"Świat Druku" - miesięcznik

Archiwum

Rok 2002

Kwiecień

Herbert Czichon

Maria Czichon

Fleksodrukowe układy farbowe. Część I

W poprzednich artykułach zostały opisane cylindry rastrowe („Świat Druku” nr 10/2001) oraz tuleje rastrowe („Świat Druku” nr 12/2001). Zarówno cylindry, jak i tuleje rastrowe stosowane są w układach farbowych, które dodatkowo mają rakle zwykłe lub komorowe. Układy farbowe są tematem niniejszego artykułu.

Rakle
Rakiel, zwany również nożem zgarniającym, przylegając do obracającego się cylindra lub tulei rastrowej usuwa nadmiar farby drukowej z ich powierzchni, przy czym wykonuje ruch posuwisto-zwrotny, to znaczy na obracającym się cylindrze lub tulei przesuwa się o określony odcinek w jedną stronę, po czym wraca. Rakiel pozostawia farbę tylko w kałamarzykach farbowych, z cieniutką warstwą poślizgową na progach rastrowych. Dzięki temu następuje przenoszenie określonej i powtarzalnej objętości farby z układu farbowego na formy drukowe.
Rakle są wykonywane ze stali lub tworzywa sztucznego. Znane są następujące rakle:
• ze stali zwykłej o drobnokrystalicznej strukturze i dużej trwałości, zawierającej 1% węgla (najniższa cena)
• ze stali o podwyższonej wytrzymałości, zawierającej 1% węgla, 0,3% krzemu, 0,7% manganu i 0,3% chromu
• ze stali nierdzewnej zawierającej: 0,33% węgla, 0,45% krzemu, 0,45% manganu i 0,95% molibdenu, przy czym rakle te stosowane są przy drukowaniu farbami wodorozcieńczalnymi.

Rakle z tworzywa sztucznego najczęściej wytwarza się z poliestru. Rakle poliamidowe, polipropylenowe i poliuretanowe ze względu na większe tarcie wytwarzają stosunkowo dużo ciepła, co może spowodować częściowe zaschnięcie farby na cylindrze rastrowym. Rakle poli-estrowe są stosowane przy zadrukowywaniu niektórych podłoży, np. serwetek. Ponadto stosowane są jako rakle zamykające w komorach raklowych, gdzie równocześnie działają jako uszczelka układu.

Rys. 1. Zasada działania rakla klinowego: a - zakres roboczy

Początkowo stosowano rakle z zeszlifowanym brzegiem w kształcie klina (rys. 1). W czasie drukowania ostrze rakla ściera się, a to prowadzi do zmniejszenia docisku rakla do cylindra i do przekazywania większej ilości farby, która jest wtedy przenoszona nie tylko przez kałamarzyki rastrowe, ale również – w nadmiernej ilości – przez progi rastrowe cylindra lub tulei. Prowadzi to do zmian tonalnych na odbitce w czasie drukowania nakładu. Aby temu zapobiec, należy wraz ze stopniem zużycia rakla zwiększać jego docisk do cylindra. Powoduje to postoje maszyny drukującej, co obniża jej wydajność i podnosi koszty. Ponadto częściowo zużyte rakle należy wymontować z maszyny drukującej, przeszlifować do uzyskania pierwotnego kąta, po czym ponownie zamontować w maszynie. Jest to stosunkowo kłopotliwe i czasochłonne. Poza tym na skutek zwiększenia docisku rakla do cylindra następuje szybsze ścieranie powierzchni cylindra rastrowego i większa jest możliwość uszkodzenia cylindra, a więc obniżenia jego żywotności.
Wady rakla klinowego doprowadziły do upowszechnienia się rakli z cienką częścią roboczą, nazwanych przez firmę Dätwyler, która je opracowała, raklami MDC (nazwa zastrzeżona tylko dla rakli tej firmy). Obecnie rakle te są produkowane również przez firmę Unger Messer[2] i Tresu.[2]
Zasadę działania rakla MDC ilustruje rys. 2, z którego wynika, że część ścierająca się w czasie drukowania jest znacznie dłuższa. Ponadto ścieranie rakla nie zmienia powierzchni przylegania, a więc nie następuje zmiana wartości tonalnych w czasie drukowania. Rakiel taki może być stosowany do wielu nakładów.

