La decisión de invertir en una prensa flexográfica rara vez depende de un solo tipo de sustrato. Los convertidores de impresión que atienden a los mercados de envases flexibles saben que una prensa que permanece inactiva porque no puede manejar un pedido entrante es un capital que no se gana el sustento. La pregunta no es si una máquina puede imprimir en un material-sino si puede cambiar entre materiales sin tiempos de inactividad excesivos, desperdicios o compromisos de calidad.
A Máquina de impresión flexográfica de seis colores de alta velocidadse encuentra en el medio del espectro de equipos: más capaz que una unidad de banda estrecha-de cuatro-colores-pero menos especializado que una configuración de tambor central-impress (CI) de ocho- o diez-colores-diseñada exclusivamente para trabajos cinematográficos de alta-. Comprender lo que esta máquina puede manejar-y dónde se encuentran sus límites- requiere observar la interacción entre el diseño mecánico, las propiedades del material y los parámetros del proceso.
La arquitectura de la impresión central
La mayoría de las prensas-de seis colores-de alta velocidad utilizan un diseño de cilindro de impresión central (CI). En esta configuración, las seis estaciones de impresión están dispuestas radialmente alrededor de un cilindro de impresión común de gran diámetro-. La banda se envuelve alrededor de este cilindro a medida que pasa por cada estación, lo que significa que el tambor CI sostiene el sustrato en cada punto donde se transfiere la tinta.
Esta arquitectura es de gran importancia para la versatilidad del sustrato. Una prensa tipo pila- (donde las estaciones se apilan verticalmente una encima de la otra) somete la banda a una tensión acumulativa a medida que viaja hacia arriba a través de múltiples líneas de contacto. Las películas delgadas se estiran. Los papeles delicados se arrugan. Por el contrario, una prensa CI mantiene la banda bajo una tensión relativamente estable porque la longitud del recorrido entre las estaciones es corta y el cilindro CI proporciona un soporte de respaldo continuo.
Una investigación publicada en Polymer Engineering & Science ha examinado el comportamiento de la tensión de la red en sistemas de rollo-a-de múltiples estaciones, lo que demuestra que las configuraciones de CI exhiben una menor variación de registro que los diseños apilados o en-línea cuando se ejecutan sustratos extensibles. Esta es la razón por la que las prensas de tambor CI generalmente se consideran la opción más versátil para entornos de producción de sustratos mixtos-.
Manejo del sustrato: qué entra en la máquina
Webs-en papel
El papel y el cartón representan la categoría de sustrato-básica para la mayoría de las operaciones flexográficas. El papel de periódico, el soporte kraft, el medio corrugado, el cartón sólido blanqueado al sulfato y el cartón plegable recubierto pasan diariamente por las prensas flexográficas.
Lo que hace que el papel sea manejable desde la perspectiva del equipo es su estabilidad dimensional. El papel no se alarga significativamente bajo tensión de producción normal, por lo que el control del registro en seis colores es mecánicamente sencillo. El desafío radica en otra parte-la resistencia y la absorbencia de la superficie. Los papeles de bajo-gramaje-pueden formar pelusas durante el contacto con la placa, depositando fibras en la placa que degradan las impresiones posteriores. TAPPI T 499 (prueba de selección de cera) y TAPPI T 456 (medición de suavidad) proporcionan métodos estandarizados para evaluar si un grado de papel determinado sobrevivirá a las presiones de contacto flexográficas sin degradación de la superficie.
Los grados de tablero superiores a aproximadamente 400 g/m2 introducen problemas relacionados con la rigidez-. El tablero grueso no se adapta fácilmente a la curvatura del cilindro CI, lo que crea una presión de corte desigual en todo el ancho de la banda. Algunas prensas incorporan un cilindro impresor segmentado con sectores ajustables para compensar este efecto; otros dependen de cubiertas de mantilla compatibles en el cilindro de impresión para distribuir la presión de manera uniforme sobre sustratos más gruesos.
