دستیابی به ویسکوزیته مناسب برای جوهرهای فلکسو در هنگام کار با ماشینهای چاپی که سرعت آنها بیش از 400 متر در دقیقه است، بسیار حیاتی است. بیشتر جوهرهای پایه حلال در محدوده 50 تا 150 سانتیپواز به خوبی کار میکنند، این محدوده نقطه شیرینی است که در آن جوهرها به خوبی جریان مییابند اما هنوز رنگدانهها را نگه میدارند و اجازه نمیدهند تهنشین شوند. جوهرهای فوتواکتین (UV) نیازمند رقیقتر هستند، معمولاً بین 80 تا 200 سیپی، تا اینکه قبل از زمان لازم، شروع به پخت روی غلطکهای ماشین چاپ نکنند. گزینههای پایه آبی در ویسکوزیتههای پایینتر بهتر عمل میکنند، حدود 20 تا 80 سیپی، این اجازه را میدهد که به سرعت در فیلمهای پلاستیکی نفوذ کنند چون این مواد نمکشی چندانی ندارند. مطالعات منتشر شده توسط MDPI در سال 2020 نشان دادند که خروج از این محدودههای پیشنهادی باعث ایجاد مشکلاتی در افزایش بهره گرفتن از دانههای چاپی (dot gain) به میزان 15 تا 25 درصد میشود، که این موضوع به شدت روی وضوح چاپ نهایی تأثیر میگذارد.
کاهش برش به طور کلی زمانی اتفاق میافتد که یک ماده با اعمال نیرو، کمتر چسبناک یا روانتر شود. این خاصیت به جوهرهای فلکسوگرافی اجازه میدهد تا بدون اینکه شکل خود را از دست بدهند، به راحتی از تجهیزات چاپ با سرعت بالا عبور کنند. برای مثال میتوان به جوهرهای UV فلکسو اشاره کرد که تحت نیروهای برشی بیش از 5000 بر ثانیه، ضخامت خود را معمولاً تا 40 تا 60 درصد کاهش میدهند. این موضوع تفاوت بزرگی در تولید خطوط پاک و واضح ایجاد میکند و همچنین باعث کاهش پاشش ناخواسته جوهر میشود که زمانی که ماشینهای چاپ با سرعتی بیش از 600 متر در دقیقه کار میکنند، مشکلساز میشود. بر اساس برخی آزمایشهای اخیر منتشر شده در ساینسدایرکت سال گذشته، چاپکارانی که خاصیت کاهش برشی جوهر خود را به خوبی تنظیم میکنند، در مقایسه با جوهرهای استاندارد، در مجموع حدود 18 درصد کمتر از مواد کمکی هدر میدهند.
برای چاپ فلکسو با سرعت بالا به خوبی کار کند، نیاز به کارکرد هماهنگ تمام اجزا دارد که شامل سیستم اندازهگیری جوهر، مشخصات مناسب رول آنیلاکس و پلیتهای با کیفیت میشود. وقتی چاپکاران از رولهای آنیلاکس با تراکم 250 تا 400 خط در اینچ همراه با تیغههای داکتر دosedار استفاده میکنند، مشکلات ناشی از تغییر در ویسکوزیته جوهر حدود 30 درصد کاهش مییابد. این امر ضخامت فیلم جوهر را بهطور نسبی ثابت نگه میدارد، بهطوریکه در بیشتر موارد در محدوده مثبت یا منفی 0.1 میکرومتر باقی میماند. آزمایشهای میدانی که در چندین واحد چاپ انجام شده، نکته جالبی را نیز آشکار کردهاند. جوهرهای پایه آبی که در ضخامت حدود 12 تا 15 میکرومتر استفاده میشوند، حتی در سرعتهای چاپ تا 450 متر در دقیقه، کنترل بهتری بر گسترش نقطه دارند و میزان آن زیر 8 درصد قرار میگیرد. این نتیجه بسیار بهتر از چاپگاههای غیربهینهشده است که گسترش نقطه میتواند به 22 درصد هم برسد. هماهنگی خواص جوهر با نحوه کار پرس چاپ تفاوت قابلملاحظهای ایجاد میکند. بیشتر تولیدکنندگان گزارش میدهند که یکنواختی رنگ در طول سرعتهای بالا و در دوارة تولید طولانی، در محدوده کمتر از 2 درصد تغییر باقی میماند.
