Возможности цифровой масочной технологии изготовления флексографских печатных форм, особенности ее проведения и совершенствования

Возможности цифровой масочной технологии изготовления флексографских печатных форм, особенности ее проведения и совершенствования

О.В. Говорова,

инженер-технолог МПФ Гознак

О.А. Карташева,

к.т.н., доцент кафедры технологии допечатных процессов

Р.В. Отрубянников,

ген. директор ООО «РепроМИР»

Д.И. Чернобровкина,

технолог ООО Юнипап-Ростов

Интерес к цифровой масочной технологии изготовления флексографских печатных форм не ослабевает с момента ее разработки, хотя в последние годы появились другие альтернативные технические решения проведения формных процессов [4]. Более высокое качество печатных форм, полученных по цифровой масочной технологии, по сравнению с формами, изготовленными путем копирования с фотоформ, неоднократно подтверждалось на практике. В большинстве публикаций, относящихся к формным технологиям, получаемый эффект повышения качества связывают с ингибирующим воздействием кислорода на процесс полимеризации при основном экспонировании фото-полимеризуемой композиции (ФПК) через маску [3]. Научный интерес к процессам, которые происходят в слое ФПК на воздухе (на стадии основного экспонирования), значительно превышает количество иссле-

дований о влиянии процесса ингибирования на формирование печатающих элементов форм, позволяющих оценить технологические возможности цифровой масочной технологии в условиях конкретного использования.

С этой целью, для изучения процессов, происходящих при основном экспонировании слоя ФПК в цифровой масочной технологии, была разработана модельная установка для проведения исследований. На рис. 1 представлен внешний вид этой установки.

Рис. 1. Внешний вид экспериментальной установки

Она выполнена в виде металлической камеры из стали с гнездом для размещения в ее верхней части кварцевого стекла и двумя штуцерами по бокам для подачи или отвода газов. Стекло было вклеено в отверстие камеры с помощью эпоксидного клея, который имеет наибольшую прочность соединения металл - стекло. Кварцевое стекло марки КУ1, применяемое в данной установке, обладает высоким коэффициентом пропускания УФ-излучения в области 320 -г- 350 нм. Это подтверждается спектром пропускания (рис. 2), полученного с помощью двулучевого спектрофотометра Hitachi 557.

Рис. 2. Спектр пропускания кварцевого стекла КУ1

Для изучения влияния процесса проведения стадии основного экспонирования на изменение размеров печатающих элементов в светах и полутонах был использован созданный с применением программы Adobe Illustrator CS2 тест-объект.

Тест-объект состоит из полей с относительной площадью растровых точек 5отн с различной линиатурой растрирования 124, 137 и 156 lpi. Использование в тест-объекте полей с размерами растровых точек из области светов и полутонов изображения связано с тем, что процесс ингибирования оказывает влияние на уменьшение размеров печатающих элементов именно в этом интервале градаций.

Перед записью тест-объекта была проведена подготовка изображения к растрированию. Для этого в программе Adobe Photoshop CS2 были заданы следующие параметры: разрешение записи - 2540 dpi, тип растровой точки - Circular dot (круглая точка), угол поворота растровой структуры 37,5 град., кривая подкачки не использовалась.

Работа выполнялась на сольвентно вымывных формных пластинах компании DuPont Cyrel DPR и DPU толщиной 1,14 и 1,7 мм. Режимы изготовления печатных форм на этих пластинах были подобраны предварительно путем тестирования.

Первоначально печатные формы изготавливались при экспонировании формной пластины через толщу дистиллированной воды (использовался раствор, содержащий воду с добавлением этанола для улучшения смачиваемости формной пластины). Выбор воды для полной изоляции слоя ФПК от воздействия воздуха связан с тем, что она хорошо пропускает УФ-излучение, к которому чувствительны формные пластины. Это подтверждает спектр пропускания (рис. 3).

В рамках этого эксперимента, исследования проводились на двух типах формных пластин 45 DPR и 45 DPU. Для сравнения на этих же

0.975

260 280 300 320 340 360 380 400 420

ДЛИНЫ ВОЛН- А. нм

Рис. 3. Спектр пропускания дистиллированной воды

формных пластинах изготавливались печатные формы при проведении основного экспонирования на воздухе. Градационные характеристики после измерения относительной площади растровых точек 5°™ф с помощью прибора Vipflex на исследуемых печатных формах приведены на рис. 4.

