Тип, конструкция и состояние печатной машины определяют технологические возможности флексографского процесса и, в значительной степени, качество выпускаемой продукции.

Флексографские печатные машины можно разделить на следующие группы: секционные ярусного (балконного) типа, секционные линейного типа, планетарного типа, а также встроенные печатные секции и комбинированные секционные (агрегаты). Печатные машины в зависимости от ширины могут быть узко рулонными (диаметр до 600 мм), средней ширины (диаметр до 1200 мм) широко рулонные (более 1200 мм). Большинство флексографских машин предназначено для печатания на рулонных материалах, и лишь машины, предназначенные для запечатывания гофрокартона, бывают листовыми.

 

Печатные машины ярусного типа (их еще называют многоцилиндровыми) обычно имеют красочность четыре-шесть цветов, причем симметрично располагаются на каждой стороне станины одна над другой по две-три печатные секции (рисунок 1). Полотно запечатываемого материала с размоточного устройства через устройство регулирования натяжения подводится к печатным секциям. Здесь происходит многокрасочное запечатывание полотна, причем после каждой печатной секции производится сушка запечатанной поверхности. Пройдя последний печатный аппарат, полотно транспортируется через сушильный канал или устройство окончательной сушки (при этом нанесенная краска должна быть просушена по всей толщине слоя) и далее, через охлаждающий цилиндр, где также может быть установлено устройство регулирования натяжения, к намоточному устройству. Машины ярусного типа применяют для печатания на различных, но непременно не тянущихся материалах, которые могут обеспечить достаточно большую и постоянную величину натяжения. Точность приводки у таких машин составляет ± 0,2 мм. На рисунке 2 показана современная флексографская машина ярусного типа.

 

В машинах ярусного типа полотно может запечатываться шестью красками с одной стороны; пятью с лица, одной с оборота; четырьмя с лица, двумя с оборота; тремя с лица и тремя с оборота. Максимальная скорость при печатании на бумаге составляет 400 м/мин. Рабочая ширина - от 250 до 2500 мм.

 

Печатные машины линейного типа имеют горизонтальное расположение печатных секций (рисунок 3) и могут иметь любое их количество с приводом от общего вала или индивидуальным (бесшестеренчатым). Такие машины занимают достаточно много места и первоначально предназначались для предприятий, производящих запечатывание алюминиевой фольги, а затем стали использоваться для печатания на бумаге, картоне и других материалах.

 

Их большое достоинство - увеличенные участки сушки между отдельными печатными секциями, что позволяет на высоких скоростях осуществлять печатание "по сырому". На современных высокопроизводительных машинах достигаются рабочие скорости до 600 м/мин (10 м/сек) - производительность, почти не уступающая газетной печати. На таких машинах между отдельными печатными секциями устанавливаются так называемые регистровые валики для того, чтобы можно было компенсировать возникающие погрешности продольной приводки. На скоростных машинах дополнительно устанавливаются электронные устройства контроля и регулирования продольной приводки. Если расположить в машине поворотную штангу или иное устройство проводки полотна, можно печатать любым количеством красок и на лицевой, и на оборотной сторонах запечатываемого материала. Такой возможности нет у других типов печатных машин.

 

Раньше эти машины имели рабочую ширину до 800 мм, теперь она доходит до 1600 мм. В настоящее время существуют модели машин с красочными выдвижными аппаратами для сокращения времени простоя машины при смене заказа. В последнее время изготовители предлагают модели, у которых отдельные печатные секции с выдвижными или стационарными красочными аппаратами могут быть переоборудованы с флексографской печати, например, на глубокую. Такие конструкции печатных секций позволяют создавать комбинированные машины.

 

Следует упомянуть и о таком варианте конструкции машин, в котором печатные секции, точно так же расположенные одна за другой, имеют сдвоенные красочные аппараты. При этом отдельные красочные аппараты могут подвергаться переналадке и подготовке к выполнению нового заказа непосредственно во время работы машины. Время простоя таких машин при смене заказа составляет всего несколько минут. Цифровые управляющие устройства обеспечивают быстрый переход на другую длину оттиска. Коэффициент использования рабочего времени у таких машин очень высок.