نحوه فرمولبندی جوهر تاثیر زیادی روی سرعت خشکشدن آن و کارایی کلی ماشین چاپ دارد. این موضوع عمدتاً به نوع رزینهای مورد استفاده، سرعت تبخیر حلالها و تعادل افزودنیهای مختلف بستگی دارد. توسعههای اخیر نشان میدهند که سیستمهای مبتنی بر حلال جدید از رزینهایی با ویسکوزیته پایین استفاده میکنند که حلالهای خود را حدود 22 درصد سریعتر از فرمولهای قدیمیتر آزاد میکنند، مطابق گزارش روندهای بستهبندی 2023. جوهرهای پایه آبی پیشرفتهای بیشتری داشتهاند و به دلیل داشتن پلیمرهای با pH پایدار، زمان خشکشدنی حدود 35 درصد سریعتر را به دست آوردهاند. این دستاوردها به این معنی است که احتمال جمعشدن جوهر در سرعتهای بالای 400 متر در دقیقه بسیار کمتر است. کارگاههای چاپ میتوانند شیفتهای 8 ساعته را بدون وقفه ادامه دهند، چرا که ضایعات ناشی از مشکلات خشکشدن امروزه به کمتر از نیم درصد کاهش یافته است.
آخرین دستاوردهای تکنولوژی UV، پرتو الکترونی (EB) و LED باعث انقلاب در نحوه جامد شدن جوهرها به صورت شیمیایی و تقریباً فوری به وسیله نور شده است. در مورد چاپ فلکسو UV، این جوهرها معمولاً پس از تابش امواج نوری در محدوده 200 تا 450 نانومتر، در عرض تقریباً نیم ثانیه پیوندهای قوی ایجاد میکنند. این امر به چاپکاران اجازه میدهد تا مواد را با سرعت 750 متر در دقیقه تولید کنند، بدون اینکه به لایه زیرین آسیب برسد یا تغییر شکل دهد. از نظر کارایی، سیستمهای LED مصرف انرژی کمتر از 60 درصد نسبت به لامپهای جیوهای قدیمی دارند، طبق تحقیقات انجام شده توسط RadTech در سال 2024. همچنین مزیت دیگری با تکنولوژی EB وجود دارد، زیرا این روش به هیچگونه ماده شیمیایی محرکه نیازی ندارد، که این امر باعث میشود به ویژه برای بستهبندی مواد غذایی که دارای مقررات ایمنی بسیار سختگیرانه هستند، مناسب باشد.
درست کردن خشک کردن حرارتی نقش بزرگی در چاپ فلکسو با جوهرهای پایه حلال با سرعت بالا ایفا میکند، بهویژه اگر بخواهیم در چارچوب مقررات سختگیرانه محیطزیست بمانیم. بسیاری از ماشینهای چاپ امروزی دارای سیستمهای خشککننده هوشمندی هستند که به آنها اکسیدکنندههای حرارتی بازیابیکننده یا به اختصار RTO گفته میشود. این سیستمها توانایی بازیابی حدود 85 درصد از گرما را از گازهای خروجی دارند. دلیل خوب بودن این روش این است که تقریباً تمام VOCها را با راندمانی برابر با 99.9 درصد از بین میبرد، همچنین هزینههای انرژی را به میزان 18 تا 22 دلار در ساعت کاهش میدهد، مطابق گزارشهای صنعتی منتشر شده در سال گذشته. و قسمت خوب این است که این سیستم حتی در سرعتهای بالای 600 متر در دقیقه هم کارایی خوبی دارد و بدون هیچ مشکلی تمام استانداردهای انتشار اتحادیه اروپا را رعایت میکند.
