Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Технология формной печати

Машины тампонной печати

Возникновение тампопечати

Изначально тампопечать возникла в Швейцарии. Здесь с помощью данного метода наносили изображение на циферблаты всем нам хорошо известных швейцарских часов. Тогда еще эта процедура происходила посредством тампона из желатина, с помощью которого переносили изображение.

В ХХ веке была разработана и запущена первая электрическая машина для тампопечати.

Появившиеся позже тампоны из вулканизированного силикона повлекли за собой всплеск популярности и востребованности тампонной печати, наблюдающийся и по сей день.

В основе принципа тампонной печати лежит метод, напоминающий глубокую печать. Печатное изображение наносится с помощью тампона или роллера.

На данный момент с помощью этого метода запечатывают различные предметы с разными характеристиками структуры и формы (значки, теннисные мячи, шариковые ручки, одежду и т.д.).

Метод «печать по сырому», часто применяемый в тампопечати, позволяет наносить несколько красок одновременно.

Кроме всего прочего, следует отметить, что печать растровых изображений высокого качества, так горячо любимых в век компьютерных технологий, посредством метода тампонной печати не только возможна, но и дает хорошие результаты.

Область применения тампопечати

Тампопечать находит широкое применение в электронной промышленности для маркировки мелкими шрифтами объемных деталей, с самой разнообразной геометрией поверхности (конденсаторов, конструкционных элементов, отдельных узлов и т.п..). В электронике тампопечать нередко является частью технологического процесса или даже включается в поточные линии при изготовлении, например, плат печатного монтажа, декорировании и маркировки готовых изделий. Здесь данная разновидность офсетной глубокой печати, с ее высокой разрешающей способностью имеет большое значение, так как допускает миниатюризацию изображения, недоступную, в частности, для трафаретной печати (шелкографии). Применяется при изготовлении плат когда, например, необходимо сделать очень узкие дорожки.

В приборостроении тампопечать применяется для маркировки деталей электроизмерительных и других приборов, печатания шкал на них. При этом возможно воспроизведение очень тонких штрихов. Особенно пригоден (а по данным некоторых зарубежных фирм, незаменим) способ тампонной печати для нанесения изображения на циферблаты часов, маркировки деталей часов и т.п. Циферблаты запечатывают как обычными, так и светящимися красками.

Способом тампопечати, наряду с шелкографией, запечатывают керамические и стеклянные изделия. Тампопечать используют, например, для декорирования керамической посуды (мисок, тарелок, блюдец и т.д.) и других изделий. При этом печатание осуществляется как на однокрасочных, так и на многокрасочных станках. Стойкость получаемого оттиска к истиранию и царапанью, несмотря на повышенные требования, оказывается довольно высокой. Тампопечать применяют при печатании на разнообразных сувенирах, канцелярских принадлежностях (карандашах, ручках, транспортирах, угольниках и т.д.), зажигалках, пепельницах и т.д.

Таким образом, тампопечать применяют в тех случаях, когда другими способами невозможно или очень сложно наносить изображение - при печатании на неровных (вогнутых, выпуклых, ступенчатых и т.д.) поверхностях, поверхностях с углублениями и возвышениями. Кроме того, тампопечатью наносят изображения, к точности воспроизведения которых предъявляют высокие требования. Тампопечатью можно воспроизводить шрифты и знаки высотой 0,5 мм, причем оттиски этих мельчайших шрифтов имеют четкие края.

Материалы оформляемые тампопечатью

Предметы оформляемые тампопечатью, могут быть выполнены из самых разнообразных впитывающих и невпитываюших материалов: бумаги, картона, пластмасс, металла, дерева, стекла, керамики, фарфора, фаянса, кожи, резины, тканей. Но первое место в этом перечне занимают пластмассы. Практически тампопечать можно использовать для печатания на всех разновидностях пластмасс. Следует отметить, что для увеличения адгезии красочной пленки к поверхности запечатываемых пластмассовых изделий на основе полиолефинов (полиэтилен, полипропилен), необходима их предварительная обработка, например, пламенем или коронным разрядом. В качестве основы для печатания широкое применение находят металлы и их сплавы.