В печатных машинах планетарного типа красочные секции располагаются вокруг одного большого диаметра печатного цилиндра (рисунок 4). Такая машина была разработана специально для печатания на растягивающихся синтетических пленках, т. к. там остро ощущалась потребность в машинах, обеспечивающих необходимую точность приводки в процессе печатания. Это требование было реализовано так: запечатываемый материал, перемещаясь от размоточного устройства через устройство регулирования натяжения, поступает на общий печатный цилиндр, запечатывается последовательно во всех печатных секциях и, только пройдя последнюю из них, отделяется от цилиндра. Благодаря этому запечатываемый материал прилегает плотно, без смещения, и в процессе печатания не возникает никаких нарушений приводки. При соответствующей системе привода максимальный допуск в продольном направлении составляет ± 0,1 мм. В печатной машине этого типа высокая точность приводки достигается без дополнительных механических или электронных вспомогательных устройств.

 

На машинах планетарного типа можно изготавливать 4-10-красочную продукцию с растровых печатных форм с линиатурой до 60 лин./см. По указанным причинам спрос на машины флексографской печати планетарного типа в последние годы вырос. Они широко используются для печатания не только на эластичных пленках, но и на материалах жестких, многослойных и на бумаге. Такие машины находят применение также в производстве обоев. Машины большого формата имеют печатный цилиндр диаметром более 2000 мм, а рабочая ширина их - около 2500 мм. Максимальная скорость этих машин - 250 м/мин, а у машин, имеющих меньшие форматы печати, скорость доходит до 500 м/мин. На рисунке 5 показана машина планетарного типа.

 

В печатной секции с общим печатным цилиндром слева и справа располагается по одному формному цилиндру и одному красочному аппарату. Муфтовая система привода позволяет осуществлять печатание с одного красочного аппарата, а другой готовить к новому заказу. Формный цилиндр может выниматься и вставляться, а растрированный анилоксовый вал имеет собственный привод.

 

После каждого печатного аппарата располагается устройство сушки, затем охлаждающий вал, и перед последней печатной секцией может быть установлен регистровый валик или же в самой секции имеется дифференциальная передача для регулирования продольной приводки между отдельными секциями.

 

Предшественниками современных встроенных печатных секций были появившиеся в начале прошлого века анилиновые печатающие устройства. Они встраивались в пакетоделательные машины и служили для одно- или двухкрасочного запечатывания бумажных пакетов, мешков, а позже листов оберточной бумаги. В середине прошлого столетия появились распространившиеся по всему миру многие тысячи комбинированных машин для одновременного изготовления и запечатывания флексографским способом бумажных пакетов, мешков, листов и рулонов. Этот рациональный метод был с успехом применен и к полиэтилену высокого давления. В последние годы на предприятиях, изготавливающих упаковку, стали использоваться также многочисленные комбинации флексографских печатных секций с установками для получения пленки экструзией с последующим раздувом и машинами для изготовления полиэтиленовых пакетов. Сегодня можно утверждать, что каждый предприниматель, выпускающий упаковочные изделия из бумаги и пленки, должен внедрять у себя встроенные флексографские печатные секции, чтобы иметь возможность работать экономично и рационально. Применение таких секций устраняет отдельную технологическую операцию, дополнительную транспортировку рулонов, экономит производственные площади и сокращает численность обслуживающего персонала. К тому же брака здесь получается очень мало.

 

Рабочая ширина встроенной секции может оставлять от 250 до 3200 мм. В зависимости от производительности машины для выпуска упаковки скорость печати может достигать 400 м/мин. Наиболее часто применяются трех- или четырехкрасочные секции, однако строятся и применяются также и одно-, и, максимально, шестикрасочные. За незначительными исключениями используются ярусные секции, а, следовательно, печатные аппараты с индивидуальными печатными цилиндрами. Привод встроенной печатной секции обычно осуществляется от основной машины через соединительные элементы. Однако существуют такие конструкции, где необходим отдельный двигатель привода.

В скоростных машинах обязательно высушивание запечатанного полотна нагретым воздухом после печатания каждой краски.

 

Первые комбинированные флексографские печатные машины, работающие с рулона на рулон, соединенные с другими технологическими устройствами обработки материала, появились в самых разных вариантах примерно четыре десятилетия назад. Уже тогда производители упаковки и машиностроители пытались реализовать свой опыт комбинирования встроенных флексографских печатных секций с машинами, производящими резку и склейку материала, к рулонным машинам. Соображения рациональности и экономической выгоды такого соединения постоянно порождали новые идеи.