Rys. 2. Zasada działania rakla MDC: b - zakres roboczy

Rakle MDC są dostarczane w postaci odcinków o długości dostosowanej do określonej maszyny drukującej lub w postaci taśmy, z której wycina się potrzebne odcinki. Są dostarczane w postaci gotowej do użycia i pracują aż do całkowitego zużycia, bez potrzeby szlifowania. W stosunku do rakli klinowych charakteryzują się następującymi zaletami:
• czas pracy jest około 6-krotnie dłuższy niż przy stosowaniu rakli klinowych, a tym samym rzadsze są postoje maszyn dla zmiany rakla i mniejsze są ilości makulatury, która powstaje przy każdym ponownym uruchomieniu maszyny
• wymagają o połowę mniejszego docisku do cylindra rastrowego, dzięki czemu mniejsze jest ścieranie cylindra rastrowego, a tym samym zwiększa się jego żywotność
• nie występują zmiany tonalne w czasie drukowania z powodu zużywania się rakla
• odpadają koszty wynikające z konieczności utrzymania urządzeń i zatrudnienia obsługi do szlifowania rakli oraz wszelkie problemy związane z wykonaniem dobrze wyszlifowanego rakla.

Rakle MDC można stosować przy wszystkich rodzajach cylindrów lub tulei rastrowych. Można ich używać przy stosowaniu farb rozpuszczalnikowych, wodorozcieńczalnych oraz fotoutwardzalnych.
Grubość rakla MDC waha się w zakresie 0,15-0,25 mm, a grubość części roboczej waha się od 65 do 120 mm. Im większa gęstość kałamarzyków na cylindrach lub tulejach rastrowych, tym cieńsza powinna być część robocza rakla.
Rakle MDC firmy Dätwyler mogą mieć warstwy zabezpieczające dla zwiększenia trwałości. Rakle „MDC Soft-Rakel” są całkowicie powlekane specjalną warstwą, która:
• zwiększa 1,5-2,5-krotnie odporność korozyjną rakli na farby wodorozcieńczalne oraz farby średnio kwaśne
• zwiększa trwałość cylindra rastrowego, gdyż ma mniejszy współczynnik tarcia niż stal
• zmniejsza siłę oporu (bezwładności) farby ze względu na wyższe napięcie powierzchniowe na granicy farby i rakla oraz umożliwia łatwiejsze usunięcie twardych cząstek z farby
• zmniejsza możliwość powstawania smug farbowych.

Rakle MDC-Longlife firmy Dätwyler mają specjalną warstwę tylko na części roboczej rakla. Warstwa ta:
• zwiększa 3-4-krotnie trwałość rakla przy stosowaniu farb o wysokiej lepkości i o dużym działaniu ścierającym (np. farb z bielą kryjącą z dwutlenkiem tytanu) oraz 10-krotnie przy stosowaniu farb rozpuszczalnikowych i wodorozcieńczalnych
• charakteryzuje się stosunkowo wysoką odpornością korozyjną
• ma wyższe napięcie powierzchniowe w stosunku do farby, co zmniejsza siłę oporu (bezwładności) farby
• ma mniejszy niż stal współczynnik tarcia
• ma większą twardość niż stal
• ze względu na ostrzejsze brzegi strefy roboczej umożliwia pracę z mniejszym dociskiem
• uniemożliwia powstawanie wiórów z wyłamanych części strefy roboczej, które mogłyby uszkodzić rakiel lub zarysować cylinder rastrowy.

Rys. 3. Ustawienie rakla: 1 - współbieżne płaskie (25o); 2 - współbieżne normalne (45-65o); 3 - współbieżne strome (80o); 4 - przeciwbieżne (30-40o)

Rakle „MDC-Rostfrei-Rakel” są wykonane ze stali nierdzewnej i dlatego są odporne na bardzo agresywne farby.
W czasie drukowania opór (bezwładność) usuwanej warstwy farby powoduje, że rakiel zostaje nieco podniesiony, a tym samym ślizga się po cienkiej warstwie farby znajdującej się na powierzchni cylindra rastrowego. Dzięki powstałej warstwie poślizgowej mniejsze jest zużycie cylindra rastrowego i rakla. Warstwa ta jednak nie może być za gruba, gdyż byłaby widoczna po przeniesieniu przez formę drukową na zadrukowywane podłoże. Grubość warstwy poślizgowej zależy od:
• lepkości farby drukowej
• docisku rakla i kąta rakla
• szybkości obrotu cylindra
• struktury powierzchniowej cylindra.[1]