Для технических целей маркируют изделия из стекла (призмы, линзы, лабораторную химическую посуду, комбинированные пластины для приборов и т.д.). Тампопечатью наносят всевозможные изображения и на стеклянные изделия, предназначенные для широкого потребления, например, тонкостенные стеклянные елочные украшения. Не вызывает особых затруднений печатание способом тампопечати на различных сортах резин, в том числе и силиконовых (штепсельные разъемы, мячи, детские игрушки), технических и других тканях, которые требуют оформления и маркировки. Однако, основные трудности возникают при создании специальных красок, в частности, для силиконовых резин. Хорошие результаты получают при нанесении изображений способом тампопечати на впитывающие поверхности - изделия из бумаги или картона, древесины и кожи.

Технология тампопечати

Печатный процесс на ручном станке начинается со следующей операции: печатник щеточкой наносит на край формы небольшое количество краски. При протягивании ракеля по поверхности формы краска заполняет все углубления (печатающие элементы) и одновременно снимается с пробельных мест. Блестящая гладкая поверхность пробельных элементов, после снятия краски свидетельствует о том, что данная форма и ракель соответствуют предъявляемым требованиям. Краска убирается не со всей поверхности пробельных элементов формы. Некоторое ее количество остается по краям, так как ширина ракеля несколько меньше ширины пластины. Оставшиеся красочные пятна убирают вручную ватным тампоном. Процесс снятия краски с формы занимает у печатника до 30-40% рабочего времени, что неэффективно и нежелательно. Затем упруго-эластичный тампон опускается на печатную форму (рис. 4) и при соприкосновении с ней выбирает часть краски с печатающих элементов, строго выдерживая при этом все размеры изображения. Изделие, на которое наносится изображение, при помощи каретки печатного станка подводится под тампон. Тампон опускается и прижимается к запечатываемой поверхности, передавая на его поверхность красочное изображение. Готовое изделие вынимают и кладут в специально заготовленную тару, которую по заполнении транспортируют в сушильную камеру. При одном нанесении краски на форму, применяя желатино-глицериновый тампон, печатающий получает три-четыре качественных оттиска. Однако за качеством отпечатка необходимо постоянно следить.

Получение изображения на голове куклы

В современных станках тампопечати, благодаря координации и синхронному перемещению элементов и узлов, печатный процесс совершается автоматически, при этом за один рабочий цикл выполняется ряд операций. На рис. 5 изображена принципиальная схема автоматического печатного станка для нанесения изображения на изделия с неровной (выпуклой) поверхностью. На таком станке возможно отрегулировать приводку и совмещение красок, давление и ход тампона, его положение относительно печатной формы и запечатываемого изделия. Печатную форму можно поворачивать, устанавливать и фиксировать в поперечном направлении. Подъем и опускание ракеля, угол его наклона регулируются автоматически. Возможно также плавное изменение скорости печатания.

Принципиальная схема станка тампонной печати

Принцип работы станка следующий. На фиксированную печатную форму 1 из красочного ящика 2 щеточкой 3 наносится краска, заполняющая печатающие элементы. С пробельных элементов краска снимается ракелем 4, находящимся рядом со щеточкой и плотно примыкающим к форме. Затем на форму опускается упруго-эластичный тампон 9, извлекающий краску из печатающих элементов. Приняв на себя красочное изображение, он переносит его на запечатываемое изделие 10. Положения тампона при горизонтальном перемещении регулируются винтами 5 и 8, печатной формы - винтами 11 и 12. Контакт тампона 9 с печатной формой 1 осуществляется с помощью эксцентрика 7 и кулачка 6.

Изделия из пластмасс для увеличения адгезии красочного слоя к запечатываемой поверхности перед запечатыванием часто подвергаются дополнительной обработке пламенем или электрическим разрядом.

Печатные формы

В тампопечати печатная форма - один из основных элементов технологического процесса. Качество отпечатка находится в прямой зависимости от качества формы. Формы изготавливают из стальных пластин, ленточной стали, фотополимеризующихся пластиков.

Изготовление формы в виде металлической пластины с углубленными печатающими элементами - дело очень сложное и трудоемкое. Порой легче освоить сам печатный процесс, чем наладить изготовление таких печатных форм. Их используют когда устанавливаются очень большие требования к тиражу.