 

Так, довольно давно появились машины, с помощью которых в едином рабочем процессе ламинированную алюминиевую фольгу можно было запечатывать на ярусной флексографской машине и одновременно осуществлять тиснение непрерывного изображения и точную перфорацию. Тем самым достигалась возможность рационального изготовления материалов для автоматической упаковки масла и маргарина. Уже тогда строились и первые комбинированные машины флексографской и глубокой печати.

Внедрение флексографской печати в производство обоев дало толчок созданию агрегатов для печатания и лакирования с комбинацией глубокого и флексографского способов и с высокой точностью приводки. Так возникли технологические линии, в начале которых устанавливался бумажный рулон, а на выходе получались запечатанные в четыре краски, тисненые и смотанные в рулончики обои или в бобины другую продукцию (рисунок 6). В этот же период впервые флексографские печатные машины были оборудованы дополнительными намоточными устройствами и в их конструкцию были внесены некоторые незначительные изменения с целью проведения в одной линии с печатью еще и сухой припрессовки. Эта рациональная комбинация открыла путь к новым разработкам, к экономичному изготовлению необходимых упаковочных материалов и изделий из них.

Благодаря внедрению способа сухой (без применения растворителей) припрессовки стало возможным с относительно низкими затратами вырабатывать упаковочную пленку в едином технологическом процессе, включающем флексографскую печать.

На рисунке 7 показана комбинированная (узкорулонная) флексографская печатная машина, имеющая секции тиснения, штанцевания (надсечки) и снятия облоя. Эта машина предназначена для изготовления самоклеющихся этикеток.

Использование агрегатов избавляет предприятия от дополнительных технологических операций, транспортировки материала, экономит рабочую силу и сокращает отходы.

Машины флексографской печати в принципе состоят из следующих узлов:

1) печатных аппаратов;

2) красочных аппаратов;

3) лентопитающего устройства;

4) лентопроводящей системы;

5) сушильных устройств;

6) приемного устройства;

7) систем регулирования и управления.

 

Печатный и красочный аппараты представляют собой печатную секцию. Печатные секции являются важнейшим узлом флексографской машины. В современных машинах флексографской печати применяются несколько вариантов печатных секций.

Печатная секция обычно включает печатный цилиндр, формный цилиндр и двух- одноваликовый красочный аппарат.

 

Каждая печатная секция в машине ярусного или линейного построения имеет "собственный" печатный цилиндр. Это, как правило, стальная труба с вваренными по торцам цапфами (рисунок 8). Цилиндр должен быть достаточно жестким, чтобы при нагрузке не иметь прогиба, который препятствует получению равномерного оттиска в пределах ширины машины. В современных машинах величина радиального биения печатного цилиндра не превышает 0,01 мм, в качестве опор используются подшипники качения. Вся поверхность цилиндра тщательно шлифуется и лишь в отдельных случаях хромируется или как-либо еще отделывается. В скоростных машинах печатный цилиндр охлаждается водой с целью сохранения температуры запечатываемого материала и краски на постоянном уровне.

 

Печатный цилиндр планетарного типа изготавливается либо из стали, либо из чугуна специального литья. В современных машинах величина радиального биения не превышает 0,005 мм, конусность - ± 0,004 мм и шероховатость поверхности - 0,002 мм. Для небольших - до 1500 мм диаметром - цилиндров опорами служат высокоточные подшипники скольжения, для больших, очень тяжелых - роликовые подшипники. Как правило, в этом случае имеется система автоматической смазки с масляным насосом и контрольным устройством, обеспечивающая непрерывность масляной пленки в подшипниках и, тем самым, постоянство вращения без биений. Печатные цилиндры изготавливаются с одинарными (рисунок 9) и с двойными стенками (рисунок 10). В обоих случаях необходимо поддерживать постоянную температуру поверхности цилиндра, иначе за счет обогрева сушильным устройством происходит изменение диаметра цилиндра, что вызывает дефекты в печати.

 

Для автоматического поддерживания постоянной температуры (около 32 °С с допуском ± 0,5 °С) используются специальные устройства. В одностенных цилиндрах это осуществляется посредством непрерывного распыления воды внутри цилиндра и последующего ее вакуумного отсасывания. Цилиндры с двойными стенками содержат водоперекачивающее устройство (рисунок 10). В машинах малой ширины и с небольшими диаметрами цилиндров при незначительных тепловых воздействиях от поддержания температурного режима можно отказаться.

