystyki współczynników K P określono w zależności od jednostkowego docisku pomiędzy cylindrami formowym i dociskowym D CF-CD oraz prędkości drukowania v dla stałych wartości ilości farby naniesionej na daną formę przed drukiem m fi (3,4-4,1 g/m 2 ) Na wykresach z badań symulatora, na dole po prawej stronie rysunku, otrzymane wyniki przedstawiono w postaci: na osi rzędnych wartość współczynnika K P [-], a na osi odciętych wartości docisków drukowania D CF-CD w [kn/m] Dr inż K Stępień, Politechnika Łódzka, Instytut Papiernictwa i Poligrafii, ul Wólczańska 223, Łódź Rys 1 Zależność współczynnika przenoszenia farby K P 495

2 Rys 2 Zależność współczynnika przenoszenia farby K P Rys 3 Zależność współczynnika przenoszenia farby K P f 3 Rys 4 Zależność współczynnika przenoszenia farby K P na podłoże P4 z badań eksperymentalnych i na dole po prawej wyniki Z przedstawionych przykładów wynika, że opracowany model matematyczny i schemat blokowy obliczeń w pakiecie programu Matlab-Simulink, opisujący proces przenoszenia farby jako zależność współczynnika przenoszenia farby K P od dwóch podstawowych parametrów: docisku drukowania i prędkości drukowania, umożliwia w stopniu zadowalającym odwzorować charakter przebiegów krzywych doświadczalnych otrzymanych z badań eksperymentalnych W wyniku przeprowadzenia dogłębnej analizy otrzymanych wyników badań doświadczalnych i teoretycznych opracowano kolejny model procesu przenoszenia farby uwzględniający pełny transfer farby w zespole farbowo-drukującym, od cylindra rastrowego poprzez formę na podłoże drukowe, w technologii fleksograficznej Badania obejmują uwzględnienie zmiennych parametrów procesu: docisków i prędkości liniowej drukowania na bazie otrzymanych wyników badań eksperymentalnych druków wykonanych na aparacie testowym IGTF1 Przy budowaniu tego modelu przyjęto następujące założenia: Rozpatrywany jest ustalony proces przenoszenia farby w opisywanym układzie; Na powierzchnię cylindra rastrowego jest przekazywana równomierna i stabilna warstwy farby z komory raklowej; Powierzchnię formy drukowej stanowi powierzchnia o pełnym stopniu pokrycia, apla; Po przekazaniu farby na powierzchnie formy drukowej z kałamarzyków cylindra rastrowego w pierwszej strefie kontaktu, następuje podział i rozdział warstwy farby, wskutek czego część pierwotnej wyjściowej pojemności cylindra jest wypełniona farbą i pozostaje w kałamarzykach; Po przekazaniu farby na powierzchnie podłoża drukowego z powierzchni formy w drugiej strefie kontaktu, następuje kolejny proces podziału i rozdziału warstwy farby, który tworzy na powierzchni formy drukowej zwrotny strumień warstwy farby; Stałe właściwości materiałów poligraficznych biorących udział w opisywanym procesie Ilość farby przenoszonej z cylindra rastrowego na formę drukową z uwzględnieniem zwrotnego strumienia warstwy farby na powierzchni formy po kontakcie z podłożem można przedstawić funkcjami prędkości i docisku: [1] Rys5 Zależność współczynnika przenoszenia farby K P na podłoże P4 z badań eksperymentalnych i na dole po prawej wyniki gdzie: m F masa warstwy farby nanoszona na formę drukową, m R masa farby w kałamarzykach cylindra rastrowego przed strefą kontaktu cylindrów rastrowego z formowym, CR-CF, m ZW masa warstwy farby strumienia zwrotnego na formie drukowej za strefą jej kontaktu z podłożem, cylindrów formowego z dociskowym, CF-CD v prędkość liniowa drukowania, D CR-CF docisk w strefie kontaktu cylindrów rastrowego z formowym, (v) i ) funkcje poszukiwane 496

