نویسنده: گرهارد هوخشتاین (Gerhard Hochstein)
منبع: Flexo & Gravure Global 2013
فرایندهای چاپ دیجیتال تثبیت شده از جمله جوهرافشان و فرآیند زیروگرافی تونری به دنبال عرصه های کابردی جدیدتر از جمله چاپ بسته بندی هستند. با این حال تاکنون تعداد بی شمار انواع مرکب برای سطوح چاپی متفاوت ویژه بسته بندی، مانع شده تا روش های چاپی دیجیتال، جای پای محکمی در صنعت چاپ بسته بندی برای خود دست و پا کنند.
فرآیند جدید LaserSonic که اکنون به عنوان روش عملی به کار گرفته میشود، این امکان را فراهم می آورد تا از مرکب های فلسکو و گراور در فرآیند چاپ دیجیتال استفاده شود . شرکت سوئیسی DI Project AG که مقر آن در شهر بلین باک (Blennback) است، اولین ماشین دیجیتالی را که از فرآیند LaserSonic استفاده می کند، برای صنعت چاپ ساخته است.
با این که این ماشین هنوز مراحل آزمایشی را طی می کند، سازنده سوئیسی آن اعلام کرده ماشین به زودی به صورت تجاری وارد بازار خواهد شد.
بد نیست یادآوری شود که شرکت دات وایلر که از کهنه کاران چاپ گراور به شمار می رود، مالک این شرکت است، بنابراین این پدیده چاپ دیجیتال را باید در عرصه بسته بندی جدی تر ارزیابی کرد.
اصول کار ماشین
فرایند چاپ دیجیتال LaserSonic بر اساس اصل LIFT یا Laser Induced Forward Transfer (انتقال رو به جلو پالس نور لیزر) شکل می گیرد. با استفاده از نور لیزر، مواد مایع یا خمیری مانند مرکب های چاپی از طریق حاملی (Carrier Media) که با سطح چاپ شونده تماس برقرار نمی کند، روی آن منتقل می شوند. به همین خاطر در وهله اول LIFT را نمی توان گونه ای از چاپ دیجیتال واقعی نامید. در میان تکنولوژی های موجود در صنعت چاپ ، LIFT به گروه سیستم های چاپ دیجیتال غیر تماسی (Non Impact Printing) تعلق دارد .
سیستم LaerSonic توست شرکت DI Project AG ابداع شده که در ساخت آن از لیزر فیبر نوری استفاده شده است. این لیزر در محدوده نزدیک به مادون قرمز یا NIR(Near Infra Red) عمل می کند و طول موج آن 1064 نانو متر است.
ابتدا نور منبع لیزر توسط یک دولاتور جدا شده و به تک پالس های (ضربان) لیزری تبدیل می شود. سپس این پالس ها توسط تجهزات اپتیکال پیش اسکنی (Pre-Scan) تنظیم شده و به سمت یک آینه چرخان چند وجهی هدایت می شوند. از برخورد به آینه نور لیزر عملیات اسکن (scanning) را انجام می دهد. (تصویر شماره 1)
تجهیزات اپتیکال پس از اسکن (Post-Scan)بین آینه چرخان چند وجهی و منطقه چاپ قرار دارد. این تجهیزات پالس های لیزر را به صورت افقی و عمودی با دقت 2 میکرون در یک راستا (align) قرار می دهد. چنین دقت بالایی باری پرهیز از ایجاد خش یا خط روی کار – که می تواند در نتیجه فرایند اسکن لیزر (Scanning) رخ دهد- ضروری است.