Для изготовления форм из фотополимеризующихся пластиков требуется гораздо меньше усилий. В общих чертах изготовление сводится к проецированию изображения на сырую пластину, в ходе которого происходит полимеризация (дубление) облучаемой части пластины. Затем часть пластины не подвергшаяся полимеризации вымывается, образуя углубления для краски.

Требования к печатной форме определяются спецификой тампопечати, ее назначением и условиями, в которых данная форма будет использоваться. В частности, ракель, непрерывно скользящий по форме, требует высокого класса точности рабочей поверхности формы и высокой твердости материала, из которого она сделана. Глубина печатающих элементов формы должна находиться в пределах 15-40 мкм.

1.6 Упруго-эластичный тампон

Упруго-эластичный тампон один из главных элементов тампопечати. Как указывалось ранее, тампон - это промежуточное звено при передаче краски с печатной формы на запечатываемое изделие. Качество оттиска зависит в значительной мере от свойств тампона, т.е. его эластичности, твердости, степени обработки рабочей поверхности, восприятия и отдачи краски, устойчивости к воздействию истирающих усилий и т.п. Например, оптическая плотность оттиска будет зависеть от коэффициента переноса краски, графическая точность воспроизведения штрихов - от точности передачи изображения тампоном. Высокая износостойкость материала тампона увеличивает его тиражеустойчивость, особенно при работе на станках-автоматах.

Тампон изготовляют из упруго-эластичного материала, восстанавливающего свою первоначальную форму без значительных остаточных деформаций. Деформационные свойства материала имеют большое значение в передаче изображения, так как в процессе печатания тампон подвергается значительной деформации.

На практике используют тампоны из различных материалов: желатиноглицериновые, из поливинилхлоридного пластизоля, из полиуретанов и силиконовой резины.

Материал тампона должен быть однородным, без каких-либо посторонних включений, имеющих другую твердость или упругость. Присутствие указанного недостатка может привести к браку, особенно при печатании мелких деталей изображения. Тампон имеет гладкую рабочую поверхность и правильную заданную форму. К тиражеустойчивости тампона предъявляют различные требования в зависимости от материала, из которого он изготовлен. Для желатин-глицеринового тампона тиражеустойчивость должна составлять 1500 оттисков, а для тампона из силиконовой резины - более 100 тыс. оттисков. Но на практике такие показатели тампона, как красковосприимчивость, гладкость поверхности и однородность материала колеблются в довольно широких пределах.

Тампоны имеют различную геометрическую форму , которая зависит от формы запечатываемого изделия. Например, тампон для печатания шкал счетных линеек имеет форму бруска определенной толщины с закругленной гладкой поверхностью рабочей части, для печатания на круглых или квадратных изделиях (циферблатах часов и т.д.) - форму полушара.

Особое внимание следует обратить на острие (кончик) тампона. У более плоского тампона угол качения был бы слишком мал и это привело бы к появлению просветов на изображении. При применении слишком острого тампона в местах соприкосновения возникло бы слишком большое давление, которое при печатании плашек выдавило бы краску.

Процесс изготовления тампона начинается с изготовления макета. Макет тампона изготавливают из дерева, стали, алюминия и других материалов. По форме и размерам макет точно соответствует будущему тампону. Для того чтобы рабочая поверхность изготовленного тампона имела необходимое качество, поверхность макета гладко полируют. Далее с помощью макета изготавливают форму-матрицу, используя для этого гипс или двухкомпонентную смолу.

Отливка формы-матрицы
1 - макет тампона, 2 - отливочная масса, 3 - отливочное устройство

Предварительно отливное устройство натирают с внутренней стороны специальной разделительной смазкой. Затем макет смазывается разделительной смазкой, вставляется в отливное устройство и прикрепляется болтами к основанию, отливное устройство заполняется отливочной массой. После затвердевания отливочной массы отливное устройство разбирают и получают форму матрицы.

Схема изготовления тампона
1 - тампон, 2 - форма-матрица

Для отливки тампонов используют желатин-глицериновую смесь. Лучшие результаты получают при использовании жела- тино-глицериновой композиции следующих составов: для летнего периода года - 40% желатины технической, 40% глицерина и 20% воды; для зимнего периода года - 30% желатины технической, 50% глицерина и 20% воды.