3 Zakładając, że znamy ilość farby na formie drukowej m f można w postaci ogólnej wyznaczyć ilość farby przekazanej na podłoże w strefie kontaktu cylindrów: formowego z dociskowym, CF-CD: [2] gdzie: m P masa warstwy farby nanoszona na podłoże drukowe, D CF-CD docisk w strefie kontaktu cylindrów formowego z dociskowym, f 3 (v) i f 4 ) funkcje poszukiwane Masę warstwy farby strumienia zwrotnego na formie drukowej, za strefą jej kontaktu z podłożem, określa zależność: [3] Po podstawieniu powyżej zależności do wzoru [9] i przekształceniu otrzymuje się wzór na masę warstwy farby nanoszonej z cylindra rastrowego na formę drukową w postaci: Z kolei wzór na masę warstwy farby nanoszonej na podłoże drukowe jest w postaci: Otrzymane analityczne zależności w postaci ogólnej, na ilości przekazywanej farby w opisywanym procesie fleksograficznym, kolejno z cylindra rastrowego na formę, i dalej z formy na podłoże drukowe różnią się od wcześniej wyprowadzonych zależności teoretycznych w opracowaniach (4-6) Na postawie analizy przeprowadzonych badań eksperymentalnych przekazywania farby i wyprowadzonych zależności [4] i [5] zaproponowano model matematyczny nanoszenia farby z cylindra rastrowego na formę drukową i z formy na podłoże, dla określonych w doświadczeniach, zakresu granic wartości prędkości: v min i v max oraz jednostkowego docisku drukowania w strefach kontaktu przekazywania farby: D i min i D i max Wyprowadzono wzór na ilość farby nanoszonej na podłoże drukowe określono w postaci [7]: [4] [5] [6] Rys 6 Okno opracowanego modelu w pakiecie programu Matlab-Simulink symulatora procesu przenoszenia farby uwzględniającego pełny transfer farby w zespole farbowo-drukującym, od cylindra rastrowego poprzez formę na podłoże drukowe, w technologii fleksograficznej W celu uproszczenia obliczeń, na podstawie otrzymanych wyników charakterystyk eksperymentalnych, funkcję prędkości drukowania f 3 (v) zinterpretowano algorytmicznie W oparciu o wyniki przeprowadzonych badań, dla określonego zakresu zastosowanych w nich wartości prędkości i docisku drukowania, wyznaczono wprowadzone stałe parametry α 0 i α m Oprócz powyższych zależności na podstawie opracowanych wzorów można wyznaczyć inne charakterystyczne parametry badanego procesu przenoszenia farby, na przykład współczynnik przekazywania farby na podłoże drukowe, czy też wielkość strumienia zwrotnego farby na formie za strefą kontaktu z podłożem (7) Klasyczne podejście do analizy opracowanego modelu procesu przenoszenia farby, w oparciu o bazę danych wyników badań eksperymentalnych, polega na utworzeniu algorytmu i stworzeniu programu do obliczeń wyrażenia [7] Procedura taka jest bardzo pracochłonna W celu uproszczenia rozwiązania omawianego zagadnienia zastosowano symulacje komputerową z wykorzystaniem, popularnego dziś w nauce i technice, pakietu Matlab-Simulink Na podstawie wyprowadzonych zależności [1-3], za pomocą tzw redaktora graficznego bloków operacyjnych Simulink, zbudowano symulator badanego procesu, kolejnego następującego po sobie w rozpatrywanym układzie, podawania [7] 497