جوهرهای فلکسو به خوبی به پلاستیکهای با انرژی سطحی پایین که به سختی چسبندگی میکنند، مانند پلیاتیلن با کشش سطحی حدوداً 35-38 mN/m و پلیپروپیلن با کشش سطحی حدوداً 29-31 mN/m میچسبند، زیرا شیمی رزینهای آنها به صورت خاص طراحی شده است. وقتی ما نحوه عملکرد این جوهرها را در مقایسه با کاغذ یا مقوا بررسی میکنیم، مشاهده میشود که پلاستیکها به جای چسبندگی مکانیکی به پیوندهای شیمیایی واقعی نیاز دارند. به همین دلیل، فرمولهای جدید جوهر اغلب شامل پلیاورتانهای اصلاحشده هستند که در واقع پیوندهایی با مولکولهای پلاستیک تشکیل میدهند. برخی از تولیدکنندگان پیشرفتهای خوبی نیز با رزینهای بر پایه آکریلات داشتهاند. این رزینها میتوانند زاویه تماس را به حدی کاهش دهند که جوهر حتی بدون انجام درمان کورونا به خوبی روی سطح پخش شود. تحقیقات انجامشده در مورد چسبندگی چاپ فلکسو این موضوع را تأیید کردهاند که این روش در عمل در کاربردهای مختلف به خوبی عمل میکند.
فاکتور | دامنه هدف | تأثیر روی چسبندگی |
---|---|---|
انرژی سطحی (پس از درمان) | ≥40 mN/m | پخش جوهر و ایجاد پیوند را فراهم میکند |
دوز کورونا | 8–12 W·min/m·² | سطح را اکسیده کرده و گروههای قطبی تشکیل میدهد |
گذار شیشهای رزین (Tg) | -10°C تا 25°C | تعادل بین انعطافپذیری و مقاومت در برابر گرما را فراهم میکند |
وقتی پلیپروپیلن تحت درمان کورونا قرار میگیرد، انرژی سطحی آن به حدود 45-50 mN/m افزایش مییابد، زیرا این فرآیند گروههای هیدروکسیل و کربونیل را به سطح اضافه میکند. این امر باعث میشود مواد به راحتی با یکدیگر پیوند شیمیایی برقرار کنند. در مورد چاپ فلکسو با پایه آبی، سازندگان اغلب از کوپلیمرهای آکریلیک استفاده میکنند که عدد اسیدی بین 80 تا 120 میلیگرم KOH در هر گرم دارند. این مواد از طریق تعاملهای هیدروژنی پیوندهای قویتری ایجاد میکنند. سیستمهای پایه حلال روش کاملاً متفاوتی را در پیش میگیرند. آنها معمولاً اجزای پلیاستر و پلیاورتان را ترکیب میکنند که حدود 20 تا 35 درصد از ماده دارای گروههای هیدروکسیل است. وقتی این ترکیبات با سفتکنندههای ایزوسیانات در حین واکنش پخت ترکیب میشوند، فیلمهای بسیار مقاومی تولید میشود که عمر طولانیتری روی سطوح چاپی دارند.
جودایی فلکسو بهطور کلی به خوبی به موادی مانند PET/PE و لایههای BOPP/CPP میچسبد و با استفاده از روشهای دوگانه پخت ویژه، میزان چسبندگی خود را در حدود 4B طبق استاندارد ASTM D3354 حفظ میکند. نسخههای UV فلکسو هم قابل توجه هستند و حتی پس از سه روز در معرض شرایط 60 درجه سانتیگراد و رطوبت 95 درصد همچنان تقریباً 98 درصد از چسبندگی خود را حفظ میکنند. این امر به دلیل ایجاد ارتباطات شبکهای با پوششهای اکستروژن انجام میشود. در مورد جوادایی نیتروسلولز پایه حلال، این مواد در کیسههای ریتورت بسیار خوب عمل میکنند. آنها میتوانند بیش از 500 بار تست خمش را بدون شکستن پشت سر بگذارند که این امر بسیار قابل توجه است. این اتفاق به این دلیل رخ میدهد که رزینها انعطافپذیری دقیقی دارند و مدول الاستیک آنها در دمای اتاق بین 1.2 تا 1.8 گیگاپاسکال است.