Раньше желатин-глицериновая смесь считалась лучшей по своим эластичным свойствам, восприятию и отдаче краски, поэтому широко применялась в полиграфии, несмотря на такие существенные недостатки, как низкая теплостойкость и малая механическая прочность.

Этапы приготовления следующие. Желатину заливают холодной водой до получения густой массы, хорошо перемешивают и оставляют выстаиваться 15 мин. После этого кипятят на водяной бане в течение 3-3,5 ч, доливают, глицерин и полученную композицию опять кипятят 3-3,5 ч. Перед заливкой массы в форму с нее снимают пену, фильтруют через два слоя марли. Форму для заливки массы смазывают трансформаторным маслом или другой разделительной смазкой, и подогревают. Расплавленную массу заливают в форму тонкой непрерывной струей, затем прикрепляют крепежную деревянную шайбу. Время остывания залитой композиции - 2-3 ч. Изъятый из формы тампон припудривают тальком.

Иногда в желатино-глицериновую массу для повышения липкости поверхности вводят сахар в количестве 2-5%, а против появления гнилостных бактерий - антисептик (буру, фенол), в количестве 0,5-1%.

Свойства тампонов из желатино-глицериновой массы в некоторой степени можно регулировать, изменяя содержание исходных компонентов. Вырабатывают несколько видов массы под названиями: средняя, крепкая и особо крепкая.

Состав основных марок желатино-глицериновой массы, %

(при содержании 15-18% воды по отношению к весу массы)

Большее количество воды вызывает снижение прочности, температуры плавления и увеличение липкости, недостаток воды делает вальцмассу чрезмерно твердой и восприимчивой к влаге.

Старые тампоны из желатин-глицериновой массы можно перелить. Для этого срезают верхний слой, пропитанный краской, оставшуюся массу измельчают и расплавляют при температуре 70-800С. При многократной переливке прочность массы значительно понижается, поэтому старые тампоны лучше добавлять к свежей массе.

Большой недостаток желагино-глицериновых тампонов - их низкая теплостойкость. С повышением температуры, особенно в летнее время, масса легко размягчается, плавится и деформируется, тампон теряет форму, и масса постепенно отстает от крепления. Например, при повышении температуры от 20 до 30°С у средней массы при приложении нагрузки 0,3 кгс/см2 остаточная деформация увеличивается в пять раз, т.е. валики изменяют свою форму. Наконец, масса очень чувствительна к атмосферным изменениям, так как при повышении влажности воздуха глицерин адсорбирует влагу, масса набухает, тампон увеличивает свои размеры и понижается и без того его малая механическая прочность.

Тампоны должны храниться при постоянной комнатной температуре в темном месте или в специальных ящиках. Ни в коем случае не допускать нахождения тампона на солнце или вблизи отопительных приборов.

В отдельных случаях бывает, что новый тампон без предварительной обработки поверхности не воспринимает краску. Первоначально поверхность тампона необходимо протереть разбавителем краски с помощью мягкой салфетки. В перерывах и по окончании работы тампон следует очищать неактивным растворителем (например, этиловым спиртом).

Тампон, изготовленный из желатина, по многим показателям удовлетворяет техническим требованиям: имеет гладкую рабочую поверхность, хорошо воспринимает и отдает печатную краску, обладает необходимыми упруго-эластическими свойствами, легко крепится на колодку, фиксирующую ее в печатном станке. Однако, как указывалось выше, он имеет и ряд существенных недостатков. Один из них - низкая прочность вальцмассы и нестабильность тампона в работе, так как смесь желатина с глицерином в процессе печатания имеет остаточную деформацию. Такой тампон отличается малой тиражеустойчивостью (до 2-3 тыс. оттисков), а на его рабочей поверхности после отлива могут быть раковины и пузырьки воздуха, что приводит к повторным переливам тампона. К недостаткам относится также термическая нестабильность материала. Все сказанное выше не позволяет применять такой тампон в современных быстроходных станках тампопечати.

