Qualquer pessoa que tenha comprado uma impressora flexográfica-de banda estreita encontrou a mesma bifurcação no caminho: impressão central ou configuração de pilha? A questão parece um detalhe mecânico, mas tem efeitos em cascata sobre quais substratos você pode executar, quão rápido você pode executá-los, que qualidade de impressão você pode esperar e quanto espaço físico e capital a impressora consumirá.
Por umMáquina de impressão flexográfica de quatro cores de alta velocidade, essa escolha é particularmente importante porque quatro{0}}unidades de cores ocupam uma posição específica no mercado: elas são mais capazes do que duas- ou três-impressoras de etiquetas coloridas, mas menos complexas do que seis-, oito- ou dez-linhas de embalagem de cores. A decisão entre CI e arquitetura de pilha no nível de quatro{7}}cores determina se a máquina se tornará um burro de carga-de uso geral ou uma ferramenta especializada otimizada para uma classe de substrato específica.
As duas arquiteturas explicadas
Configuração de impressão central (CI)
Em uma impressora CI, todas as estações de impressão são organizadas em torno de um único-cilindro de grande diâmetro-o tambor de impressão comum. A teia envolve esse tambor enquanto ele viaja de uma estação de cores para outra. Em cada estação, um cilindro de placa que transporta a placa de fotopolímero é pressionado contra a teia, que é apoiada pela superfície do tambor CI. Rolos Anilox, recipientes ou câmaras de tinta e configurações de impressão são montados radialmente ao redor do tambor.
A principal característica geométrica é que a distância entre quaisquer duas estações de impressão adjacentes é curta-normalmente apenas o comprimento do arco do segmento do cilindro CI entre elas. A teia não precisa viajar muito entre as cores e é continuamente sustentada pelo tambor ao longo de seu caminho através de cada estação.
Os tambores CI são fabricados em ferro fundido ou aço, com diâmetros que variam de aproximadamente 800 mm em modelos compactos até 1.500 mm ou mais em máquinas de alta-especificação. Tambores maiores proporcionam melhor ângulo de envolvimento em cada nip, o que melhora a distribuição da pressão, mas aumenta a área ocupada pela máquina e a inércia durante mudanças de velocidade.
Configuração de pilha
Em uma impressora do tipo pilha, as estações de impressão são empilhadas verticalmente umas sobre as outras, como os andares de um edifício. Cada estação consiste em seu próprio cilindro de placa, rolo anilox, sistema de tinta e cilindro de impressão. A teia entra na estação inferior, imprime a primeira cor, sai para cima para a segunda estação, depois para a terceira e assim por diante.
Cada estação opera como uma unidade vertical independente. A teia percorre um caminho total mais longo do que em um projeto de CI e passa por vários roletes intermediários entre as estações para encaminhá-la de um nível para o próximo. Isto introduz efeitos de tensão cumulativos que não existem em uma configuração CI.
As impressoras Stack são mecanicamente mais simples por-estação do que as impressoras CI. Não existe um enorme tambor comum que exija alinhamento preciso com seis ou oito unidades satélites. Cada estação pode ser isolada individualmente, desengatada ou até mesmo trocada para manutenção sem afetar as demais. Essa modularidade é um dos motivos pelos quais os designs de pilha persistiram ao lado das máquinas de CI por décadas.
Controle de registro: onde as arquiteturas mais divergem
Registrar-o alinhamento longitudinal e lateral preciso de cada camada de cor em relação às outras-é a métrica de qualidade mais importante na impressão flexográfica multi-colorida. E é aqui que as arquiteturas de CI e de pilha se comportam de maneira muito diferente.
Em uma impressora CI, a banda é fixada contra o tambor de impressão comum em cada ponto de impressão. A distância entre as estações é fixada pela geometria do tambor, e a teia não pode esticar ou deslizar entre os espaços porque o tambor fornece suporte de apoio contínuo. Pesquisa publicada emEngenharia e Ciência de Polímerosexaminar o comportamento da tensão da rede em sistemas rolo-a{1}}rolo demonstra que as configurações de CI produzem variação de erro de registro 30 a 50% menor do que configurações de pilha equivalentes ao executar substratos extensíveis, como filmes PE ou não-tecidos finos.
Essa vantagem decorre da física, não da melhor engenharia. Uma teia suportada resiste ao alongamento; uma teia não suportada entre os rolos se estica sob tensão. Em uma prensa empilhadora, a banda atravessa um espaço entre o rolo de saída de uma estação e o rolo de entrada da estação seguinte. Durante esse vão, a tensão atua em todo o comprimento não suportado. Se o substrato for elástico ou viscoelástico-como é a maioria dos filmes plásticos-essa extensão se alonga ligeiramente, mudando a posição onde a próxima cor cai.