بدست آوردن نتایج خوب از چاپ با سرعت بالا به معنی تطبیق صحیح ویسکوزیته جوهر با نحوه کار دستگاه چاپ است. تحقیقات اخیر در زمینه رئولوژی نشاندهنده چیزی جالب در مورد جوهرهای UV فلکسو است. وقتی این جوهرها در محدوده 90 تا 120 سانتیپواز قرار دارند، بهترین عملکرد را با غلطکهای آنیلوکس بین 600 تا 1,200 خط بر اینچ دارند، مطابق یک مطالعه از سال گذشته. چه چیزی باعث اثربخشی این ترکیب میشود؟ نحوه رفتار جوهرها در برابر تنش برشی و کاهش ویسکوزیته آنها اجازه میدهد تا جوهر بهخوبی در زمانی که صفحات چاپ به سرعت با هم درگیر میشوند، به خوبی جریان یابد. در عین حال، لبههای تمیز و نقاط تیز حفظ میشوند که در بازتولید تصاویر یا متنهای دقیق بسیار مهم است.
هنگام کار در سرعتی بیش از 600 متر در دقیقه، حلال باید با سرعتی بیشتر از 0.8 گرم در متر مربع در ثانیه تبخیر شود تا از مشکلات انتقال جلوگیری شود. بر اساس گزارش سال گذشته Packaging Frontiers، سیستمهای جدید رزینی توانستهاند مشکلات مربوط به میست (ذرات ریز معلق) جوهر را تا حدود 42٪ کاهش دهند. این سیستمها به دلیل ایجاد پیوندهای قویتر بین ذرات بهتر کار میکنند، به طوری که جوهر تحت نیروهای چرخشی شدید در حین چاپ دچار پراکندگی نمیشود. فرمولهای هیبریدی جدید موفق به ترکیب خواص خشکشوندگی سریع با پایداری مناسب مایع شدهاند. این موضوع به معنای حفظ کیفیت خروجی است، حتی زمانی که چاپگرها ماشینها را به حداکثر سرعتهای بالا میرسانند و بدون کاهش در یکنواختی در طول چاپهای طولانی، کار کنند.
یکی از شرکتهای بزرگ تولیدکننده نوشابههای گازدار بهتازگی به تقریباً ۹۸.۶٪ زمان کارکرد دستگاه دست یافته است، زمانی که این شرکت به این جوهرهای فلکسوگرافی خاص هیبریدی که از UV و حلالهای پایهای تشکیل شدهاند و با سرعت تقریباً ۶۱۰ متر در دقیقه کار میکنند، تغییر کرده است. رویکرد جدید دوگانه آنها در زمینه خشککننده، مصرف انرژی کوره را تا حدود ۳۷٪ کاهش داده است، که با توجه به اینکه در طول شیفتهای ۱۸ ساعتی رنگها همچنان تفاوتی کمتر از ۰.۳٪ داشتهاند، قابل تحسین است. این موضوع نشان میدهد که وقتی تولیدکنندگان وقت بگذارند تا جوهرهای خود را بهدرستی با قابلیتهای چاپگر تطبیق دهند، میتوانند با سرعتهای بسیار بالا کار کنند و بدون نگرانی از رنگهای منحرفشده یا مشکلات مربوط به مواد مختلف، کار خود را انجام دهند. نتیجه چیست؟ یکپارچهسازی هوشمندانه است که تفاوت را بین سادهگذراندن کار و واقعاً موفقبودن در تولید ایجاد میکند.
با بهبودهای ایجاد شده در تکنولوژی رزین و روشهای خشککننده مادون قرمز، جوهرهای فلکسو پایه آبی امروزی میتوانند سرعت خشکشدن جوهرهای پایه حلال را به راحتی پی بگیرند. برخی فرمولهای جدید نیز عملکرد بسیار خوبی دارند؛ آنها در کمتر از 0.3 ثانیه روی فیلمهای پلیاتیلن خشک میشوند و در مقایسه با نسخههای قدیمی، حدود نصف مواد شیمیایی مضر را به هوا آزاد میکنند، مطابق گزارش اخیر صنعتی با عنوان «راهکارهای چاپ پایدار» از سال 2024. تلاش برای تولید محصولات سبزتر نیز به نظر میرسد مؤثر بوده است. تنها در سال گذشته، بازار اروپایی این نوع جوهرها طبق اعداد منتشر شده از پیشبینی دادههای بازار در سال 2024، حدود 11 درصد رشد سالانه داشته است.