В современных флексографских печатных машинах, особенно в высокоскоростных и широких, формные цилиндры представляют собой стальную трубу с вваренными в нее цапфами (рисунок 11). В некоторых случаях, при большой длине оттиска, применяются также формные цилиндры из алюминия. Как правило, конструкция машины предусматривает использование разборных формных цилиндров, которые крепятся на валах при помощи конусов (рисунок 12). В последних конструкциях машин применяются тонкостенные гильзы формного цилиндра, которые с помощью сжатого воздуха насаживаются на легкий конусообразный базисный цилиндр (рисунки 13 и 14).

 

Формный цилиндр с вваренными цапфами обладает обычно наименьшим радиальным биением, которое не должно превышать 0,01 мм. У цилиндров съемных и с гильзами радиальное биение может увеличиваться из-за непрерывного ухода. Почти все цилиндры для скоростных машин подвергаются статической и динамической балансировке, чтобы избежать вибраций и дефектов печати при повышенных скоростях. В качестве опор формных цилиндров используются высокоточные подшипники скольжения или игольчатые подшипники со смещенными рядами игл. Следует обеспечивать хорошую и непрерывную смазку подшипников. Многие выпускаемые машины оборудуются системой централизованной смазки.

 

Все цилиндры для облегчения крепления на них печатных форм снабжены продольными и поперечными пазами. Для печатания специальных, главным образом непрерывных, изображений используются комплекты покрытых резиной или синтетическими материалами формных цилиндров, на поверхность которых наносится изображение, методом гравирования.

 

Формные цилиндры должны быстро и легко заменяться, чтобы время простоя машины при смене печатной формы было непродолжительным. С учетом этого большое значение приобретает простота обслуживания подшипниковых замков. Все современные флексографские печатные машины оснащены подъемными механизмами с целью облегчения работы обслуживающего персонала при смене формных цилиндров.

Диаметр формного цилиндра, включая толщину липкой ленты и печатной формы, определяет длину оттиска. Толщины используемых печатных форм могут быть различными, что необходимо учитывать при заказе оборудования. Поскольку диаметры формных цилиндров могут меняться, чтобы изменять длину оттиска, также необходимо учитывать при приобретении машины параметры зубчатых шестерен для формного цилиндра и приводочных шестерен. Обычно величина шага по длине печати может составлять около 5 или10 мм. Между диаметром формного цилиндра, числом зубьев и длиной оттиска имеется четкая взаимосвязь.

 

Конструкция красочного аппарата флексографских печатных машин определяется прежде всего свойствами печатных красок - их поведением при транспортировке от красочного ящика до печатной формы. Краски, применяемые в флексографской печати, как правило, имеют низкую вязкость и не образуют коагуляционные структуры. Их вязкость постоянна и составляет около 0,1 Па.с, т. е. близка к вязкости воды. Отсюда и простота конструкции красочного аппарата, что в значительной мере снижает стоимость флексографских печатных машин по сравнению с машинами высокой и офсетной печати.

Красочный аппарат флексографской машины, в принципе, состоит из красочной ванны (резервуара) и одного или двух валов.

 

Двухваликовый красочный аппарат является наиболее используемым в машинах флексографской печати. Он относительно прост в обслуживании и установке, обладает большой технологической гибкостью и удовлетворяет требованиям процесса печатания. Традиционный двухваликовый красочный аппарат устанавливается на станинной или консольной опоре, где крепятся растрированный и дукторный валы (рисунок 15). В большинстве случаев там же крепится и приспособление для установки красочной ванны. При замене формного цилиндра (если требуется другая длина оттиска), а также для регулирования прижима растрированный и дукторный цилиндры с помощью угловых подставок и механических, гидравлических или электрических устройств в горизонтальном положении подводятся к формному цилиндру, либо отводятся от него.

Привод формного цилиндра и красочных валиков осуществляется с помощью шестерен. При остановках машины, когда печатание не ведется, формный цилиндр должен быть отведен от печатного цилиндра и, соответственно, от полотна запечатываемого материала, чтобы оно не прилипало к печатной форме. Это достигается передвижением формного цилиндра в горизонтальной или вертикальной плоскости. Одновременно он перестает вращаться и выводится из контакта с растрированным валом, чтобы избежать попадания краски на форму (рисунок 16).

