|
|
"Świat Druku" - miesięcznik
Archiwum
Rok 2006
Kwiecień
Nowoczesne zespoły farbowe z cylindrem rastrowym. Część II
|
|
Europejskie i amerykańskie firmy produkujące maszyny drukujące oraz ich elementy prowadzą wciąż prace nad udoskonalaniem konstrukcji zespołów farbowych i optymalizacją ich eksploatacji. Obecnie oferują one maszyny, w których do dostarczania farby do zespołu farbowego zastosowano cylinder rastrowy (anilox), zaadaptowany z przemysłu przetwórczego i technologii fleksograficznej. Artykuł omawia konstrukcję takich zespołów farbowych. Jego I część była opublikowana w nr 3/2006 „ŚD”. Tam też podana jest literatura.
|
Konstrukcja komory raklowej
W przypadku zastosowania zespołów farbowych z cylindrem rastrowym nie występuje, jak w standardowych maszynach offsetowych, regulacja strefowa warstwy farby przekazywanej na formę drukową na szerokości maszyny. Sterowanie ilością farby nanoszonej na podłoże drukowe odbywa się głównie poprzez odpowiedni dobór pojemności i geometrii kałamarzyków rastrowych. Rzeczywista ilość przekazywanej farby zależy także od efektywności działania komory raklowej, właściwości fizycznych powłoki cylindra rastrowego oraz od współczynników rozdziału warstw farby w strefach współpracujących cylindrów.
Oprócz doboru odpowiednich parametrów technologicznych procesu drukowania, równie ważnym warunkiem otrzymania dobrych jakościowo odbitek jest rodzaj, wyposażenie i stan techniczny maszyny drukującej, szczególnie zainstalowany typ zespołu farbo-wego i sposób jego eksploatacji.
Podstawowym wskaźnikiem właściwej konstrukcji komory raklowej i efektywności jej pracy jest relacja między ilością płynu wprowadzonego do kałamarzyków cylindra rastrowego a wyjściową rzeczywistą pojemnością cylindra, charakteryzowaną w jednostce cm3/m2.
Relacja ta zależy od kilku podstawowych czynników:
• wielkości, kształtu i wyposażenia skrzynki komory
• rodzaju i parametrów pracy listwy zgarniającej (jej kąta ustawienia i równomierności naprężenia oraz docisku do powierzchni cylindra)
• poziomu stabilnego ciśnienia płynu dostarczanego pompą do komory i rozkładu ciśnienia płynu wewnątrz komory.
Działanie czynników wpływających na poziom obciążeń listew zainstalowanych w komorze jest takie samo, jak w przypadku sił występujących w otwartych zespołach farbowych, z tym że dodatkowo występuje tu siła parcia płynu na powierzchnię jego styku z listwą. Siła ta zależy od ciśnienia panującego wewnątrz komory. Działa również na kształtki boczne, stanowiące czołowe uszczelnienia komory.
Istotnym czynnikiem eksploatacyjnym jest zapewnienie właściwego zamocowania listew w korpusie komory raklowej. Pierwsze rozwiązania konstrukcyjne wymagały precyzyjnego ręcznego napinania listew zgarniających do podpór w korpusie komory za pomocą śrub, przy użyciu odpowiednich kluczy. We współczesnych konstrukcjach komór wymiana listew odbywa się bez użycia narzędzi (rys. 6). Najczęściej zamocowanie i napięcie listwy do podpory w korpusie komory odbywa się za pomocą mechanizmu sprężynowego lub dźwigniowego na całej jej długości od strony obsługi maszyny. W niektórych rozwiązaniach komór o większej szerokości są instalowane pneumatyczne urządzenia napinające.
Równie ważnym elementem konstrukcyjnym jest układ zamocowania i dokładnego ustawiania komory raklowej w zespole farbowym. W przypadku przenoszenia drgań elementów maszyny na komorę raklową, na szerokości i na długości pasma występują niedobory farby na wykonywanych drukach. Najczęściej zamocowanie komory jest realizowane przy wykorzystaniu masywnej poprzecznej belki nośnej, montowanej do korpusu maszyny, oraz mechanizmów regulujących położenie komory względem cylindra, które jednocześnie ułatwiają odstawienie komory i jej beznarzędziowy demontaż z maszyny.