Следует отметить и другие отрицательные стороны тампонов из желатина. В процессе печатания печатник, примерно, через каждые 100 оттисков промывает рабочую поверхность тампона водой, а затем припудривает тальком. При промывке верхний слой поверхности тампона выравнивается, а припудривание еще больше сглаживает неровности, при этом уменьшается адгезия краски к тампону.

При всех недостатках тампона из желатина, он вполне подходит для печатания маленького тиража на ручном станке.

1.7 Ракель

Ракель - составная часть печатного оборудования тампонной печати. Во всех печатных устройствах современных автоматических печатных машин или при работе на ручных печатных станках ракель необходим для удаления краски с пробельных элементов формы. Кроме того, в тампопечати при помощи ракеля, печатающие элементы формы заполняются краской.

Требования, предъявляемые к ракелю, определяются его функциями, и в частности основной - полное удаление краски с пробельных элементов печатной формы. Материал ракеля в тампопечати должен быть мягче материала формы, так как в противном случае он будет оставлять царапины на ее поверхности. Иногда ракель для тампопечати изготовляют из оргстекла. В процессе эксплуатации такого ракеля по мере затупления его кромки печатник подправляет ее наждачной.

Ракель, используемый для ручного печатного станка, должен быть удобным в процессе работы, а его размеры соизмеримы с печатной формой. По ширине такой ракель должен быть соизмерим с кистью руки человека. Длина его устанавливается в зависимости от размера печатной формы, и должна быть несколько больше ширины воспроизводимого изображения, чтобы обеспечить удаление краски с пробельных элементов формы за один ход. При этом, этот размер должен быть меньше ширины печатной формы, иначе в процессе работы наблюдается неравномерный износ лезвия.

В производственной практике распространено и другое название ракеля для ручного станка - скребок. Ракель в автоматических печатных станках имеет несколько иные размеры и форму по сравнению с ракелем для ручных печатных станков.

1.8 Печатные краски тампопечати

В практике тампопечати часто использовали трафаретные краски. Печатные характеристики этих красок отвечают требованиям тампопечати и гарантируют вполне удовлетворительное качество оттисков и хорошую адгезию красочного слоя к запечатываемому материалу, особенно при печатании на пластмассовых изделиях.

Трафаретные краски, в частности, обеспечивают четкость передачи мелких штрихов, переходят на запечатываемый материал, имеющий малые и средние неровности запечатываемой поверхности. Для получения насыщенного красочного оттиска трафаретными красками глубина печатающих элементов стальной формы должна быть несколько увеличена. (водные или с растворителем)

Вместе с тем во всех случаях наилучшие результаты обеспечивают специальные краски тампонной печати, которые, в отличие от трафаретных, должны иметь более мелкие пигменты и должны быть более насыщенными, иметь высокую интенсивность для обеспечения достаточной кроющей способности, кроме того, краски должны быть липкими, текучими и обладать специальными печатными свойствами.

Наиболее важной составной частью краски является связующее, задача которого связать красящее вещество с запечатываемой поверхностью. Связующее, вместе с вспомогательными веществами, определяет физико-механические и физико-химические свойства красочной пленки.

Связующее закрепляется на запечатываемой поверхности за счет следующих механизмов:

- электрических или молекулярных сил;
- диффузии связующего печатной краски посредством растворителя в набухшую или растворенную поверхность запечатываемого изделия;
- механического закрепления на шероховатой поверхности изделия;
- химической, реакции между связующим печатной краски и запечатываемой поверхностью.

В красках для тампонной печати используются следующие связующие: алкидная смола, акриловая смола, ацетобутилцеллюлоза, эпоксидная смола, полиэфир, полиуретановая смола, сополимеры винилхлорида и др. Чтобы удовлетворить различным требованиям, часто связующие красок комбинируют из нескольких составляющих.

В зависимости от состава краски она может закрепляться на поверхности запечатываемого изделия одним из следующих способов:
- Окислительной полимеризацией
- Испарением летучего растворителя
- Взаимодействием отвердителя со связующим краски
- Воздействием ультрафиолетового излучения
- В результате воздействия тепла

Окислительная полимеризация - фиксация, при которой закрепление краски происходит за счет взаимодействия с кислородом воздуха. Время закрепления красочной пленки при этом способе составляет от нескольких минут до нескольких часов.