فرایند LIFT براساس تبدیل نور لیزر به حرارت از طریق جذب آن در درون یا زیر لایه مرکب می شود. این فرایند شبیه فرآیند حباب افشان (bubble jet) است. حباب بخار باعث پرتاب ذرات مرکب می شود و پس از پرتاب شدن، ذرات مرکب به یک رشته تبدیل شده که در نهایت به صورت یک قطره مرکب روی سطح چاپ پذیر شکل می گیرد. (تصویر شماره 2)
بر خلاف چاپ جوهر افشان، در این فرایند نیازی به نازل یا هد چاپی نیست. اگر از مرکب چاپی شفاف NIR (نزدیک به مادون قرمز) ، مرکب به صورت یکنواخت روی نورد حامل (Carrier roller) و یا تسمه حامل
(Carrier belt) منتقل می شود. دو نوع پیکره بندی مختلف برای فرایند LIFT موجود است که شامل این موارد می شود:
1- یونیت نورد انتقال دهنده مرکب (برای مرکب یا مواد شفاف NIR)
این پیکر بندی هنگامی استفاده می شود که مرکبی که باید روی کار منتقل شود، نورهای نزدیک به مادون قرمز را چندان جذب نکند. این موارد شامل کلیه رنگ های اصلی، بخش عمده مرکب های متالیک و انواع ورنی های رایج می شود. ورد حامل مرکب (ورد انتقالی) نیز داراری لایه ای است که نور نزدیک به مادون قرمز را جذب کرده و انرژی نور را به گرما تبدیل می کند. یا لایه نازک مرکب (نازکی لایه بین 15 تا 20 میکرون است) به صورت همگن به نورد حامل مرکب منتقل می شود. هنگامی که نور نزدیک به مادون قرمز با سطح نورد انتقالی برخورد می کند، نور به لایه مرکب خورده، نفوذ خواهد کرد تا عمل تبدیل نور به گرما صورت پذیرد. گرمای بوجود آمده باعث ایجاد از حباب های بخار بین لایه مرکب و نورد انتقالی می شود. (تصویر شماره 3)
2- تسمه انتقالی برای مرکب ها یا مواد غیر جاذب نور نزدیک به مادون قرمز
هنگامی که با مرکب های جاذب نور مادون قرمز (IR) عملیات چاپ انجام می شود، این مرکب ها یا مواد ابتدا روی یک تسمه حامل منتقل می شوند. نور لیزر از پشت به تسمه تابیده شده و به درون مرکب نفوذ می کند و سپس انرژی نور به گرما تبدیل می شود.
دوده یکی از مواردی است که نور نزدیک به مادون قرمز را جذب می کند. دوده قادر است مجموعه گسترده ای از طول موج های نوری را جذب کند. به همین خاطر به عنوان یک جذب کننده نور NIR نیز به کار می رود.علاوه بر مرکب، مواد کاربردی فراوانی وجود دارند که می توان آن ها را با استفاده از تسمه حامل روی سطح چاپ پذیر منتل کرد. (تصویر شماره 4)
فرآیند LIFT
پژوهش و توسعه فرایند LIFT در اوایل دهه 1980 آغاز شد. این فرایند ابتدا در آمریکا برای تولید قطعات بسیار ریز مکانیکی و الکترونیکی که در ساخت سلاح به کار می روند، مورد بهره برداری قرار گرفت. مرکز پژوهش های نیروی دریایی آمریکا در آن زمان تحقیقات فراوانی در زمینه LIFT انجام داد. اولین کاربردهای این فرآیند در چاپ دیجیتال در اواسط دهه 90 میلادی توسط انستیتو پلی گرافیک مسکو، به ریاست «پروفسور ماکیموفسکی» ابداع شد. این انستیتو اولین جایی بود که اقدام به ثبت اختراع کاربردهای LIFT در عرصه چاپ دیجیتال کرد. از سال 1997 تاکنون فرآیند LIFT برای چاپ دیجیتال توسط « دکتر اودولیمان» (UDOLOEHMAN) بیان گذار و مدیر عامل شرکت آلمانی Aurentum ادامه پیدا کرده و توسعه داده شده است. این شرکت هسته اصلی اختراعات مربوط به تکنولوژی Laser Sonic را به نام خود ثبت کرده است.