As prensas de pilha modernas atenuam esse problema usando sistemas de registro de circuito fechado com sensores de vídeo ou matrizes de fotodiodos que detectam marcas impressas e ajustam o faseamento do cilindro da placa em tempo real. Os anais da conferência IEEE sobre eletrônica industrial documentam estratégias de controle adaptativo-incluindo controladores preditivos de modelo-e compensação baseada em-observador-de perturbação-que reduzem significativamente o desvio de registro em prensas de pilha em comparação com projetos de circuito aberto-mais antigos. Mas mesmo com controles avançados, uma prensa de pilha que executa um filme elástico normalmente exibirá maior variação de registro do que uma prensa CI que executa o mesmo material na mesma velocidade.
Para um trabalho de processo de quatro{0}}cores em que o alinhamento ponto-a ponto é importante-imagens de meio-tom, trabalho com linhas finas, texto pequeno-essa diferença é visível a olho nu após uma inspeção mais detalhada. Para aplicações menos exigentes, como logotipos em blocos{6}}sólidos ou cobertura de cores exatas, a diferença pode ser insignificante.
Compatibilidade de substrato
Filmes e teias finas
BOPP, LDPE, LLDPE, PET e filmes com espessura inferior a aproximadamente 30–40 mícrons geralmente apresentam melhor desempenho em prensas CI. O apoio contínuo do tambor evita a oscilação da folha, reduz o estiramento cumulativo e mantém uma pressão de aperto consistente em toda a largura da folha. UMMáquina de impressão flexográfica de quatro cores de alta velocidadeconstruído em uma plataforma CI é a recomendação padrão para conversores cujo substrato principal é filme flexível.
As impressoras empilhadas podem executar filmes, mas exigem uma configuração de tensão mais cuidadosa, velocidades máximas mais baixas e margens de impressão geralmente mais amplas para acomodar um maior desvio potencial de registro. Alguns operadores compensam executando filmes com tensão reduzida e aceitando menor rendimento-uma compensação-que só faz sentido do ponto de vista econômico se a impressora também manusear substratos onde o design da pilha oferece vantagens compensatórias.
Papel e Cartão
Aqui a imagem se inverte. Papel e cartão são dimensionalmente estáveis sob tensão de produção. Eles não se estendem significativamente entre as estações, portanto a vantagem do suporte-da Web da bateria CI é menos valiosa. Enquanto isso, o papel se beneficia da capacidade da prensa empilhadora de acomodar materiais mais espessos com mais facilidade.
Por que? Porque em uma prensa CI, a placa espessa deve estar em conformidade com a curvatura do tambor de impressão comum. Se a placa for rígida o suficiente, ela resiste à conformação, criando uma distribuição desigual de pressão em toda a largura da banda-mais pressão nas bordas onde a placa se levanta do tambor, menos no centro. Este efeito, documentado em documentos técnicos da TAPPI sobre uniformidade de pressão do cilindro de impressão, produz transferência de tinta inconsistente e faixas visíveis na impressão final.
Uma prensa empilhada, com seus cilindros de impressão individuais menores, apresenta uma geometria local mais plana em cada nip. Placas grossas se adaptam mais facilmente a um cilindro de impressão de pequeno-diâmetro do que a um tambor grande e curvo. Para convertedores que trabalham principalmente com etiquetas de papel, caixas dobráveis ou revestimentos de pré-impressão corrugados acima de 200 g/m², uma impressora-configurada em pilha de quatro-cores geralmente oferece qualidade mais consistente.
Nãotecidos e materiais especiais
Os nãotecidos spunbond e meltblown apresentam desafios extremos para qualquer arquitetura flexográfica. Eles comprimem sob pressão de nip, recuperam parcialmente após passarem, exibem perfis de espessura altamente variáveis e consomem excesso de tinta. Nem os designs de CI nem de pilha lidam com esses materiais de maneira elegante, mas as impressoras CI tendem a ter um desempenho marginalmente melhor porque caminhos mais curtos entre-estações reduzem a oportunidade de mudança dimensional antes que a próxima cor chegue.
Folhas metálicas, filmes metalizados e estruturas de barreira laminadas geralmente são bem-adequadas para prensas CI devido à sua estabilidade dimensional combinada com a sensibilidade a marcas de arranhões de rolos intermediários-um fator que favorece o menor número de rolos-contato no caminho da web CI.
Considerações sobre velocidade e rendimento
"Alta velocidade" significa coisas diferentes dependendo do contexto. Na impressão de etiquetas-de banda estreita (larguras de banda inferiores a 500 mm), velocidades de 100 a 150 metros por minuto são consideradas rápidas. Em embalagens flexíveis-de banda larga (1000+ mm), velocidades de 250 a 350 metros por minuto são rotineiras.
