افست UV ماشین ها, مرکب ها و خشک کن ها

آشنایی با توسعه فن آوری های چاپ یووی در ماشین های ورقی

چاپ UV نسبت به چاپ افست معمولی به همان نسبت که گرانتر است مزایای فراوانتری دارد. ورود به چاپ UV در درجه اول یک تصمیم استراتژیک است که برای شخص این امکان را فراهم می‌کند که به قسمت‌های جدیدی از بازار و خریداران دسترسی داشته باشد. در بخش بسته‌بندی - که قسمت عمده‌ای از این بازار محسوب می‌شود- کسانی که حاضر به پرداخت بهای اضافی جهت قابلیت‌های چاپ UV و افکت‌های حاصل از آن باشند، مشتری بالقوه به شمار می‌روند.

نقش ارزش افزوده چاپ یووی با افزایش تنوع محصولات چاپی و با استفاده از طراحی‌های گوناگون بر روی سطوح چاپی مختلف (نظیر افکت‌های گوناگون و چاپ متالیک و چاپ بر روی انواع فویل‌ها و پلاستیک‌ها و همچنین انواع پوشش‌های مات و براق) در پایان کار، مشخص می‌شود. به این ترتیب می‌توان گفت که افست ورقی UV با چاپ بر روی طیف وسیعی از سطوح و جنس‌های مختلف، از ارزش افزوده قابل توجهی برخوردار می‌شود.

● انواع مرکب و روش خشک شدن آنها

چگونگی خشک شدن مرکب در انواع روش‌های چاپی، از اهمیت بسزایی برخوردار است. در چاپ افست معمولی با مرکب‌های رایج، خشک شدن مرکب از طریق اکسیداسیون آن و در مجاورت هوای محیط اتفاق می‌افتد که این به ماهیت مرکب و فرمولاسیون آن بستگی دارد. در این روش از چاپ، مرکب‌ها بسته به نوع مرکب و سطح چاپ شونده و شرایط محیط، مدت زمانی را جهت خشک‌شدن نیاز دارند.

از یک سو می‌توان به مرکب‌هایی اشاره کرد که با قرار گرفتن در معرض اشعه مادون قرمز (Infra-‌Red) عمل خشک شدنشان اندکی تسریع می‌شود. البته مرکب‌های پایه آب و همچنین پوشش‌های ورنی پایه آب در این روش مورد استفاده قرار می‌گیرند. باید توجه داشت که این مرکب‌ها در حالت عادی نیز بعد از گذشت زمان معینی خشک می‌شوند اما گاهی بنا به نیاز - اغلب به خاطر حجم زیاد مرکب بر روی سطح چاپ شونده - اپراتورها از لامپ‌های IR جهت تسریع خشک‌شدن و جلوگیری از پشت زدن کار استفاده می‌کنند. این نکته لازم به ذکر است که چاپکاران گاهی بر این باورند که از هر مرکبی می‌توان جهت چاپ با سیستم خشک کن IR استفاده کرد، در صورتی که اگر مرکب، پایه آب (Water Base) نباشد، نه تنها به خشک شدن آن کمک نمی‌کند بلکه نتیجه عکس حاصل خواهد شد.

نسل دیگری از مرکب‌ها که چندین سال پیش روانه بازار شده و به صورت تجاری عرضه می‌شوند، مرکب‌های UV هستند که توسط لامپ‌های UV خشک می‌شوند.

● مرکب UV چیست؟

فرمولاسیون این مرکب‌ها به نحوی است که تنها با تابش اشعه ماورا بنفش (UV) خشک می‌شوند. در واقع تابش اشعه UV باعث ایجاد واکنش‌هایی در پیوندهای سطحی مرکب شده و عمل خشک شدن به سرعت انجام می‌شود.