 

В это время, а также при других остановках машины краска в красочных аппаратах не должна засыхать, поэтому дукторный и растрированный валы должны продолжать вращение, что обеспечивают индивидуальные для каждого красочного аппарата электрические и гидравлические двигатели. Достаточно часто на флексографских печатных машинах, работающих со скоростями до 300 м/мм, устанавливается один электромотор, и привод дукторного и растрированного валиков в процессе печатания производится от машины через сменные шестерни с передаточными отношениями от 1:1 до 1:4. Это делается для достижения определенного раската краски и снижения скорости вращения дукторного вала с целью ограничения или устранения разбрызгивания краски.

Окружная скорость растрированного вала всегда должна быть равной скорости поверхности печатной формы на формном цилиндре. На высокопроизводительных машинах и для привода валов при остановке машины и в процессе печатания применяются гидравлические двигатели. На рисунке 17 показан привод валов в планетарном печатном аппарате.

 

В последнее время все больше флексографских печатных машин поставляются оснащенными так называемыми обратными камерными ракелями.

Преимущества такой красочной камеры: равномерная подача краски по всей длине растрированного вала при небольшом давлении, незначительная циркуляция краски, минимальное испарение растворителя, так как система за крытая, возможность простой и быстрой смывки при смене краски.

 

Выполняя функцию обратного ракеля, это устройство обеспечивает точно дозированное стабильное нанесение краски (и при различных скоростях машины), а также уменьшение расхода краски.

Важным элементом красочного аппарата флексографской печатной машины является анилоксовый растрированный вал, который должен иметь строго определенные размеры. Анилоксовый вал представляет собой металлический или металлокерамический цилиндр, вся баковая поверхность которого равномерно покрыта одинаковыми углубленными ячейками. В настоящее время используются несколько способов создания растровых ячеек на его поверхности: молетирование, при котором на поверхности вала под большим давлением одновременно накатывается много ячеек; гравирование (рисунок 18), когда каждая растровая ячейка гравируется отдельно с помощью алмазной головки; химическое травление; электронное гравирование на гелиоклишографе (рисунок 19), при этом резец делает ячейки в слое меди, а при изготовлении валов с керамическим покрытием - лазерное гравирование (рисунок 20).

Если при подаче краски ее количество соответствует объему всех ячеек, т. е. краска будет находиться только в углублениях, на печатную форму будет подано точно определенное количество краски, одинаковое на все печатающие элементы.

 

Поскольку в реальных условиях могут воспроизводиться самые разнообразные изображения, а для печатания могут быть использованы различные материалы, то возникает необходимость в применении анилоксовых валов с различными характеристиками и различной краскоемкости.

 

Количество подаваемой анилоксовым валом краски определяется формой, величиной и количеством ячеек на единицу поверхности вала. Ячейки могут иметь различную форму, например, пирамиды, усеченной пирамиды, полусферы и др. (рисунок 21). Гравированные ячейки могут быть расположены под углом 45 ° и 60 ° по отношению к образующей, что необходимо учитывать для предотвращения образования на оттисках муара.

 

Параметрами анилоксового вала являются:

1) линиатура (линий/см или линий/дюйм);

2) шаг (мкм);

3) ширина ячейки (мкм);

4) ширина перемычки (мкм);

5) глубина ячейки (мкм).

 

Важным параметром вала также является отношение объема ячеек к площади вала - краскоемкость или теоретический объем (смі/мІ), т. е. даже при одинаковой линиатуре объем ячеек может быть различным (рисунок 22). Параметры некоторых анилоксовых валов представлены в таблице 1.

 

В реальных условиях не вся краска переходит из ячеек анилоксового вала, а лишь 40-60 % - при выборе анилоксового вала следует учитывать это обстоятельство. При выборе анилоксового вала взаимосвязывают его характеристики с характеристиками печатной формы, со свойствами печатных красок и запечатываемого материала, параметрами печатного процесса, придерживаясь следующих рекомендаций (таблица 2).

Анилоксовый вал в процессе печатания прижимается к печатной форме с определенным давлением, что позволяет переходить краске на форму. Печатная форма и ее элементы не должны проникать и вдавливаться в ячейки анилоксового вала. Поэтому линиатура воспроизводимого на печатной форме изображения должна быть меньше линиатуры анилоксового вала в 5-8 раз. Это зависит от величины минимальной растровой точки в высоких светах на печатной форме.

 

Борис Сорокин