As prensas CI geralmente atingem velocidades máximas mais altas do que as prensas de pilha equivalentes ao executar filmes. O motivo está novamente relacionado à estabilidade do registro-em velocidades mais altas da banda, os efeitos dinâmicos (vibração, transientes de tensão, vibração aerodinâmica) tornam-se mais pronunciados e o efeito estabilizador do tambor CI torna-se proporcionalmente mais valioso. As especificações técnicas publicadas pelos fabricantes de equipamentos mostram consistentemente que as prensas CI são classificadas de 15 a 25% mais rápidas do que configurações de pilha comparáveis em substratos de filme.
No papel e no cartão, onde a dinâmica dos registros é menos limitante, o diferencial de velocidade diminui. Uma impressora empilhada bem-ajustada executando etiquetas de papel kraft pode corresponder ou se aproximar da produtividade de uma máquina CI equivalente no mesmo substrato.
Para compradores que avaliam umMáquina de impressão flexográfica de quatro cores de alta velocidade, a questão prática não é qual arquitetura é mais rápida em termos absolutos-é qual arquitetura é mais rápida emdelesmistura de substrato predominante, dadas as durações típicas do trabalho e a frequência de troca.
Implicações do sistema de secagem
A capacidade de secagem interage fortemente com a escolha da arquitetura. Em uma impressora CI, os módulos de secagem (bicos de ar quente, painéis IR ou conjuntos de lâmpadas UV) devem caber nos segmentos de arco confinados entre as estações de impressão ao redor do tambor. O espaço é limitado. A eficácia da secagem depende da eficiência do projeto do bico e da velocidade do ar, e não do comprimento do túnel.
Em uma prensa empilhada, há mais espaço vertical entre as estações. Túneis de secagem mais longos podem ser instalados ou módulos maiores de cura IR/UV podem ser acomodados. Para tintas-à base de água em substratos porosos (papel, cartão), onde a secagem ocorre parcialmente por absorção e parcialmente por evaporação, o espaço extra de secagem em um design de pilha pode ser vantajoso. Para tintas à base de solvente-ou curáveis-por UV em filmes onde a secagem/cura deve acontecer rapidamente dentro de um curto período de residência, a proximidade forçada do secador da prensa CI ao nip de impressão pode realmente ajudar, garantindo que o filme de tinta seja tratado imediatamente após a transferência, antes que ele possa assentar ou migrar. Compradores especificando umMáquina de impressão flexográfica de quatro cores de alta velocidadedeve avaliar a combinação pretendida de secagem de tinta-substrato-antes de finalizar a escolha da arquitetura.
A ASTM F1942, que aborda o desempenho da tinta-curável por UV em substratos flexíveis, observa que a profundidade da cura e a força de adesão dependem parcialmente do intervalo entre a transferência da tinta e a exposição. Intervalos mais curtos reduzem os efeitos de inibição do oxigênio na superfície da tinta. Este fator sutil às vezes dá às prensas CI uma vantagem em aplicações de cura UV, embora a diferença seja mensurável principalmente em condições de laboratório, e não óbvia na produção diária.
Mudança e flexibilidade operacional
As impressoras empilhadas oferecem vantagens operacionais que nada têm a ver com a mecânica de impressão:
Acesso individual à estação:Cada estação fica em uma altura diferente, facilitando as trocas de placas, trocas de anilox e limpeza para os operadores que trabalham em pé. Em uma prensa CI, as estações inferiores próximas ao chão exigem flexão ou agachamento.
Isolamento da estação:Uma estação pode ser desativada ou ignorada sem afetar o restante da impressora. Executar um trabalho de duas-cores em uma impressora de quatro{2}}cores significa simplesmente deixar as duas estações superiores ociosas.
Expansão modular:Alguns designs de pilha permitem adicionar uma quinta ou sexta estação posteriormente, instalando outro módulo no topo da pilha existente. As prensas CI não podem ser expandidas além do número de posições de satélite originalmente projetadas ao redor do tambor.
CI pressiona contador com vantagens próprias:
Preparação mais rápida:Como todas as estações compartilham um ponto de referência comum (o tambor CI), a configuração da impressão e do registro em todas as cores tende a ocorrer mais rapidamente quando os parâmetros de configuração inicial são estabelecidos.
Menor desperdício durante a inicialização:Um caminho de web mais curto significa menos material consumido antes que a primeira impressão vendável saia da estação final. Em substratos caros-filmes metalizados e laminados de barreira-essa redução no desperdício inicial tem um significado real em termos de custo.
Espaço e instalação
As prensas CI são mais largas e profundas do que as prensas de pilha equivalentes. O tambor de impressão comum requer um determinado diâmetro mínimo para funcionar corretamente, e o arranjo radial das estações ao seu redor cria uma área que se estende para fora em todas as direções. Uma impressora CI de quatro{2}}cores normalmente requer uma área de instalação retangular de aproximadamente 4 a 6 metros por 3 a 5 metros, dependendo da largura da banda e da configuração do acessório.