Películas de poliolefina
El polipropileno biaxialmente orientado (BOPP), el polietileno de baja-densidad (LDPE), el polietileno lineal de baja-densidad (LLDPE) y el polipropileno fundido (CPP) representan en conjunto la mayor parte del volumen de películas de embalaje flexibles impresas en todo el mundo.
Estas películas presentan un conjunto de desafíos diferente al del papel. Tienen una energía superficial más baja, lo que significa que la tinta no los mojará a menos que se haya tratado la superficie. También son más sensibles a la temperatura-: una película de BOPP comienza a encogerse si el túnel de secado supera aproximadamente los 120-130 grados, y las películas de PE se ablandan a temperaturas aún más bajas.
Por lo tanto, el tratamiento de la superficie no es-negociable. Las unidades de descarga de corona instaladas en línea antes de la primera estación de impresión ionizan la superficie de la película, creando grupos polares que elevan la energía de la superficie de alrededor de 30 dinas/cm a 38-42 dinas/cm-el rango en el que las tintas flexográficas a base de agua- o de solvente- logran una humectación y adhesión adecuadas. ASTM D2578 especifica el método de prueba de pluma con dina utilizado para verificar el nivel de tratamiento antes de continuar con la impresión.
Para los convertidores que procesan papel y película en la misma línea, una máquina de impresión flexográfica de seis colores de alta velocidad equipada con una estación de corona opcional que se puede activar o desactivar según el sustrato ofrece una flexibilidad operativa significativa. Sin esta capacidad, cambiar entre papel kraft sin tratar (que no requiere corona) y BOPP sin tratar (que lo exige) requeriría un pre-tratamiento de las películas fuera de línea o aceptar resultados de adhesión inconsistentes.
Películas de poliéster y barrera
Las películas de tereftalato de polietileno (PET) y poliamida (PA, nailon) ocupan el segmento de mayor-rendimiento del mercado de películas para embalaje flexible. El PET es dimensionalmente estable, resiste el estiramiento y tolera temperaturas de secado más altas que las poliolefinas. En muchos aspectos, es más fácil trabajar a alta velocidad en una prensa flexográfica que en BOPP o PE.
Las películas de nailon introducen sensibilidad higroscópica. El nailon absorbe la humedad ambiental y esa absorción cambia sus dimensiones. Una red de nailon que se registró correctamente al comienzo de un turno puede perder el registro a medida que la humedad cambia a lo largo del día. Las prensas configuradas para la producción regular de nailon a menudo incluyen controles ambientales cerrados alrededor de la ruta de la banda y pueden usar rodillos de compensación servo-que ajustan la longitud de la banda dinámicamente según la retroalimentación del sensor.
Las películas de barrera que contienen alcohol etilenvinílico (EVOH) o capas de metalización de aluminio requieren atención al hecho de que la propia capa de barrera puede dañarse por una presión excesiva o por exposición a solventes. Si bien la imprenta no prueba directamente las propiedades de barrera después de la impresión, el operador debe tener en cuenta que las condiciones de impresión agresivas pueden comprometer las tasas de transmisión de oxígeno medidas según las normas ASTM F1927.
Lámina de aluminio
El papel de aluminio-normalmente de 6 a 15 micrones de espesor-se procesa en prensas flexográficas principalmente para envases farmacéuticos y envoltorios de confitería de primera calidad. La lámina no es-porosa, no-absorbente y dimensionalmente rígida. La tinta se seca completamente por evaporación en lugar de por penetración.
La principal consideración operativa con el papel de aluminio es la limpieza. La fabricación de láminas deja lubricantes de rodamiento residuales y compuestos antiestáticos en la superficie. Si estos contaminantes permanecen, interfieren con la humectación de la tinta. El tratamiento con corona o llama en línea inmediatamente antes de la primera estación de color es una práctica estándar. El tratamiento con llama es especialmente eficaz en láminas, porque al mismo tiempo limpia los residuos orgánicos y oxida la superficie del metal.
El papel de aluminio también requiere un manejo cuidadoso en las secciones de desenrollado y rebobinado. Debido a que la lámina se rompe en lugar de estirarse, los procedimientos de recuperación de roturas de la banda deben ser más suaves que los utilizados para la película. Muchos operadores configuran rampas de aceleración más lentas y límites de tensión máxima reducidos al cambiar de tiradas de película a láminas en la misma máquina.