Nowoczesne konstrukcje mają mechanizmy pneumatyczne lub pneumatyczno-hydrauliczne, które zapewniają optymalny nacisk listew komory na powierzchnię cylindra rastrowego, a ponadto dokonują korekcji ustawienia komory w miarę zużywania się ostrzy listew. Na przykład firma Harris & Bruno zastosowała rozwiązanie polegające na hydropneumatycznym ustawianiu docisku rakli komory do cylindra. Cały układ jest tutaj sterowany przez sprężone powietrze, doprowadzane do dwuczęściowego zbiornika. W zbiorniku ciśnienie powietrza działa na tłok, pod którym znajduje się nieściśliwy płyn hydrauliczny. Ciśnienie płynu działa na zainstalowane na szerokości komory raklowej cylinderki hydrauliczne, które powodują płynne i stabilne dociśnięcie listew do cylindra. Rozwiązanie to przedstawiono na rysunku 7.
Równomierność wypełniania kałamarzyków cylindra rastrowego na szerokości maszyny i stabilność pracy komory raklowej zależy tak od sztywności konstrukcji samej komory, jak i od sposobu jej zamocowania w korpusie maszyny oraz od ustawienia komory w stosunku do współpracującego cylindra rastrowego. Oczywiście, ma tutaj również ogromne znaczenie to, aby sam cylinder rastrowy posiadał czyste kałamarzyki i był wykonany w wysokiej klasie dokładności, szczególnie pod względem równomierności powierzchni i braku bicia obwodowego podczas odtaczania.
Podczas eksploatacji zamkniętego systemu farbowego jednym ze sposobów zwiększenia stopnia napełnienia kałamarzyków jest podwyższenie wydajności pompy zasilającej komorę. Powoduje to wzrost ciśnienia płynu wewnątrz komory i może doprowadzić do obniżenia żywotności listew i nieszczelności uszczelnień ścian bocznych komory. Wycieki farby z konstrukcji komory są najczęstszym problemem występującym w eksploatowanych obecnie systemach.
Kolejnym negatywnym zjawiskiem zachodzącym w zamkniętych układach farbowych jest zamykanie się pęcherzy powietrza w kałamarzykach cylindra rastrowego, które blokują właściwe ich wypełnienie farbą. Wyeliminowanie równomiernego wypełnienia kałamarzyków jest tym trudniejsze, im większa jest prędkość drukowania na maszynie. Duże znaczenie dla tego zjawiska ma rodzaj współpracującego z komorą cylindra rastrowego, bowiem wraz ze zwiększeniem głębokości i zmniejszeniem stopnia otwarcia kałamarzyków roś-nie prawdopodobieństwo zatrzymywania w nich powietrza.
Odpowiedni dobór materiałów
W celu uzyskania prawidłowego przebiegu procesu drukowania muszą być spełnione także następujące warunki związane z doborem materiałów:
• farba powinna zwilżać stykające się powierzchnie i przylegać do nich, tzn. powinna wykazywać określoną adhezję
• warstwa farby powinna być plastyczna, przed spadkiem naprężenia w obszarze styku powinna rozdzielić się pomiędzy powierzchniami, tzn. wykazywać właściwości kohezji
• równowaga adhezyjno-kohezyjna powinna być stała, aby rozdzielenie warstwy farby nie zmieniało się w czasie.
Podział warstw farby w kolejnych strefach styku współpracujących cylindrów jest procesem bardzo złożonym. Jeśli przyjmiemy, że wypełnienie farbą pojemności kałamarzyków cylindra rastrowego jest stuprocentowe, okaże się, że na podłoże drukowe przekazane zostaje tylko 20–30% pojemności kałamarzyków cylindra.
W czasie przemysłowej eksploatacji maszyny drukującej, niezależnie od jej stopnia nowoczesności, należy okresowo sporządzać charakterystyki pracy zespołów farbowo-drukujących. Uzyskuje się je poprzez drukowanie kontrolnych testów przy zachowaniu określonych, stałych parametrów maszyny. Jest to wskazane ze względu na zapewnienie powtarzalności otrzymywanych na maszynie odbitek i standaryzację procesu drukowania.