بزرگترین چالش در این روش چاپ، بالانس بین آب و مرکب است، زیرا که این محدوده بسیار باریک است و مرکب UV بسیار گران‌تر از مرکب معمولی چاپ است و برای یک راندمان بالا و سودآوری مناسب، شما نیاز به دانش فنی و تجربه فراوان دارید. شناخت واکنش‌های مختلف مرکب نسبت به تابش اشعه، مقادیر مختلف جذب اشعه نسبت به رنگ‌های گوناگون و انواع مختلف مرکب‌ها، مرکب سفید، رنگ‌های تفکیکی، ترانسپارنت و... نیاز به تخصص و تجربه دارد. برای مثال رنگ‌های تفکیکی زرد (Y)، ماژنتا (M) و سایان (C) زودتر و با انرژی کمتری خشک می‌شوند، در مقابل رنگ مشکی (K)، سفید و نقره‌ای انرژی بیشتری جهت خشک شدن نیاز دارند.

مرکب‌های UV مقدار قابل توجهی انرژی جهت شروع واکنش برای انجام عمل خشک شدن نیاز دارند ولی بر خلاف خشک‌کن‌های IR (مادون قرمز) یا خشک‌کن‌های گازی در ماشین‌های Web، گرما عامل خشک شدن مرکب نیست.

در سیستم UV این آغازگر واکنش شیمیایی است که باعث پلیمریزه شدن مرکب و شکل گرفتن سریع پیوندهای سطحی در سرتاسر قشر مرکب و در نتیجه خشک شدن آن می‌شود. انرژی نورانی مربوط به طول موج اشعه UV باید به طور یکنواخت و ثابت و در طول پروسه چاپ به سطح چاپ شونده منتقل شود.

● انواع مرکب UV

دو نوع سیستم مرکب UV وجود دارد که هر دو می‌توانند در ماشین‌های مختص UV و یا در ماشین‌های دو منظوره استفاده شوند.

۱) Classic UV Ink :

نوع تکامل یافته و قابل پیش‌بینی بوده که از سال ۱۹۷۰ به‌طور پیوسته توسط چاپخانه‌داران مصرف می‌شود. این مرکب‌ها چه همراه پوشش و چه بدون استفاده از پوشش‌های ورنی قابل استفاده هستند و همچنین بر روی طیف وسیعی از سطوح و جنس‌های متفاوت قابل چاپ هستند. ماشین چاپ نیز به‌طور اختصاصی جهت چاپ UV ساخته شده است که از مواد اولیه مشخص جهت کارآیی و راندمان بهینه در تولید آن استفاده می‌شود.

۲) (hybrid) Non Classic۱UV

این مرکب‌ها دوگانه‌اند. البته بایستی با یک پوشش ورنی UV در حین چاپ استفاده شوند. این مرکب‌ها در بعضی موارد می‌توانند با نوردهای افست معمولی نیز استفاده شوند ولی بعضی از انواع مرکب نیز نیاز به لاستیک و نوردهای مخصوص (Combi) دارند.

خشک کن‌های UV یا هوای گرم/‌‌ IR نیز در انتهای ماشین و پس از آخرین واحد چاپ مورد نیاز است.

البته گاهی بسته به پوشش مرکب و سرعت ماشین، استفاده از خشک‌کن‌های بین برج‌های ماشین چاپ نیز ضروری به نظر می‌رسد.

● انواع ماشین‌های چاپ UV

ماشین‌های چاپ UV به طور اختصاصی فقط برای چاپ UV طراحی و ساخته می‌شوند، یا دو منظوره هستند که برای چاپ افست UV یا چاپ افست معمولی قابل استفاده باشند.

در ماشین‌هایی که فقط چاپ UV انجام می‌دهند، زمانی صرف شستن ماشین برای تعویض مرکب نمی‌شود، زیرا مرکب UV در معرض هوا روی نوردها خشک نمی‌شود و انجام یک پروسه (یعنی چاپ با مرکب UV) راندمان تولید را بالا می‌برد. البته در این نوع چاپ، هزینه مرکب و مواد اولیه بالاتر از مرکب معمولی است.