4 Rys 7 Przykład wyników wizualizacji symulacji przenoszenia farby, od cylindra rastrowego poprzez formę na podłoże drukowe, przy zastosowaniu zmiennych docisków D CR-CF i D CF-CD oraz liniowej prędkości drukowania v farby od cylindra rastrowego na formę drukową i dalej podłoże Na rysunku 6 przedstawiono opracowane okno symulatora procesu Symulator jest zbudowany z bloków funkcji matematycznych F U, w których ułożono mikroprogramy dla obliczeń funkcji (v), ), f 4 (D CF-CD ) i bloków mnożenia Product Dla zadania wartości, ilości masy farby w kałamarzykach cylindra rastrowego i poziomu docisków w strefach kontaktu cylindrów, zastosowano bloki Constant Imitację zmian liniowych prędkości drukowania zrealizowano za pomocą bloku Ramp, zaś w bloku Subsystem obliczano funkcję f 3 (v) w oparciu o dane eksperymentalne Określenie wartości współczynnika przenoszenia farby następowało w bloku operacyjnym Divide, a wizualizację wyników modelowania badanych parametrów procesu wykonywały bloki Display i Scope Na podstawie wyników badań eksperymentalnych, dla określonego zakresu zastosowanych w nich wartości prędkości i docisku drukowania, wyznaczono stałe parametry modelu, równe: α 0 i α m Badania symulatora przedstawiają zależności: na górnych wykresach masę warstwy farby nanoszonej na formę drukową m F, zaś na dolnych masę warstwy farby nanoszonej na podłoże drukowe m P, od zmiennych, prędkości drukowania v oraz docisków D CR-CF i D CF-CD Wyniki przedstawiono na rysunku 7, w postaci: na osi odciętych wartość masy m F i m P w [g], a na osi rzędnych wartości liniowej prędkości drukowania v w [m/s] Opracowane symulacje pozwalają na przypisanie odpowiedniej ilości masy farby mokrej znajdującej się na określonej formie przed strefą drukowania m fi przy tych samych zadanych parametrach drukowania Obliczenia pozwalają na scharakteryzowanie procesu podziału podział farby pomiędzy formą i podłożem, forma i cylindrem rastrowym oraz strumienia zwrotnego warstwy farby na formie drukowej za strefą jej kontaktu z podłożem m ZW Program umożliwia określenie procentowego podziału farby, jako stosunku masy mokrej farby na podłożu m Pi do masy farby na formie przed zadrukiem m fi, oraz wskaźnika ilościowego przenoszenia farby, jako stosuneku masy mokrej farby na podłożu m Pi do masy farby pozostałej na formie (m fi - m Pi ) po zadruku Wyniki badań doświadczalnych stanowiły dane porównawcze dla prowadzonych równolegle badań teoretycznych Rozszerzone i zgrupowane bazy danych wartości odpowiednich współczynników opracowanych modeli pozwolą przewidzieć tendencję i charakterystykę badanego procesu dla stosowanych obecnie wielu wprowadzanych na rynek nowych materiałów poligraficznych Przedstawiona w pracy metodyka i badania oceny własności tych materiałów na pewno okażą się przydatne przy tworzeniu takiej bazy w przyszłości (1) Podsumowanie Reasumując można stwierdzić, że opracowany program badań symulacji parametrów cylindra rastrowego i modeli przenoszenia farby przez zespół farbowo-drukujący na podłoże drukowe pozwala na: prowadzenie obiektywnej, ilościowej oceny właściwości i kształtu kałamarzyków w zależności od wartości podstawowych ich parametrów, jak i wskaźników uwzględniających eksploatację, min stopień zanieczyszczenia kałamarzyków (3), efektywne wykorzystanie wyników obliczeń do optymalnego zastosowania cylindrów na maszynie drukującej oraz różnych etapów użytkowania cylindrów, począwszy od fazy projektowania i wyborze właściwej technologii ich wytwarzania, kończąc na ich eksploatacji w maszynie, z uwzględnieniem operacji okresowego czyszczenia i regeneracji cylindrów, wizualizację wszystkich otrzymanych wyników obliczeń, poprzez przedstawienie ich w postaci odpowiednio wyskalowanych i opisanych wykresów jednocześnie dla czterech różnych badanych profili przekroju kałamarzyków lub