Model matematyczny i symulacja pracy zespołu farbowo-drukującego
Określenie wpływu wielu parametrów konstrukcyjno-technologicznych, w tym różnych rozwiązań konstrukcyjnych komór raklowych, na optymalną pracę zespołu farbowego wymaga przeprowadzenia kosztownych badań eksperymentalnych. Wiąże się z tym konieczność dokonania zmian w istniejących konstrukcjach maszyn produkcyjnych lub zainstalowania prototypów dodatkowych elementów oraz wyposażenia ich w odpowiednią aparaturę pomiarową. Badania takie często prowadzą do przerw w produkcji i strat materiałowych. Dlatego aktualnym zagadnieniem jest potrzeba opracowania modelu pozwalającego na symulację komputerową pracy danego zespołu maszyny. W Instytucie Papiernictwa i Poligrafii PŁ podjęto próbę opracowania modelu matematycznego i stworzenia charakterystyki pracy zespołu farbowo-drukującego, którego schemat przedstawiono na rysunku 8.
Na podstawie opisanych w literaturze zależności objaśniających pracę zespołów farbowych i warunków przyjętych dla układu oraz po przyjęciu określonych założeń, zbudowano układ równań transferu warstwy farby oparty na przekształceniach Laplace’a. Analizę warunków statycznych procesu prowadzono przy uwzględnieniu – w postaci funkcji stopniowej teorii prawa transformacji – przekazywania stałej grubości warstwy farby przez cylindry rastrowe. Do analizy omawianego układu i zbudowania charakterystyk statycznych działania zespołu farbowego wykorzystano symulację komputerową opartą na programie MATLAB-Simulink, który współcześnie jest z powodzeniem stosowany do modelowania zjawisk w prawie wszystkich dziedzinach techniki. Na podstawie badanego schematu konstrukcyjnego zespołu farbowego i opracowanego układu równań w okienku graficznym programu zaprojektowano odpowiednie modele graficzne. Wstępnie otrzymano charakterystyki statyczne, które określają grubości warstwy farby przekazanej na podłoże w zależności od stopnia zanieczyszczenia kałamarzyków cylindra rastrowego. Badania symulacji komputerowej układów farbowych z uwzględnieniem szeregu parametrów konstrukcyjno-technologicznych w warunkach dynamicznych nadal będą prowadzone. Znając charakterystyki eksploatacyjne maszyny, łatwiej jest przewidzieć wpływ różnych czynników, technologicznych i konstrukcyjnych, na działanie całej maszyny drukującej.
Programy symulacyjne
Na rynku oferowane są bardzo drogie programy symulacyjne procesów różnych technik drukowania. Wśród programów związanych z omawianymi zespołami farbowymi stosowanymi w technologii fleksograficznej, są m.in. FlexSys Flexographic Print Simulator (Sinapse Graphic International) i Sirflex Flexography Simulator (Autobar Flexsible). Wspomniane programy są bardzo cenne dla przemysłu poligraficznego, papierniczego i opakowaniowego, a także szkolnictwa. Mają one głównie zastosowanie do szkolenia i pogłębienia wiedzy oraz umiejętności personelu obsługującego maszyny i urządzenia. Pozwalają one na praktyczny trening w zakresie prowadzonego procesu poligraficznego, eliminując konieczność zastosowania w przemyśle lub ustawienia w ośrodku szkoleniowym kosztownego sprzętu różnego rodzaju. Programy te, wykorzystujące zapisane w bazie dane dotyczące materiałów poligraficznych i maszyn, po określeniu wybranych parametrów technologicznych i eksploatacyjnych pozwalają na sprawdzenie trafności wyboru, tak aby można było osiągnąć zamierzone efekty w prowadzonym procesie. Lepsza praktyczna znajomość wzajemnego oddziaływania szeregu parametrów pozwala także na znaczne przyspieszenie przygotowania maszyny drukującej do wykonania kolejnego nakładu.
Pomimo że istnieje wspomniane oprogramowanie, uważam za celowe opracowanie takich modeli i symulacji komputerowej pracy współczesnych rozwiązań zespołów farbowo-drukujących, które w większym zakresie uwzględnią specyfikę ich konstrukcji. Modele mają charakter poznawczy i mogą się przyczynić do opracowania nowego typu zespołu farbowego.
dr inż. Krzysztof Stępień
Instytut Papiernictwa i Poligrafii, Politechnika Łódzka
Opracowanie w ramach projektu badawczego nr 3 TO8E 065 28, finansowanego przez Komitet Badań Naukowych Ministerstwa Nauki i Informatyzacji w latach 2005–2007
|
|
|
|