^OTH з цифровом файле. ° о

Рис. 4. Градационные характеристики печатных форм, изготовленных на формных пластинах: 1, 2 — 45 DPR и 3, 4 — 45 DPU на воздухе

Из рисунка видно, что при проведении основного экспонирования через слой воды (без доступа воздуха), размер растровых точек практически не изменяется относительно их размера в цифровом файле (кривые 2 и 4), причем тип формной пластины практически не влияет на размер печатающих элементов, при этом на формах воспроизводятся растровые точки и в высоких светах, и в полутонах изображения. При экспонировании на воздухе (кривые 1 и 3), как и следовало ожидать, размеры растровых точек меньше их размеров в цифровом файле. Таким образом, при экспонировании на воздухе подтверждается заявленный для цифровой масочной технологии эффект, оказывающий влияние на размеры печатающих элементов. В ходе проведения эксперимента обнаружено также, что линиатура растрирования (печатные формы изготавливались при линиатурах растрирования 124, 137 и 156 lpi) незначительно сказывается на градационной передаче при основном экспонировании через слой воды, в то время как при экспонировании на воздухе размеры растровых точек на форме уменьшаются при повышении линиатуры растрирования.

Устранение влияния воздуха при основном экспонировании можно достичь путем его проведения в вакууме. Такая возможность была реализована при использовании установки, уже показанной на рис. 1.

Для этого после записи маски образцы формных пластин помещались поочередно в камеру установки, это было возможно, благодаря наличию болтового соединения основания камеры с крышкой. Герметизация установки осуществлялась за счет расположенного между крышкой и основанием уплотнительного материала. После этого создавались необходимые условия проведения эксперимента. Так, с помощью вакуумного компрессора создавался вакуум (в ходе эксперимента было достигнуто разряжение воздуха в 0,85 бар). В этих условиях и проводилось основное экспонирование слоя ФПК. Результаты исследования приведены в табл. 1, где указаны значения относительной площади растровых точек 5отн на печатной форме, изготовленной на формной пластине 45 DPR при линиатуре растрирования 137 lpi. В этой же таблице приведены 5отн на печатных формах, изготовленных на той же формной пластине при проведении основного экспонирования на воздухе (стандартный процесс) и через слой воды.

Таблица 1

Результаты оценки 5отн на печатных формах, изготовленных при различных условиях проведения основного экспонирования

№ п/п S™ ф, % ц. ф' 5°™пф при различных условиях экспонирования

через слой воды в вакууме на воздухе

1 2 1,9 - -

2 3 3,3 0,9 -

3 5 5,0 2,9 0,5

4 7 6,9 5,0 2,1

5 10 9,6 7,2 5,1

6 20 18,3 15,8 12,4

7 30 29,8 24,7 21,0

8 50 50,0 42,9 38,5

Анализ результатов показывает, что исследуемые в работе условия проведения стадии основного экспонирования сказываются на воспроизведении растровых точек из области высоких светов, причем растровые точки малых размеров по мере увеличения разряжения воздушной среды (экспонирование на воздухе - в вакууме - через слой воды) воспроизводятся лучше. Следует заметить, что степень разряжения воздушной среды влияет и на величину искажений растровых точек из области полутонов изображения. Полученные при основном экспонировании (в созданном в ходе эксперимента вакууме) растровые точки на печатной форме имеют размеры меньше, чем в цифровом файле.

Причиной этого может быть наличие воздуха (из-за недостаточно высокого разряжения) в камере при проведении экспонирования формной пластины, которое оказывает ингибирующее действие на формирование растровых точек. Следует заметить, что размеры растровых точек на печатных формах, полученных на формных пластинах различного типа и одинаковой толщины, изменяются незначительно и мало зависят от линиатуры растрирования, хотя при самой большой из используемых линиатур уменьшение размера растровых точек все-таки наблюдается. Влияние толщины формной пластины на уменьшение размеров растровых точек на печатной форме проявляется в большей степени, однако, при проведении основного экспонирования на более толстых формных пластинах, в условиях созданного вакуума, искажения градационной характеристики меньше, чем при основном экспонировании на воздухе.

Наряду с размерами растровых точек, как известно, важным параметром печатных форм является их форма (конфигурация) и профиль. Исследования геометрической формы растровых точек на печатной форме, полученной при созданном вакууме, показаны на рис. 5.

Сравнение формы растровых точек показывает, что печатающие элементы, полученные при экспонировании в вакууме, имеют неровные края в отличие от печатающих элементов, полученных при экспонировании на воздухе.

Таким образом, условия формирования печатающих элементов (наличие или устранение воздуха) на стадии основного экспонирования, сказываются на их размерах и конфигурации.

В ряде работ, например [1], высказывается предположение, что на показатели печатных форм оказывает влияние не кислород, а другие составляющие воздушной среды.

Рис. 5. Микрофотография растровых точек на печатных формах, полученных при различных условиях основного экспонирования: 1 — в вакууме; 2 — на воздухе

Поэтому в рамках исследований с использованием модельной установки основное экспонирование осуществлялось в среде инертного газа. Использовался азот, который, являясь химически малоактивным веществом из-за большой прочности молекул, применяется для создания инертной среды при проведении некоторых химических реакций.