در ماشین‌های هیبرید که هر دو نوع سیستم استفاده می‌شود یعنی هم مرکب‌های معمولی (پایه روغنی) و هم مرکب‌های UV، نوردها هر بار برای کارهای مختلف باید تنظیم شوند و برای تعویض مرکب‌ها به‌طور کامل شسته شوند که این تعویض‌ها علاوه بر زمان زیادی که صرف آن می‌شود، کاری دشوار است. این نوع ماشین‌ها برای انواع چاپ تجاری و بسته‌بندی و بر روی تمام سطوح، قابل استفاده و مطلوب هستند. با توجه به جدید بودن این نوع ماشین، جا دارد توضیحات بیشتری در این‌باره ارایه شود.

● سیستم هیبرید

سیستم چاپ افست به روش UV با رونق گرفتن مرکب‌های هیبرید و بهسازی سیستم‌های پوشش ورنی می‌روند که جای خود را در سیستم افست ورقی بازتر کنند. پیش از این، چاپ UV به چاپکاران جسور و پر تلاش و با تجربه محول می‌شد که با مشکلات فراوان و صرف زمان و انرژی بسیار و کسب تجارب ارزشمند تا حدودی به نتیجه دلخواه نایل می‌شدند ولی امروزه این فرایند یعنی پروسه چاپ UV، تا حدود زیادی با اتوماسیون همراه شده و مراحل مختلف آن قابل پیش‌بینی شده است. بسیاری از چاپکاران افست ورقی اولین تجربه‌شان را در زمینه چاپ UV در قالب واحد پوشش UV فلکسو در انتهای ماشین چاپ تجربه کرده‌اند. ولی با ورود مرکب‌های UV هیبرید، چاپ UV شهرت بیشتری یافت. نسل اول مرکب‌های یووی هیبرید، مخلوطی از مرکب‌های معمولی و اجزای UV بودند (به همین دلیل به آن «هیبرید» به معنای دوگانه یا مختلط گفته شد) که حاوی آغازگرهای نوری (Photo initiators) به عنوان عنصر اصلی جهت خشک شدن مرکب در اثر تابش اشعه یووی بودند.

امروزه آخرین نسل از مرکب‌های یووی هیبرید با درجه خلوص بالا تولید می‌شود که در آن دیگر اثری از اجزای تشکیل دهنده مرکب‌های معمولی وجود ندارد. اگرچه امروزه واژه «هیبرید» همچنان برای این مرکب‌ها استفاده می‌شود اما این مربوط به سازگاری این مرکب‌ها با نوردها و داروهای استفاده شده برای مرکب‌های معمولی است و ربطی به اجزای تشکیل دهنده مرکب ندارد. این نتیجه تکامل مواد اولیه تشکیل‌دهنده مرکب‌ها است، به همان نسبت که در تهیه پلیت‌ها، لاستیک‌های چاپ، نوردها و مواد شوینده بهبودی حاصل شده، در این مواد نیز ارتقای کیفیت به چشم می‌خورد. تعداد زیادی از چاپکاران بعد از مشاهده مزایای فراوان چاپ با مرکب هیبرید، دیگر سراغ چاپ با مرکب‌های معمولی نرفته‌اند.

سیستم چاپ UV علاوه بر درخشندگی و براقیت فوق‌العاده از یک طرف امکان چاپ بر روی مواد مختلفی نظیر فیلم‌های پلی‌مری نازک تا ورق‌های فلزی ضخیم را به شما می‌دهد و از طرف دیگر امکان جابجایی، برش و دایکات ورق‌های قسمت تحویل ماشین چاپ را بلافاصله بعد از چاپ فراهم می‌سازد که این ویژگی میزان خروجی ماشین را افزایش می‌دهد زیرا دیگر زمانی جهت خشک شدن کار صرف نخواهد شد. جلد مجلاتی که با این سیستم چاپ شده‌اند نیز در مقابل سایش مقاوم‌تر خواهند بود. خلاصه کلام که چاپ UV ورق‌‌های با دوام‌تری تحویل خواهد داد.

