La décision d'investir dans une presse flexographique est rarement motivée par un seul type de substrat. Les transformateurs d'impression qui desservent les marchés de l'emballage flexible savent qu'une presse qui reste inactive parce qu'elle ne peut pas gérer une commande entrante est un capital qui ne rapporte pas son argent. La question n'est pas de savoir si une machine peut imprimer sur un seul matériau-, mais plutôt de savoir si elle peut passer d'un matériau à l'autre sans temps d'arrêt excessif, sans rebuts ou sans compromis sur la qualité.
A Machine d'impression flexo six couleurs à grande vitessese situe au milieu du spectre des équipements : plus performant qu'une unité rotative étroite à quatre-couleurs-mais moins spécialisé qu'une configuration de tambour Impress (CI) centrale à huit- ou dix-couleurs-impress conçue exclusivement pour le travail cinématographique haut de gamme. Comprendre ce que cette machine peut gérer-et où se situent ses limites-nécessite d'examiner l'interaction entre la conception mécanique, les propriétés des matériaux et les paramètres du processus.
L'architecture de l'impression centrale
La plupart des presses six couleurs-à vitesse élevée-utilisent une conception à cylindre d'impression centrale (CI). Dans cette configuration, les six stations d'impression sont disposées radialement autour d'un cylindre d'impression commun de grand -diamètre. La bande s'enroule autour de ce cylindre lorsqu'elle passe à chaque station, ce qui signifie que le substrat est soutenu par le tambour CI à chaque point où l'encre est transférée.
Cette architecture est extrêmement importante pour la polyvalence du substrat. Une presse de type pile- (où les stations sont empilées verticalement les unes au-dessus des autres) soumet la bande à une tension cumulative lorsqu'elle se déplace vers le haut à travers plusieurs pincements. Les films minces s'étirent. Les papiers délicats se froissent. Une presse CI, en revanche, maintient la bande sous une tension relativement stable car la longueur du trajet entre les stations est courte et le cylindre CI fournit un support de support continu.
Une recherche publiée dans Polymer Engineering & Science a examiné le comportement de tension de la bande dans les systèmes multi-rouleau-à-rouleau, démontrant que les configurations CI présentent une variation de registre plus faible que les conceptions en pile ou en-ligne lors de l'exécution de substrats extensibles. C'est pourquoi les presses à tambour CI sont généralement considérées comme l'option la plus polyvalente pour les environnements de production à substrats mixtes-.
Manipulation du substrat : ce qui entre dans la machine
Sites Web-sur papier
Le papier et le carton représentent la catégorie de substrat-d'entrée de gamme pour la plupart des opérations flexo. Le papier journal, le papier kraft, le support ondulé, le carton solide blanchi au sulfate et le carton pour boîtes pliantes couché passent tous quotidiennement dans les presses flexo.
Ce qui rend le papier gérable du point de vue de l'équipement, c'est sa stabilité dimensionnelle. Le papier ne s'allonge pas de manière significative sous une tension de production normale, le contrôle du repérage sur six couleurs est donc mécaniquement simple. Le défi réside ailleurs-dans la résistance et la capacité d'absorption de la surface. Les papiers à faible-grammage-peuvent lors du contact avec la plaque, déposant des fibres sur la plaque qui dégradent les impressions ultérieures. TAPPI T 499 (test de prélèvement de cire) et TAPPI T 456 (mesure de douceur) fournissent des méthodes standardisées pour évaluer si une qualité de papier donnée survivra aux pressions de contact flexographiques sans dégradation de surface.
Les qualités de carton supérieures à environ 400 g/m² introduisent des problèmes liés à la rigidité-. Les panneaux épais ne s'adaptent pas facilement à la courbure du cylindre CI, ce qui crée une pression de pincement inégale sur toute la largeur de la bande. Certaines presses intègrent un cylindre d'impression segmenté à secteurs réglables pour compenser cet effet ; d'autres s'appuient sur des couvertures de blanchet conformes sur le cylindre d'impression pour répartir la pression uniformément sur des substrats plus épais.
Films polyoléfines
Le polypropylène orienté biaxialement (BOPP), le polyéthylène basse-densité (LDPE), le polyéthylène linéaire basse-densité (LLDPE) et le polypropylène coulé (CPP) représentent ensemble la majorité des volumes de films d'emballage flexibles imprimés dans le monde.
Ces films présentent un ensemble de défis différent de celui du papier. Ils ont une énergie de surface inférieure, ce qui signifie que l’encre ne les mouillera pas à moins que la surface n’ait été traitée. Ils sont également plus sensibles à la température : un film BOPP commence à rétrécir si le tunnel de séchage dépasse environ 120 - 130 degrés, et les films PE se ramollissent à des températures encore plus basses.