Эксперименты по использованию азота решали две задачи: устранение влияния воздуха на ингибирование процессов при проведении основного экспонирования и проведение экспонирования в среде азота. Исследования осуществлялись следующим образом: в камеру поочередно помещались образцы исследуемых формных пластин двух типов, на масочный слой которых был записан тест-объект. Затем осуществлялась продувка камеры азотом (под давлением 2 атмосферы) в течение одной минуты для того, чтобы газ вытеснил из установки находящийся там воздух. После этого, не прекращая подачи азота, выходное отверстие камеры закрывалось, при этом обеспечивалось создание избыточного давления внутри установки. Таким образом было достигнуто основное условие эксперимента: удаление воздуха из исследуемых образцов во время проведения стадии основного экспонирования. Камера устанавливалась в центре стола экспонирующего устройства. В дальнейшем проводилось основное экспонирование в течение оптимального времени в среде азота. После проведения комплекса операций по изготовлению печатных форм на них были измерены размеры печатающих элементов и затем построены градационные характеристики (рис. 6). Для сравнения на этом же рисунке представлены градационные характеристики печатных форм, изготовленные экспонированием на воздухе.

Как видно из рисунка, основное экспонирование в азотной среде позволяет воспроизводить более мелкие растровые точки и с меньшими искажениями, причем тип формной пластины незначительно влияет на уменьшение размеров растровых точек. Влияние линиату-ры растрирования на градиционную передачу печатных форм при основном экспонировании в среде азота (на примере использования формной пластины 45 DPR) практически не проявляется (рис. 7).

На печатных формах, полученных при проведении основного экспонирования в среде азота и на воздухе, оценивались профили печатающих элементов (рис. 8). Для удобства сравнения оба профиля совмещены.

Из рисунка видно, что растровые точки, сформированные на печатных формах, проэкспонированных в среде азота (в условиях отсутствия воздуха) имеют больший размер, более «крутой» профиль и плоскую вершину, чем на форме, полученной на воздухе.

Создание инертной среды (атмосферы азота) в камере может быть достигнуто не только путем заполнения, но и продуванием

О 10 20 30 40 50

SaH в цифровом файле, %

Рис. 6. Градационные характеристики печатных форм на различных типах формных пластин: 1,2 — 45 DPR; 3,4 — 45 DPU при основном экспонировании на воздухе

О 10 20 30 40 50

SqtH В цифровом файле. °о

Рис. 7. Градационные характеристики печатных форм, полученных на формной пластине 45 DPR при основном экспонировании в среде азота при различных линиатурах растрирования: 1 — 124 lpi; 2 — 137 lpi; 3 — 156 lpi

1

2

Рис. 8. Профили печатающих элементов на форме при проведении основного экспонирования: 1 — в среде азота; 2 — на воздухе

газа, подаваемого постоянно под определенным давлением. Градационная характеристика печатной формы, полученной на формной пластине 45 DPR по описанному варианту ее изготовления, приведена на рис. 9. На этом же рисунке показаны для сравнения две градационные характеристики, полученные с форм, экспонированных на воздухе и в азотной среде, создаваемой путем продувки газа.

SorH в цифровом файле, %

Рис. 9. Градационные характеристики печатных форм на формной пластине 45 DPR, экспонированных: 1 — на воздухе; 2 — путем продувки азота; 3 — путем подачи под давлением азота

Анализ рисунка показывает, что на печатных формах, экспонированных в камере при ее продувке азотом, растровые точки имеют большие размеры по сравнению с размерами точек на форме при экспонировании в азоте под давлением. В обоих случаях при экспонировании в азотной среде растровые точки на печатных формах становятся больше, чем на печатной форме, полученной при экспонировании на воздухе.

Полученные результаты указывают на возможность проведения стадии основного экспонирования при изготовлении флексограф-ских печатных форм по цифровой масочной технологии в азотной среде. Что касается закономерностей влияния процесса подачи азота, то, по-видимому, продувка камеры при экспонировании позволяет устранить влияние воздуха в большей мере.

Результаты работы позволяют более глубоко оценить процессы формирования печатающих элементов при проведении основного экспонирования в цифровой масочной технологии изготовления флексографских печатных форм и наметить пути ее совершенствова-

ния. Полученные результаты указывают, что направления проведения исследований были выбраны правильно, что подтверждают разработки в области формных процессов, изложенные в работе [2].

Библиографический список

1. Каннурпати А. Приручение фотополимеризации, или как повлиять на процесс изготовления печатных форм / А. Каннурпати, Б. Тейлор //Флексо-Плюс. — 2002. — № 1. — С. 6-11.

2. ШарфенбергЯ. Инновации для флексографии / Я. Шар-фенберг // Флексо-Плюс. — 2011. — № 5. — С. 4-5.

3. Шибанов В. Роль кислорода в формировании рельефного изображения / В. Шибанов // Флексо-Плюс. — 2002. — № 4. — С. 28.

4. Шибанов В. Технология «плосковерхих» точек / В. Шибанов // Флексо-Плюс. — 2011. — № 1. — С. 16-32.