As prensas empilhadas são mais estreitas, porém mais altas. O empilhamento vertical das estações reduz a área do piso, mas aumenta os requisitos de altura do teto. Para instalações com espaço horizontal limitado, mas com espaço livre adequado, uma prensa empilhada pode caber onde uma prensa CI não caberia.
Os requisitos de fundação também diferem. Os tambores CI são massas rotativas pesadas-geralmente vários milhares de quilogramas-que transmitem vibração para a base da máquina durante a operação. A montagem de isolamento adequada e uma fundação de concreto armado são recomendações padrão de acordo com os padrões ISO 10816 para medição e avaliação de vibração mecânica. As prensas empilhadas distribuem o peso de maneira mais uniforme em um espaço menor, mas ainda exigem isolamento de vibração, especialmente em altas velocidades de rotação.
Custo de propriedade
O custo de capital favorece a impressão em pilha no nível de quatro{0}}cores. Menos componentes usinados-de precisão, nenhum tambor de CI de grande{3}}diâmetro e uma montagem mais simples se traduzem em um preço de compra mais baixo-normalmente 20 a 35% menor que uma máquina de CI de capacidade-equivalente.
O custo operacional é mais matizado. As prensas CI geram menos sucata em substratos difíceis, o que reduz o custo de desperdício de material. Eles também tendem a manter o registro de forma mais consistente, o que reduz as taxas de retrabalho. Ao longo de um período de propriedade de cinco{3}}anos com produção pesada de filmes, essas economias operacionais podem compensar o maior investimento de capital inicial.
As impressoras empilhadas têm menor complexidade de manutenção por-estação. A substituição de um cilindro de impressão desgastado em uma estação não exige o real-alinhamento de toda a máquina em torno de um tambor comum. O inventário de peças sobressalentes também é mais simples porque componentes idênticos da estação podem ser compartilhados em todas as quatro posições.
Quadro de decisão
Escolher entre CI e pilha para uma impressora flexográfica de quatro{0}}cores se resume a ponderar três fatores:
Perfil do substrato.Se mais de 60% do volume de produção for filme (BOPP, PE, PET, náilon), opte pela CI. Se mais de 60% for papel ou cartão, incline-se para a pilha. Se a divisão estiver mais próxima de 50/50, considere se os trabalhos de filme exigem tolerâncias mais restritas (cor de processo, detalhes finos) ou se são, em sua maioria, trabalhos pontuais sólidos onde a tolerância de registro é mais flexível.
Duração do trabalho e frequência de troca.Longas execuções em substratos consistentes favorecem a CI (melhor desempenho-em estado estável). Mudanças frequentes em substratos mistos favorecem a pilha (acesso mais fácil às estações, configuração mais rápida das estações individuais).
Trajetória de crescimento.Se houver uma possibilidade realista de expansão além de quatro cores durante a vida útil da máquina, verifique se o design da pilha candidata suporta a adição modular de estações. As impressoras CI são bloqueadas em sua contagem de estações original.
A Máquina de impressão flexográfica de quatro cores de alta velocidade-se CI ou pilha-é um compromisso de capital significativo. Nenhuma das arquiteturas é universalmente superior. A escolha certa é aquela que corresponde à combinação específica de substratos, produtos, volumes e restrições operacionais que definem o negócio do comprador hoje e no futuro próximo.
Referências
- Associação Técnica da Indústria de Celulose e Papel (TAPPI).Documentos de informações técnicas da TAPPI: Uniformidade da pressão do cilindro de impressão na impressão rolo-a{1}}rolo. TAPPI Press, Atlanta, GA.
- ASTM Internacional.ASTM F1942: Guia padrão para determinação do desempenho de tintas e revestimentos curáveis por UV em substratos flexíveis. ASTM, West Conshohocken, PA.
- ASTM Internacional.Série ISO 10816: Vibração Mecânica - Avaliação de Vibração de Máquina por Medições em Peças Rotativas. ISO, Genebra. (Adotado conjuntamente pela ASTM.)
- Comitê Técnico ISO 130.ISO 12647-6: Tecnologia Gráfica - Controle de Processo para Produção de Separações de Meio Tom-Cores, Provas e Impressões de Produção - Parte 6: Impressão Flexográfica. ISO, Genebra, 2017.
- Choi, J. e K. Im. "Tensão da banda e controle de registro em sistemas de impressão-rolo a-rolo multi{5}}camadas."Engenharia e Ciência de Polímeros, Vol. 55, Edição 9, 2015, pp. 2010–2020.
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- Agência de Proteção Ambiental dos EUA.Diretrizes de técnicas de controle para operações de impressão flexíveis. EPA-453/R-09-001. Washington, DC, 2009.
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