● لامپ‌های UV و انرژی گرمایی آنها

یکی از چالش‌های اصلی چاپ UV، کنترل و مهارکردن انرژی حرارتی است که در اثر کار لامپ‌های UV به وجود می‌آید. در «لامپ‌های UV کوارتز» رایج، وقتی برق در مدار جریان می‌یابد، جیوه به پلاسما تبدیل می‌شود که در نتیجه پلاسما اشعه UV از خود ساطع می‌کند. مرکب‌های UV نیاز به دوز شدیدی از انرژی UV دارند که در نتیجه پلیمریزه شده و واکنش شیمیایی که سبب سخت‌شدن مرکب مایع می‌شود در کسری از ثانیه اتفاق افتد. لامپ‌های کوارتز قبل از حرکت ماشین و شروع چاپ نیاز به زمانی جهت گرم شدن دارند. فعال کردن لامپ و زمان شروع چاپ باید با هم هماهنگ شود، اما لامپ‌ها در زمانی که ماشین بر روی چاپ نیست نباید فعال باشند. به همین خاطر تولیدکنندگان سیستم‌های UV انواع مختلفی از روش‌ها را جهت تنظیم خودکار روشن و خاموش شدن آن با شروع و پایان چاپ ابداع کرده‌اند. همچنین لامپ‌های کوارتز مقداری گاز ازن تولید می‌کنند که وارد محیط می‌شود.

● ابـــداع LED (Light Emitting

(Diode، نقطه عطف پژوهش‌ها در ارتباط با سیستم یووی به شمار می‌رود.

استفاده لامپ‌های LED در پرینترهای Ink jet و پرینترهای عریض به عنوان خشک‌کن رایج است. نکته قابل توجه راجع به این لامپ‌ها انرژی بسیار کمی است که در عمل مصرف می‌کنند . این مقدار ۷۰ درصد کمتر از لامپ‌های معمولی است. این لامپ‌ها هیچ گرمایی تولید نکرده و گاز ازن نیز متصاعد نمی‌کنند.

نکته جالب توجه در مورد این لامپ‌ها این است که به سرعت روشن می‌شوند و نیاز به زمانی برای گرم شدن ندارند.

تعدادی از تولیدکنندگان سیستم‌های چاپ UV در حال پژوهش برای تولید لامپ‌های LED-UV هستند. کمپانی Ryobi به زودی این لامپ‌ها را به صورت تجاری به بازار عرضه خواهد کرد. در این پروژه کمپانی مرکب‌سازی Toyo نیز در زمینه تولید مرکب‌های اختصاصی جهت لامپ‌های LED-UV، کمپانی Ryobi را همراهی خواهد کرد. Ryobi در این سیستم از لامپ‌های LED ۳۶۵ نانومتر ساخت شرکت پاناسونیک استفاده می‌کند.

یک لامپ UV حدود ۱۰۰۰ ساعت عمر مفید دارد در صورتی‌که لامپ LED تقریباً ۱۲ برابر آن یعنی ۱۲۰۰۰ ساعت کار خواهد کرد.

در حالت عادی هر سیستم UV، برای هر لامپ ۲۸ کیلووات برق در ۴۰۰ ولت مصرف می‌کند در صورتی که هر LED تنها ۷ کیلو وات در ۲۰۰ ولت مصرف دارد و این بدان معناست که LED ۷۰ درصد برق کمتری مصرف می‌کند.

ایرادی که هم اکنون به لامپ‌های LED-UV وارد است، این است که این لامپ‌ها فقط یک طول موج UV تولید می‌کنند که به‌طور معمول ۳۹۵ یا ۳۶۵ نانومتر است و مرکبی با فرمولاسیون خاص می‌طلبند که با این طیف نوری هماهنگ باشد.