امروزه تولیدکنندگان بیشتری به سیستمهای پخت ترکیبی روی میآورند که تکنولوژیهای UV، EB و LED را با هم ترکیب میکنند، چرا که این سیستمها باعث صرفهجویی در هزینههای انرژی و همچنین رعایت مقررات در حال تغییر میشوند. به عنوان مثال، سیستمهای UV-LED که در سرعتی حدود 450 متر در دقیقه کار میکنند، مصرف انرژی را به میزان تقریباً 40 درصد نسبت به لامپهای قدیمی جیوهای کاهش میدهند. و سپس EB پخت میآید که از استفاده از فتواینیشیتورها میپرهیزد، این موضوع آن را به گزینهای عالی برای مواد بستهبندی مواد غذایی که نمیتوانند در معرض مواد شیمیایی قرار گیرند تبدیل میکند. قسمت خوب این است که این سیستمهای ترکیبی روی انواع مواد از جمله فیلمهای BOPP و پلاستیکهای PET بدون کاهش سرعت تولید به خوبی کار میکنند.
جورهای هوشمند امروزه در صنعت چاپ موجهایی را به وجود آوردهاند. منظور چیزهایی مثل جوهرهای امنیتی تغییررنگی و فرمولهای خاصی هستند که با کدهای QR کار میکنند. این جوهرها اکنون به دستگاههای چاپ کنترلشده ابری متصل شدهاند، به طوری که چاپکاران میتوانند تنظیمات را به صورت پروازی در حین تولید سریع اصلاح کنند. برخی پروژههای آزمایشی نشان دادهاند که استفاده از سیستمهای هوش مصنوعی میتواند منجر به کاهش حدود 15 درصدی هدررفت جوهر شود، سیستمهایی که در واقع حدس میزنند چاپگاهها در چه زمانی فعال خواهند شد. ترکیب کلی فناوری دیجیتال و روشهای سنتی چاپ، به چاپگرهای فلکسو لبهای واقعی میدهد تا در دستاندازهایی با الزامات داده متفاوت، بدون کاهش چندانی در سرعت، کار کنند. بیشتر تنظیمات همچنان میتوانند با سرعتی نزدیک به 800 متر در دقیقه کار کنند، حتی با وجود تمام این ویژگیهای هوشمند.
محدوده ویسکوزیته پیشنهادی برای جوهرهای فلکسو با توجه به نوع آن متفاوت است: جوهرهای پایه حلال باید بین 50 تا 150 سانتیپواز، جوهرهای قابل پخت با UV بین 80 تا 200 سانتیپواز و جوهرهای پایه آبی بین 20 تا 80 سانتیپواز باشند.
رفتار برشی از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا این امکان را فراهم میکند که جوهرها براحتی از تجهیزات چاپ سریع عبور کنند بدون اینکه شکل خود را از دست بدهند، که این امر چاپهای دقیق را تضمین میکند و میزان ضایعات را کاهش میدهد.
سرعت خشک شدن جوهر تحت تأثیر زیادی از فرمولبندی آن قرار دارد، بهویژه نوع رزینها، حلالها و افزودنیهایی که در آن استفاده میشوند، که میتوانند بهرهوری ماشین چاپ را تحت تأثیر قرار دهند و زمان خشک شدن را کوتاهتر کنند.
سیستمهای پخت ترکیبی که تکنولوژیهای UV، EB و LED را با هم ترکیب میکنند، بهرهوری بالاتر، مصرف انرژی کمتر و انطباق با مقررات محیط زیستی را فراهم میکنند و در نتیجه برای عملیات چاپ با سرعت بالا بسیار مفید هستند.