کاربردها
فرایند LIFT هنوز به طور گسترده و در سطح صنعتی مورد استفاده قرار نگرفته است. در گذشته فعالیت های پژوهشی در دانشگاه ها روی انتقال مواد کاربردی متمرکز بود. تاکنون هسته اصلی پژوهش ها شامل انتقال مواد رسانا برای اجزای الکترونیک از جمله سلول های خورشیدی، سطوح جاذب موج های رادار، برای مصارف نظامی (مانند هواپیماهای نامریی از چشم رادار) و یا تولید سلول های ارگانیک می شد. با این حال در سالهای اخیر شبکه گسترده ای از دانشگاه ها و انستیتوهای پژوهشی در اروپا، از جمله دانشگاه فنی آتن، دانشگاه بارسلون، انستیتو PSI در سوئیس، دانشگاه پرینستون در آمریکا، مرکز پژوهش های دریایی آمریکا در مورد تکنولوژی LIFT پژوهش های فراوانی انجام داده اند.
پیشگانان و موقعیت ها
در زمینه کاربردهای صنعتی، دو شرکت Schmid Technologies و Aurentum به طور مشترک فرایندی برای انتقال مرکب های آلومینیومی و نقره ای روی سلول ها خورشیدی ابداع کرده اند.
اشمید اولین شرکتی بود که توانست یک ماشین چاپ دیجیتال با استفاده از فرایند LaserSonic برای مصارف تجاری بسازد. (تصویر شماره 6)
DI Project AG شرکتی است که در سال 2009 توسط «مکس دات وایلر» (بزرگترین تولید کننده سیلندرهای گراومر) و InterprintGmbh در شهر بلین باک سوئیس تاسیس شده است.
این شرکت یک ماشین چاپ دیجیتال – که بر اساس سیستم LaserSonic عمل می کند – برای بازار چاپ های تزئینی ساخته است. این شرکت تصمیم دارد کاربردهای دستگاه را افزایش داده و آن را برای چاپ چند رنگ روی مواد منعطف از جمله فیلم و مواد لیبل، بهینه و سازگار کند.
از سال 2012 تاکنون این شرکت چندین مورد تست برای بسته بندی منعطف روی این دستگاه انجام داده است.
در حال حاضر شرکت DI Project fi به دنبال چاپخانه هایی است که بتواند ماشین جدید خود را در آن ها نصب کرده و کاربردهای صنعتی آن را توسعه دهد. (تصویر 7 و 8)
هم اکنون تلاش های فراوانی برای سازگار کردن فرایند LIFT در جهت انتقال مرکب چاپ شیشه و مدارهای الکترونیک (ازجمله نیمه هادی ها) و صفحات نمایشی ساخته شده از دیودهای مایع ارگانیک انتشار نور(OLED) در جریان است.
در زمینه چاپ روی شیشه، شرکت ها و نهادهای چاپی به طور مستقیم درگیر انجام آزمایشات و تحقیقات هستند، در حالی که برای چاپ مدارهای الکترونیک تا کنون تنها دانشگاه ها و نهادهای پژوهشی فعالیت می کردند.
تلاش های فراوانی برای ساخت نسل جدیدی از زیست حسگرها (bio-sensors) که بتوان آن ها را با استفاده از فرآیند LIFT پوش دهی (Coating) کرد، در جریان است. برای مدتی اتحادیه اروپا پروژه های پژوهشی در این زمینه را در چارچوب تکنولوژی های آینده نگر مورد حمایت قرار می داد.