نکته‌ای که هنوز در صحت آن تردید وجود دارد این است که آیا LED-UV می‌تواند انرژی مورد نیاز جهت خشک کردن مرکب سفید و ورنی UV را نیز تأمین ‌کند یا خیر؟

● مقابله با گرمای UV

به خاطر انرژی زیادی که در خلال تابش اشعه UV منتقل می‌شود، حرارت زیادی به وجود می‌آید که باید آن را از بین برد. اگر این حرارت که در زمان چاپ به وجود می‌آید به وسیله یک سیستم خنک‌کننده از بین نرود، سطح چاپ شونده را به حدی گرم می‌کند که در هنگام تماس، دست را می‌سوزاند.

یکی از راه‌های مقابله با این حرارت، استفاده از سیستم آب سرد است که هم ماشین چاپ و هم اطاقک مربوط به لامپ UV را خنک می‌کند. دریچه گردان خودکاری که بر روی لامپ UV تعبیه شده است، در زمانی که ماشین از حرکت می‌ایستد با بسته شدن، سطوح چاپ شونده را در مقابل حرارت ناشی از لامپ UV حفظ می‌کند. جهت کاهش هرچه بیشتر انتقال حرارت به ماشین چاپ، غلاف بیرونی پوشاننده لامپ UV به‌طور کامل با آب سردی که در آن جریان دارد، خنک می‌شود.

رفلکتورها بخش مهمی از سیستم UV را تشکیل می‌دهند. لامپ‌های UV کوارتز بین ۴۵ تا ۵۰ درصد از انرژی UV را به سطح چاپ شونده منتقل می‌کنند، در صورتی که رفلکتورهایی که لامپ UV را احاطه کرده‌اند مابقی انرژی UV را به سطح چاپ شونده هدایت می‌کنند.

کمپانی‌‌های مختلف، روش‌های متعددی را جهت کنترل گرمای ناشی از لامپ‌های یووی به کار می‌برند.

PRI (Printing Research Inc) برای خنک کردن سیستم UV از سیستم آب سرد استفاده می‌کند.

رفلکتورها در بسیاری از سیستم‌هایی که توسط جریان هوا خنک می‌شوند، (مانند Nordson-IST-Gragix-GEW-Eltosh) توسط مواد چندرنگی پوشیده شده‌اند که برای انتقال بهینه انرژی UV به ورق‌های چاپی و همچنین جذب انرژی حرارتی مادون قرمز تولید شده، عمل می‌کنند.

برخی سیستم‌های خاص UV نظیر سیستم Cool Cure متعلق به کمپانی IST برای چاپ و بسته‌بندی محصولاتی که به طور مستقیم با مواد غذایی در ارتباط هستند یا برای موادی مثل پلاستیک‌ها، مایلار (پلی‌استر نازک و محکمی که در ساختن نوار صوتی کاربرد دارد) و فویل که تحمل گرمای ناشی از سیستم UV معمولی را ندارند، طراحی شده‌اند.

با جایگزینی نیتروژن به جای اکسیژن، راندمان کار در پروسه خشک‌شدن مرکب به خوبی بالا می‌رود و انرژی کمتری مورد نیاز است و گرمای انتقال یافته به ورق چاپی به حداقل می‌رسد.

GEW بر این مدعاست که تمام سیستم‌های UV این کمپانی قابلیت ارتقا جهت کارکردن با نیتروژن را دارند.

کمپانی التوش (Eltosh) با سیستم جدیدش به نام Twin Ray UV IF فقط با استفاده از رفلکتور UV و ۲ فرستنده و ۲ لامپ کوچک در یونیت UV، گرما را بیش از ۵۰ درصد کاهش داده است. با این ۲ لامپ که ۳۰۰ وات بر اینچ انرژی تولید می‌کند این امکان فراهم می‌آید که سطوح چاپی حساس به حرارت، بدون کوچکترین تغییر شکلی و بی‌نیاز از هیچ سیستم خنک کننده‌ای، با آخرین سرعت چاپ شوند.