przyjętych opcji transferu farby przez zespoły farbowe i drukujące Opracowane wersje modeli matematycznych obliczeń w pakiecie Matlab-Simulink, opisujące parametry procesu przenoszenia farby w zależności od dwóch podstawowych parametrów: docisku drukowania i prędkości drukowania, umożliwiają w dobrym stopniu odwzorować charakter przebiegów krzywych doświadczalnych otrzymanych na podstawie badań eksperymentalnych, przeprowadzonych w laboratorium na urządzeniu testowym IGT F1 W opracowaniu symulacji procesu transferu medium pominięto zbadane wielkości właściwości materiałów poligraficznych, biorących udział w rozpatrywanym procesie, uwzględniając je w modelach jako stałe współczynniki dla poszczególnych przypadków, dlatego kolejnym etapem obecnie prowadzonych prac jest badanie omawianego procesu w oparciu program do analiz wieloczynnikowych Simca P+11 firmy Umetrics Opracowane modele symulacji profilu poprzecznego kałamarzyków i objętości cylindra rastrowego (2, 3) nie obejmują najnowszych rozwiązań pokrycia cylindrów w układach dozujących media min: w transferze farby w technologii drukowania fleksograficznego, uszlachetnianiu druków w zespołach lakierujących i zespołach klejących maszyn przetwórczych Należą do nich opatentowane nowe rozwiązania cylindrów, w których wygrawerowane wiązką lasera w pokryciu ceramicznym profile nie są konwencjonalnie zamkniętymi kałamarzykami, a stanowią otwar- 498

5 tą strukturę siatkową, liniową lub skrzyżowaną, pod określonym kątem względem osi cylindra Struktura powierzchni cylindrów stanowi quasi raster negatywowy, który składa się nie z tradycyjnych komórek ani rowków, a z przepływowych kanalików Przykładem są rozwiązania firm: Zecher, Praxair (Anilox Reverse Technology) i Apex (Genetic Transfer Technology, do zadruku tektury falistej i opakowań elastycznych UniCorr i UniFlex oraz do uszlachetniania druków UniCoat) (8-10) Obecnie na świecie prowadzone są badania i prace rozwojowe mające na celu poszukiwanie nowych rozwiązań konstrukcyjnych Badania te obejmują trzy główne zagadnienia: metody pokrywania powierzchni cylindrów ceramiką, technologie grawerowania laserowego w ceramice i optymalną eksploatację zastosowanych cylindrów Istnieją dziś cylindry mające takie same wartości parametrów liniatury i pojemności, ale różniące się znacznie konstrukcją i ciężarem, wydajnością transferu medium i żywotnością Prace badawcze związane z optymalizacją konstrukcji nowoczesnych układów transportu mediów w innowacyjnych procesach poligraficznych i przetwórczych są obecnie prowadzone w Instytucie Papiernictwa i Poligrafii Politechniki Łódzkiej Są one niezbędne ze względu na konieczność otrzymywania powtarzalność produktów i standaryzację procesów w przemyśle Opracowanie w ramach projektu badawczego NN MNiSzW, Literatura 1 Stępień K: Transfer mediów w innowacyjnych procesach poligraficznych i przetwórczych Cz 1, Przegl Papiern 67, 7, 425 (2011) 2 Stępień K: Symulacja profilu poprzecznego kałamarzyków cylindra rastrowego, Przegl Papiern 65, 4, (2009) 3 Stępień K: Symulacja pojemności cylindra rastrowego, Przegl Papiern 65, 7, (2009) 4 Stępień K: Badania i symulacja transportu farby przez fleksograficzne zespoły farbowe, materiały XI Międzynarodowej Konferencji Naukowo- Technicznej INPAP Nowoczesne technologie i maszyny w papiernictwie, przetwórstwie i poligrafii, Słok k Bełchatowa, Stępień K: Badania transferu farby przez krótkie zespoły farbowe, materiały Konferencji Naukowo-Technicznej