ویژگی های فرآیند Laser Sonic
به لحاظ تئوری فرآیندLIFT/Laser Sonic قابلیت انتقال مایعات به شرط ساختن حباب بخار است، البته بخار باید بتواند منجر به ایجاد یک قطره مرکب شود. از آن جایی که در این فرآیند به هیچ گونه نازل یا قطعات مکانیکی دیگر نیازی نیست، می توان پیگمنت را در ابعاد بزرگتری روی کار چاپی منتقل کرد. به همین خاطر ابعاد 1 تا 3 میکرون مرکب جوهر افشان هیچ گونه محدودیتی برای فرآیند Laser Sonic ایجاد نمی کند. در طول یک تست، ماشین DI Project موفق شد پیگمنت های صدفی با ابعاد بزرگتر از 60 میکرون را با موفقیت روی سطح چاپ پذیر ، منتقل کند.
در این روش چاپ، که مکمل دیگر روش های چاپی دیجیتال به شمار می آید می توان از مرکب های متالیک و یا مرکب های ویژه مواد غذایی که در فرایند فلکسو و گراور به کار می روند استفاده کرد. (این مرکب ها چندان تحت تاثیر پدیده متامریسم قرار نمی گیرند. پدیده متامریسم باعث می شد تا مرکب در زیر نورهای مختلف رنگ های متفاوتی به نمایش بگذارد.)
تاکنون مرکب های آب پایه ساخت Arcolor و مرکب های بسته بندی اتانول شرکت Siegwerk با موفقیت در این فرایند به کار گرفته شده اند. کلیه سطوح چاپ پذیر مورد استفاده در چاپ فلکسو و گراور را می توان در این فرایند به کار گرفت. تنها مرحله مورد نیاز قبل از چاپ، انجام عملیات جرقه زنی فیلم ها است که باعث چسبندگی بهتر مرکب روی سطح چاپ پذیر، به ویژه فیلم می شود.
به دلیل ساختار ویژه ماشین چاپ LaserSonic ، در حال حاضر استفاده از مواد سخت و ضخیم مانند مقوا در ماشین امکان پذیر نیست.تاکنون سطوح چاپ پذیر با ضخامت بین 30 تا 325 میکرون از جمله LWC، فیلم های OPP، PP، PE، کاغذ کادو و مقوای نازک با موفقیت توسط این ماشین، چاپ شده اند.
کیفیت چاپ در این فرآیند به عوامل گوناگونی بستگی دارد. ابتدا میزان کافی از مرکب باید روی سطح چاپ پذیر انتقال داده شود تا تراکم های مطلوب مشابه سیستم های چاپی رایج به دست آید.
در هنگام انجام تست های چاپی در شرکت DI Project AG، مرکب پایه اتانول VL-Blue روی فیلم ترموپلاستیک با تراکم اپتیکال کمتر از 2 منتقل شد. از جمله مشکلاتی که در این سیستم ممکن است به وجود آید، چاپ قطرات ناخواسته مرکب روی کار است که به صورت لکه مرکب و با لبه ها ی ناقص مناطق چاپ شده روی کار به چشم می خورد. این مشکلات هنگامی بروز می کندکه میزان انرژی نوری انتخاب شده بیش از حد بوده یا ویسکوزیته مرکب به درستی انتخاب نشده باشد.
مرکب ها و حلال های مختلف هر کدام خاصیت ویژه ای دارند. در مقابل، اشکالات چاپی نیز دارند. به عنوان مثال مرکب های نیتروسلولزی (NCBased inks) در مقایسه با مرکب های پایه اتانول و یا مرکب های آب پایه بیشتر امکان آن را دارد که در هنگام به کار گیری سیستم LaserSonic، اشکالات چاپی را که به آن ها اشاره شد، از خود بروز دهند.
یکی از اشکلات چاپی که در این سیستم رخ می دهد، مشاهده نوارهای عرضی و طولی ناخواسته روی کار چاپ شده است، این اشکال چاپی می تواند بر اثر مرکب دهی ناکافی نوردهای انتقالی و یا در اثر تماس تسمه های حامل یا سطح چاپ شده و همچنین نوسان در سرعت حرکت رول اتفاق بیفتد.