مدل P۳ UV به عنوان نسل سوم از سیستم‌های UV کمپانی AMS شکل خاصی از حالت لامپ‌ها را به شکل بشقابی دوتایی به نمایش گذاشته است که پرتوهای نوری را به نحوی پخش می‌کند که بیشترین تأثیر را با کمترین مصرف انرژی دارند.

میزان اشعه این لامپ‌ها ۴۰۰ وات بر اینچ می‌باشد که چاپکاران اغلب با قدرت ۳۰۰ وات بر اینچ به نتیجه دلخواه خود می‌رسند.

P۳ UV طوری طراحی شده است که ۴۰ درصد کمتر برق مصرف می‌کند و دریچه‌های آن به نحوی طراحی شده‌اند که در برخورد با درجه حرارت بالا و بخار ناشی از پروسه تابش اشعه، فلزات و اجزای داخلی آن از خوردگی ناشی از بخار آب مصون می‌ماند.

کمپانی Nordson به جای استفاده از ۳ لامپ UV با قدرت ۴۰۰ وات از ۲ لامپ با قدرت ۶۰۰ وات استفاده کرده است که این تغییر، انرژی بیشتری را به سطح چاپی منتقل می‌کند و خشک شدن مرکب به‌ویژه در تنپلات‌ها به صورت عمیق‌تر و با دوام‌تری صورت می‌گیرد. در ضمن هزینه‌ها هم پایین‌تر می‌آید یعنی مصرف‌کننده هزینه خرید و نگهداری برای ۲ لامپ را می‌پردازد نه ۳ لامپ.

PRI آخرین تکنولوژی خود را با نام Zone UV Curing System عرضه کرده است.

در این سیستم به جای آب از هوای سرد برای خنک کردن استفاده می‌شود. در این سیستم ۸ عدد لامپ ۱۰ اینچی به صورت خطی به کار گرفته شده‌اند که در این حالت در طول مدت چاپ بنا به نیاز، نوع و ابعاد کار، اپراتور تعداد مشخصی از لامپ‌ها را به دلخواه روشن می‌کند و لازم نیست که همه لامپ‌ها در طول مدت چاپ روشن باشد. این شیوه مقدار زیادی صرفه‌جویی در هزینه به همراه دارد.

کمپانی‌هایی نظیر Grafix و IST در سیستم‌های خود روشی را به کار گرفته‌اند که در هنگام استفاده نکردن از لامپ و در هنگام خوابیدن ماشین، لامپ به حالت Stand by قرار می‌گیرد. در این حالت برون داد آن به کمترین مقدار ممکن می‌رسد که با این روش دیگر نیازی به خاموش کردن لامپ و صرف انرژی فراوان برای گرم کردن مجدد آن نیست.

کمپانی GEW سیستم جدیدش به نام Ebrick را به نحوی طراحی کرده که از امواج (Square-Wave) سود جسته است و در آن، انرژی UV بیشتری از لامپ دریافت می‌کند. در حالی‌که انرژی ورودی به لامپ از انواع لامپ‌های UV معمولی کمتر است، ۳۰درصد انرژی کمتر مصرف شده و ۲۰ درصد اشعه UV بیشتر (با همان میزان ورودی) تولید می‌کند.

بهسازی و اصلاح در طراحی واحدهای خشک کن یووی به چاپکاران کمک کرده که پروسه چاپ را هم با راندمان انرژی بالا و هم با اپراتوری آسان به انجام رسانند.

دکتر محمد رضا رحیمی یگانه

منابع: Graphic Art ۲۰۰۹، i-grafix ۲۰۰۹