Wbrew powszechnym poglądom powierzchnia progów rastrowych na cylindrze lub tulei rastrowej nie powinna być idealnie gładka. Polecana jest niewielka chropowatość rzędu 1 mm, umożliwiająca wytworzenie cienkiej warstwy poślizgowej, która nie wpływa negatywnie na proces przenoszenia farby.[1]
Rakiel może być ustawiony do cylindra rastrowego współbieżnie (pozytywowo) lub przeciwbieżnie (negatywowo), co ilustruje rys. 3.
Przy współbieżnym ustawieniu rakla do cylindra rastrowego ilość przekazywanej farby w dużym stopniu zależy od kąta przylegania rakla, siły docisku i szybkości drukowania. Takie ustawienie wymaga stosunkowo silnego docisku w czasie drukowania, co prowadzi do szybszego zużycia zarówno rakla, jak i powierzchni cylindra rastrowego. Ponadto przy dużych prędkościach obrotu cylindra pod wpływem oporu farby rakiel zostaje znacznie podniesiony, a na powierzchni cylindra pozostaje stosunkowo gruba warstwa farby, po której ślizga się rakiel i która w sposób niekontrolowany zostaje przeniesiona na cylinder formowy. Zjawisko to, zwane aqua-planingiem, znane jest kierowcom samochodów. Spotykają się z nim, kiedy pod kołami samochodu pozostaje warstwa wody, po której ślizgają się koła.
Z powyższych względów coraz częściej stosuje się przeciwbieżne ustawienie rakla w stosunku do układu rastrowego. Siła docisku jest wtedy 3-8-krotnie mniejsza niż przy ustawieniu współbieżnym, dzięki czemu w mniejszym stopniu następuje ścieranie cylindra rastrowego i rakla. Przeciwbieżne ustawienie rakla, zazwyczaj pod kątem 30-35o, zapewnia nawet przy dużych prędkościach drukowania równomierne przenoszenie farby. Przy stosowaniu farb drukowych o wysokiej lepkości, jak np. farb fotoutwardzalnych (UV) należy zwiększyć kąt rakla do ok. 40o.
Docisk rakla do powierzchni cylindra rastrowego należy tak wyregulować, by na cylindrze pozostała cieniutka warstwa poślizgowa. Jeśli docisk jest za duży lub kąt przyłożenia rakla jest za płaski, występuje stosunkowo silne działanie ścierające cylindra i rakla oraz może nastąpić wygięcie rakla, co zmniejsza strefę kontaktową, a to oznacza niewłaściwą pracę rakla.[2]
Do znanych producentów rakli fleksodrukowych należą firmy Dätwyler, Flexoclean Supplies, Tresu i Unger Messer.

Rys. 4. Przenoszenie farby na cylinder rastrowy za pomocą wałka pobierającego: 1 - kałamarz farbowy, 2 - wałek nabierający farbę, 3 - rakiel, 4 - cylinder rastrowy, 5 - cylinder formowy[1]

Układy farbowe z cylindrami i tulejami rastrowymi oraz zwykłymi raklami
Fleksodrukowe układy farbowe obejmują układ pobierania i przekazywania farby składający się z cylindra rastrowego (lub tulei rastrowej osadzonej na cylindrze nośnym), cylindra formowego i dociskowego. Znane są trzy podstawowe metody przenoszenia farby:
• za pomocą wałka pobierającego farbę (duktora)
• bezpośrednio przez cylinder rastrowy
• natryskowo z komorą raklową.

Przenoszenie farby za pomocą wałka pobierającego farbę jest najczęściej stosowane w maszynach wypukłodrukowych przezbrajanych na technikę fleksodrukową. Polega na pobieraniu farby przez zanurzony w farbie wałek nabierający (duktor) i przekazywaniu jej na cylinder rastrowy lub tuleję rastrową (rys. 4). Odstęp pomiędzy tym cylindrem (tuleją) a wałkiem nabierającym farbę wynosi 1-2 mm. Prędkość obrotowa wałka nabierającego jest regulowana bezstopniowo, dzięki czemu można łatwo regulować ilość farby pobieranej przez kałamarzyki. Nadmiar farby jest usuwany z cylindra rastrowego lub tulei rastrowej za pomocą rakla. Istnieją również systemy bezraklowe, w których przez odpowiedni docisk duktora do cylindra rastrowego lub tulei rastrowej zostaje wyciśnięty nadmiar farby.
Farba może być również przenoszona na cylinder formowy pośrednio za pomocą jednego lub dwóch (rys. 5) wałków elastycznych. Również ta metoda została wykorzystana przy przekonstruowaniu tradycyjnych maszyn wypukłodrukowych na maszyny fleksodrukowe. Najczęściej wałki elastyczne pochodzą ze starego zespołu farbowego maszyny wypukłodrukowej.
Przy bezpośrednim przenoszeniu farby przez cylinder rastrowy jest on częściowo zanurzony w farbie (rys. 6). Rakiel usuwa nadmiar farby, dzięki czemu kałamarzyki bezpośrednio przenoszą farbę na formy drukowe.

Literatura
1. Flexoclean Supplies: Rakelmesser.
2. Prospekty firmy Unger Messer z Niemiec.

prof. dr Herbert Czichon
dr Maria Czichon
Instytut Poligrafii
Politechniki Warszawskiej

Rys. 5. Pośrednie przenoszenie farby na formę drukową za pomocą wałków elastycznych: 1 - kałamarz farbowy, 2 - cylinder rastrowy, 3 - rakiel, 4 - cylinder formowy, 5 - cylinder dociskowy, 6 - elastyczne wałki nadające[1]