Kierunki rozwoju polskiej poligrafii i opakowań z nadrukiem, Poznań, Stępień K: Analiza przekazywania farby w technologii fleksograficznej, XI Forum Fleksograficzne, Zrzeszenie Polskich Fleksografów PLFTA, Warszawa, Lutskiv M, Stępień K: Modelowanie przenoszenia farby w układzie cylinder rastrowy forma fleksograficzna zadrukowywane podłoże, Kвaлiлoгia книги, Zbiór prac naukowych, Ministerstwo Oświaty i Nauki Ukrainy, Ukraińska Akademia Drukarstwa, zeszyt nauk 2 (16), (2009) 8 Stępień K: Eksploatacja zespołów farbowo-drukujących, Przegl Papiern 66, 12, (2010) 9 Veil J, Kleeberg D: Zespoły lakierujące z raklem komorowym to standard techniczny, Publikacja KBA Proces nr 4, (2007), wwwpraxair com, wwwzechercom 10 Barabasz W: Genetic Transfer Technology nowe rozwiazanie dla druku fleksograficznego, materiały XI Międzynarodowej Konferencji Naukowo- Technicznej INPAP Nowoczesne technologie i maszyny w papiernictwie, przetwórstwie i poligrafii, Słok k Bełchatowa, , www apex-groupofcompaniescom, wwwbarmeyeu NOWE KSIĄŻKI Fleksografia Praktyczny Podręcznik Zrzeszenie Polskich Fleksografów wydało kompendium wiedzy na temat współczesnej fleksografii Fleksografia Praktyczny Podręcznik jest polską wersją książki Flexografia Manual Pratico Eudesa Scarpety, brazylijskiego specjalisty w dziedzinie fleksografii, i drugim takim wydawnictwem Zrzeszenia Polskich Fleksografów (pierwszy w języku polskim Podręcznik Fleksografii ZPF wydało w 1998 r) Książka dostarcza obszernych informacji o wszystkich podstawowych zagadnieniach związanych z technologią fleksograficzną Zawiera kolorowe zdjęcia, czytelne schematy i zestawienia Układ umożliwia szybkie znalezienie poszukiwanych informacji, np poprzez system kolorowych pionowych pasków na marginesach zewnętrznych wszystkich stron oddzielających poszczególne rozdziały, których jest 13: Wstęp, Projektowanie i tworzenie grafiki, Prepress we fleksografii, Fleksograficzne formy drukowe, Montaż form i proofy maszynowe, Podstawowe podłoża drukowe, Farby do drukowania, Wałki rastrowe, Drukowanie szeroka wstęga, Drukowanie wąska wstęga, Drukowanie tektura falista, Popularne problemy drukowania i praktyczne rozwiązania oraz Słownik terminologiczny Podręcznik jest adresowany nie tylko do fleksografów, ale i studiów projektowych, agencji przygotowujących projekty do druku flekso, klientów drukarni fleksograficznych oraz do wszystkich, którzy pragną kształcić się w tej dziedzinie technologii drukarskiej Książka liczy 230 stron Ma format 23 x 30 cm i miękką oprawę Została wydana w nakładzie 1000 egzemplarzy Cena 300 zł dla członków ZPF i 400 zł dla pozostałych klientów Pozycja jest opakowana w tekturowe pudełko Wyłącznym dystrybutorem tej publikacji w Polsce jest Zrzeszenie Polskich Fleksografów Więcej informacji na temat podręcznika oraz formularz zamówienia można znaleźć na stronie wydawcy: wwwfleksopl W przedmowie do polskiego wydania, p Krzysztof Januszewski, dyrektor biura ZPF, po wyliczeniu pozytywów publikacji, niezbędnych zmian wersji polskiej w stosunku do oryginału, zachęca krajowych autorów do tworzenia opracowań na tematy fleksograficzne Jednym z nich jest wydana niedawno przez ZPF broszurka Okflexol na temat wałków rastrowych (również dostępna u wydawcy) Wszystkich zainteresowanych spotkaniem z autorem książki Fleksografia Praktyczny Podręcznik informujemy, że będą mieli taką możliwość 4-5 października br podczas Forum Fleksograficznego 2011, na którym będzie p Eudes Scarpeta JW 499