Le traitement de surface n'est donc pas-négociable. Les unités de décharge Corona installées en ligne avant la première station d'impression ionisent la surface du film, créant des groupes polaires qui augmentent l'énergie de surface d'environ 30 dynes/cm à 38-42 dynes/cm-la plage à laquelle les encres flexo à base d'eau-ou de solvant-atteignent un mouillage et une adhérence adéquats. ASTM D2578 spécifie la méthode de test au stylo dyne utilisée pour vérifier le niveau de traitement avant de procéder à l'impression.
Pour les transformateurs traitant à la fois du papier et du film sur la même ligne, une machine d'impression flexo six couleurs à grande vitesse équipée d'une station corona en option qui peut être activée ou désactivée en fonction du substrat offre une flexibilité opérationnelle significative. Sans cette capacité, passer du papier kraft non traité (qui ne nécessite pas de corona) au BOPP non traité (qui l'exige) nécessiterait soit un pré-traitement des films hors ligne, soit l'acceptation de résultats d'adhésion incohérents.
Films polyester et barrières
Les films en polyéthylène téréphtalate (PET) et en polyamide (PA, nylon) occupent le segment le plus performant-du marché des films d'emballage flexibles. Le PET est dimensionnellement stable, résiste à l’étirement et tolère des températures de séchage plus élevées que les polyoléfines. À bien des égards, il est plus facile de travailler à grande vitesse sur une presse flexo que sur BOPP ou PE.
Les films en nylon introduisent une sensibilité hygroscopique. Le nylon absorbe l'humidité ambiante et cette absorption modifie ses dimensions. Une toile de nylon correctement enregistrée au début d'un quart de travail peut se dérégler à mesure que l'humidité change au cours de la journée. Les presses configurées pour la production régulière de nylon incluent souvent des contrôles environnementaux fermés autour du chemin de la bande et peuvent utiliser des rouleaux de compensation servo-qui ajustent la longueur de la bande de manière dynamique en fonction des commentaires du capteur.
Les films barrières contenant des couches d'éthylène-alcool vinylique (EVOH) ou de métallisation d'aluminium nécessitent une attention particulière au fait que la couche barrière elle-même peut être endommagée par une pression de pincement excessive ou une exposition à un solvant. Bien que la presse à imprimer ne teste pas directement les propriétés barrières après l'impression, l'opérateur doit être conscient que des conditions d'impression agressives peuvent compromettre les taux de transmission de l'oxygène mesurés selon les normes ASTM F1927.
Feuille d'aluminium
Les feuilles d'aluminium-d'une épaisseur généralement comprise entre 6 et 15 microns-sont utilisées sur des presses flexo, principalement pour les emballages pharmaceutiques et les emballages de confiseries haut de gamme. La feuille est non-poreuse, non-absorbante et dimensionnellement rigide. L'encre sèche entièrement par évaporation plutôt que par pénétration.
La principale considération opérationnelle avec le film est la propreté. La fabrication du film laisse des lubrifiants de roulement résiduels et des composés anti-statiques sur la surface. Si ces contaminants persistent, ils interfèrent avec le mouillage de l'encre. Le traitement corona ou à la flamme en ligne immédiatement avant la première station de couleur est une pratique courante. Le traitement à la flamme est particulièrement efficace sur les feuilles car il nettoie simultanément les résidus organiques et oxyde la surface métallique.
Le film nécessite également une manipulation soigneuse dans les sections de déroulement et de rembobinage. Étant donné que la feuille se déchire plutôt que de s'étirer, les procédures de récupération des ruptures de bande doivent être plus douces que celles utilisées pour le film. De nombreux opérateurs configurent des rampes d'accélération plus lentes et des limites de tension maximale réduites lors du passage du film au film sur la même machine.
Tissus non tissés
Les non-tissés en polypropylène spunbond et soufflé par fusion sont devenus un domaine de croissance pour l'impression flexo, stimulé par la demande d'emballages médicaux de marque et de sacs à provisions réutilisables. Les non-tissés se comportent différemment de tout autre substrat flexo courant. Ils se compriment sous la pression de pincement, récupèrent partiellement après avoir traversé l'impression et consomment beaucoup plus d'encre qu'un film ou un papier à surface équivalente-, car l'encre pénètre dans la masse fibreuse plutôt que de rester à la surface.
Le contrôle des enregistrements sur les non-tissés est notoirement difficile. Les recherches sur la manipulation des bandes de matériaux non tissés dans les processus rouleau-à-rouleau, documentées dans les actes techniques des organisations TAPPI et AIMCAL, recommandent des marges d'impression plus larges et des spécifications de tolérance plus lâches lors de l'impression sur des non-tissés par rapport aux films ou aux papiers. Une presse flexo six -couleurs traitant des substrats non tissés fonctionne généralement à une vitesse réduite-souvent 40 à 60 % de la vitesse maximale nominale-pour maintenir une précision de repérage acceptable.