پیکره بندی
اولین ماشین چاپ دیجیتال چند رنگ LaserSonic که توسط شرکت DI Project ساخته شد، از پایان سال 2011 تاکنون فاز آزمایشی را پشت سر می گذارند. دستگاه به 4 واحد مرکب دان مجهز است و می توان آن را به نورد انتقالی یا تسمه حامل، بر اساس نیاز مجهز کرد. عرض چاپ دستگاه 530 میلی متر است و رزولوشن فیزیکی دستگاه در هر قطره 600×600dpi است. ویژگی منحصر به فرد این سیستم، پیوند دادن نقاط چاپی به یکدیگر است. بدون این که هیچ گونه مشکلی در طول عملیات رخ دهد. به طور معمول توان لیزر را می توان متناسب با هر نقطه چاپی تنظیم کرد. این ویژگی به لحاظ تئوری، امکان تولید قطرات در ابعاد مختلف ا فراهم می آورد. با این حال به لحاظ عملی این کار با مشکلاتی مواجه است. تا کنون ایجاد قطرات در ابعاد مشابه به راحتی انجام شده است. سرعت ماشین در حال حاضر 5 متر در دقیقه (16 فوت در دقیقه) است. با این حال در هنگام تست، سرعت آن از 5/2 متر در دقیقه بالاتر نرفت. با این سرعت می توان 75 متر مربع در ساعت کار چاپ کرد. ماشین DI Project طولی معادل 13 متر دارد و به سیستم رول باز کن، یونیت های چاپ دوبل، رول جمع کن و متعلقات دیگر از جمله یونیت تخلیه مجهز است.
هر یونیت به خشک کن هوای گرم مجهز است. هر یونیت چاپ دوبل نیز دو یونیت انتقالی و یک منبع نور لیزر را شامل می شود. از آنجایی که طراحی دستگاه مدولار است، می توان چندین یونیت چاپ به دستگاه اضافه کرد. همچنین پیکره بندی هیبرید و استفاده همزمان از چند فرایند چاپی در دستگاه امکان پذیر است.
آینده ای درخشان
طی سه سال گذشته گام های مهمی در توسعه و استفاده از تکنولوژی LaserSonic در صنعت چاپ برداشته شده است. پس از انجام تست های فراوان و استفاده از مرکب ها و سطوح چاپ پذیر متعدد، اکنون مرحله انجام تست های چاپی با اهداف از پیش تعیین شده شروع شده است.
از آنجایی که هر کاربر جدید نیاز به تایید کیفیت و فرآیند کار ماشین دارد، در حال حاضر DI Project به دنبال چاپکارانی است که مایل باشند با استفاده از این ماشین کارهای مورد نیاز خود را به صورت آزمایشی چاپ کنند.
نتیجه گیری
به عنوان یک تکنولوژی چاپ دیجیتال بدیع، شکی نیست که LaserSonic پتانسیل رقابت با دیگر فرآیند های چاپ دیجیتال را به ویژه در زمینه شخصی سازی و چاپ در تیراژ کم داراست، ولی این موارد برای چاپ فلکسو و گراور چندان مناسب نیستند. امکان استفاده از مرکب فلکسو و گراور از ویژگی های منحصر به فرد LaserSonic است. به همین خاطر این سیستم چاپی، بین سیستم ها توانایی خاص خود را - به ویژه هنگامی که تقاضا برای کاهش و یا حذف پدیده متامریسم در چاپ ضروری است – به نمایش می گذارند. استفاده از مواد کاربردی در این تکنولوژی نیز هر روز اهمیت بیشتری به ویژه در تولید بسته بندی لوکس و با کیفیت پیدا می کند. با در نظر گرفتن تحولات اخیر، فرایند LaserSonic اکنون در استانه تحولی چشمگیر است که امکان استفاده از ان را در سطح تجاری و صنعتی فراهم می آورد.
منبع : ماهنامه صنعت چاپ / شماره 392