Испарение летучего растворителя - фактически сушка. При этом способе закрепление краски, в ее составе не происходит каких-либо изменений, за исключением удаления растворителя. Если на красочную пленку нанести растворитель, то она снова станет жидкой. Время закрепления красочной пленки при этом способе составляет от нескольких секунд до нескольких минут.

Взаимодействие отвердителя со связующим краски (двухкомпонентная краска) - это способ закрепления краски в два этапа. На первом этапе краска закрепляется за счет испарения растворителя, при этом окончательная прочность красочного слоя не достигается. Время закрепления красочной пленки на этом этапе составляет от нескольких секунд до нескольких минут. На втором этапе краска закрепляется за счет химического взаимодействия отвердителя со связующим краски, при этом достигается окончательная прочность красочного слоя (очень высокая). Время закрепления красочной пленки на этом этапе составляет от нескольких часов до 2-4 суток. При помощи термообработки этот процесс может быть значительно ускорен.

Как следует из названия, эта краска состоит из двух компонентов: краски и отвердителя. Перед печатанием краска и отвердитель смешиваются в требуемой пропорции. С этого момента начинается реакция полимеризации. После окончательного закрепления краска не может быть растворена каким-либо растворителем. Время для печатания определяется жизнестойкостью краски, оно составляет, как правило, около 8 ч. Следует отметить, что решающее влияние на время жизнестойкости оказывает правильное соотношение краска-отвердитель. Двухкомпонентные краски используют в тех случаях, когда к красочной пленке предъявляются особые требования в отношении износостойкости, стойкости к агрессивным средам или адгезии к инертным поверхностям.

В качестве связующего в двухкомпонентных красках используются чаще всего полимеры, содержащие гидроксильные группы на базе полиэфира, полиакрилата или эпоксидной смолы, которые химически сшиваются (полимеризуются) благодаря введению отвердителя на базе изоцианата. Исходные продукты: смолы (полимеры) и отвердители, должны быть растворимы в соответствующем растворителе, а продукт после сшивки уже нерастворим, что улучшает прочность красочного слоя.

УФ-отверждаемые краски помимо красящего вещества содержат мономер и фотоинициатор, но не содержат растворителя. Отверждение краски происходит лишь под действием ультрафиолетового света. Их важным достоинством является то, что они не высыхают в печатной машине. УФ-отверждаемые краски дают достаточно прочные красочные слои. Время закрепления красочного изображения этим способом составляет от нескольких десятых до нескольких секунд.

Термоотверждаемые краски в качестве связующего вещества содержат термореактивную смолу. Отверждение краски происходит в основном за счет нагрева. Эти краски, как и предыдущие, практически не высыхают в печатной машине, а красочные слои имеют высокую прочность. Время закрепления красочного изображения этим способом составляет от нескольких до нескольких десятков секунд.

При выборе красок необходимо учитывать, что каждому виду материала запечатываемого изделия и каждым конкретным условиям эксплуатации этого изделия отвечает определенная серия красок. Здесь нужно учитывать рекомендации изготовителя красок по их применению.

При тампонной печати часть краски остается на тампоне, а другая переходит на запечатываемую поверхность. Таким образом, красочный слой расщепляется в сыром состоянии. Это нормальное явление и оно сильно зависит от скорости печатания. Крайне важно, чтобы остающаяся на тампоне красочная пленка была минимальной и оставалась постоянной, не изменяясь в процессе печатания.

1.9 Проблемы возникающие при тампопечати

К наиболее характерным дефектам оттисков в тампопечати, следует отнести недостаточную плотность красочного слоя, искажение графической точности изображения, недостаточную адгезию красочной пленки к изделию, наличие вепропечатанных участков на самом изображении и красочных точек на пробельных участках печатной формы и оттиска, плохую приводку при многокрасочном печатании.

Недостаточная плотность красочного слоя приводит к серому печатному оттиску с разрывами и непропечатанными зонами. Причина этого дефекта - недостаточная глубина печатающих элементов формы, несоответствие свойств печатной краски скорости и другим параметрам печатного процесса, или износ тампона. Причиной графического искажения в тампопечати могут быть подтравленная форма, несоответствие геометрического профиля тампона воспроизводимому изображению, а вязкости краски конкретным режимам технологического процесса печатания.