Considérations relatives aux systèmes d'encre sur tous les substrats
Le choix entre les encres à base de solvant-, à base d'eau- et à séchage UV - est indissociable de la question du substrat.
Les encres à base de solvant-sèchent rapidement et sont très brillantes sur les surfaces non-poreuses comme les films et les feuilles. Mais ils ont besoin de systèmes de récupération ou de réduction des solvants dans de nombreux endroits en raison des règles sur les émissions de COV. Ces règles incluent le Clean Air Act de l'EPA et la directive sur les émissions industrielles (IED) de l'Union européenne. Les systèmes peuvent être des oxydants thermiques régénératifs ou des unités d'adsorption de carbone. Ainsi, pour une machine qui doit travailler sur de nombreux matériaux différents, les encres à solvant peuvent fonctionner sur presque tous. Mais ils ajoutent également plus de travail pour suivre les règles.
Les encres à base d'eau-sont de plus en plus répandues, en particulier dans les régions soumises à des réglementations strictes en matière de COV. Ils sèchent bien sur les supports poreux (papier, carton) et adéquatement sur les films traités. Leur limitation est la vitesse : l'eau s'évapore plus lentement que les solvants organiques, ce qui peut limiter le débit de production sur des substrats non -poreux à moins que des tunnels de séchage prolongés ou des lames d'air à température plus élevée-ne soient installées.
Les encres UV durcissent instantanément lors de l'exposition aux lampes ultraviolettes. Ils ne sèchent pas du tout par évaporation-ils polymérisent. Cela signifie que les encres UV reposent sur la surface du substrat exactement comme elles ont été déposées, offrant une netteté des points et une résistance à l'abrasion exceptionnelles. Tous les substrats n’acceptent pas les encres UV de la même manière. Les papiers très absorbants peuvent absorber le véhicule d'encre UV à faible viscosité avant le durcissement, ce qui entraîne une mauvaise formation du film d'encre. Certains films plastiques contiennent des additifs (stabilisants UV, agents glissants) qui migrent vers la surface et interfèrent avec la chimie du durcissement UV. La norme ASTM F1942 fournit des conseils sur l'évaluation des performances des encres durcissables aux UV sur des substrats flexibles.
Sélection des rouleaux Anilox et correspondance des substrats
Les rouleaux Anilox déterminent la quantité d'encre transférée à la plaque et finalement au substrat. Le volume cellulaire (exprimé en milliards de micromètres cubes par pouce carré, BCM) et la linéature de l'écran (lignes par pouce, LPI) sont les deux principaux paramètres de spécification.
Les rouleaux anilox à BCM plus élevé transfèrent plus d'encre, produisant une couverture plus épaisse adaptée aux fonds blancs opaques ou aux blocs de couleur unie. Les rouleaux BCM inférieurs produisent des films plus fins adaptés aux travaux de demi-teintes fins et à la reproduction des couleurs quadrichromiques. La relation entre la sélection de l'anilox et le substrat est directe : les papiers absorbants peuvent accueillir des volumes d'encre plus élevés car une partie de l'encre pénètre dans la feuille. Les films nécessitent un contrôle plus strict du volume d'encre car l'excès d'encre s'accumule à la surface et ne parvient pas à durcir ou à sécher dans le temps de séjour disponible dans le tunnel.
Lorsqu'une machine d'impression flexo six couleurs à grande vitesse est configurée pour un nouveau substrat, la sélection du rouleau anilox est généralement le premier paramètre ajusté après le montage de la plaque. Les opérateurs expérimentés maintiennent des inventaires d'anilox couvrant une gamme de combinaisons LPI/BCM et les font correspondre au type de substrat à l'aide d'enregistrements empiriques accumulés lors de travaux précédents. Il n'existe actuellement aucun modèle prédictif universel reliant de manière fiable la géométrie de l'anilox au résultat d'impression sur toutes les combinaisons de substrats-encres, bien que des recherches publiées dans Progress in Organic Coatings aient avancé des cadres théoriques pour la mécanique de transfert d'encre dans les systèmes d'héliogravure et de flexographie.
Configuration du tunnel de séchage
Le système de séchage est sans doute le sous-système le plus important pour déterminer quels substrats une presse donnée peut traiter aux vitesses commerciales.
Les tunnels de séchage à air chaud- constituent la configuration de base. L'air chauffé est dirigé sur la bande fraîchement imprimée via des réseaux de buses positionnés entre les stations d'impression. Le contrôle de la température, de la vitesse et de l’humidité de l’air varie considérablement d’une machine à l’autre. Les presses d'entrée de gamme-peuvent offrir des ventilateurs à vitesse fixe-et un contrôle thermostatique simple de la température. Les machines aux spécifications plus élevées-incluent des entraînements à fréquence variable-sur les moteurs de soufflante, des éléments chauffants à zone-contrôlée et des capteurs d'humidité d'échappement qui modulent le flux d'air pour empêcher la condensation à l'intérieur du tunnel.