Telas no tejidas
Los no tejidos de polipropileno spunbond y fundido se han convertido en un área de crecimiento para la impresión flexográfica, impulsada por la demanda de envases médicos de marca y bolsas de compras reutilizables. Los no tejidos se comportan de manera diferente a cualquier otro sustrato flexográfico común. Se comprimen bajo presión, se recuperan parcialmente después de pasar a través de la impresión y consumen significativamente más tinta que la película o el papel con un área- equivalente porque la tinta penetra en la masa fibrosa en lugar de permanecer en la superficie.
El control del registro de telas no tejidas es notoriamente difícil. La investigación sobre el manejo de materiales no tejidos en bobinas en procesos de rollo-a-rollo, documentada en procedimientos técnicos de las organizaciones TAPPI y AIMCAL, recomienda márgenes de impresión más amplios y especificaciones de tolerancia más flexibles al imprimir en no tejidos en comparación con películas o papeles. Una prensa flexográfica de seis-colores que utiliza sustratos no tejidos normalmente funciona a velocidad reducida-a menudo entre un 40 % y un 60 % del máximo nominal-para mantener una precisión de registro aceptable.
Consideraciones del sistema de tinta en todos los sustratos
La elección entre tintas a base de solvente-, a base de agua- y de curado UV-es inseparable de la cuestión del sustrato.
Las tintas a base de solvente-se secan rápidamente y lucen muy brillantes en superficies no-porosas como películas y papel de aluminio. Pero en muchos lugares necesitan sistemas de recuperación o reducción de disolventes debido a las normas sobre emisiones de COV. Estas reglas incluyen la Ley de Aire Limpio de la EPA y la Directiva de Emisiones Industriales (IED) de la Unión Europea. Los sistemas pueden ser oxidadores térmicos regenerativos o unidades de adsorción de carbono. Entonces, para una máquina que debe trabajar con muchos materiales diferentes, las tintas solventes pueden funcionar con casi todos ellos. Pero también añaden más trabajo para seguir las reglas.
Las tintas-a base de agua son cada vez más predominantes, especialmente en regiones con estrictas regulaciones sobre COV. Secan bien sobre soportes porosos (papel, cartón) y adecuadamente sobre películas tratadas. Su limitación es la velocidad: el agua se evapora más lentamente que los solventes orgánicos, lo que puede limitar el rendimiento de la producción en sustratos no-porosos a menos que se instalen túneles de secado extendidos o cuchillas de aire a mayor-temperatura.
Las tintas UV se curan instantáneamente al exponerse a lámparas ultravioleta. No se secan por evaporación en absoluto-se polimerizan. Esto significa que las tintas UV se asientan en la superficie del sustrato exactamente como se depositan, ofreciendo una nitidez de punto excepcional y resistencia a la abrasión. No todos los sustratos aceptan tintas UV por igual. Los papeles muy absorbentes pueden absorber el vehículo de tinta UV de baja-viscosidad antes de que se produzca el curado, lo que provoca una mala formación de la película de tinta. Algunas películas plásticas contienen aditivos (estabilizadores UV, agentes deslizantes) que migran a la superficie e interfieren con la química del curado UV. ASTM F1942 proporciona orientación sobre la evaluación del rendimiento de tintas curables por UV en sustratos flexibles.
Selección de rodillos anilox y combinación de sustratos
Los rodillos anilox determinan cuánta tinta se transfiere a la plancha y, en última instancia, al sustrato. El volumen de la celda (expresado en mil millones de micrómetros cúbicos por pulgada cuadrada, BCM) y la regla de la pantalla (líneas por pulgada, LPI) son los dos parámetros de especificación principales.
Los rodillos anilox de mayor BCM transfieren más tinta, lo que produce una cobertura más intensa adecuada para fondos blancos opacos o bloques de colores sólidos. Los rodillos BCM inferiores producen películas más delgadas apropiadas para trabajos finos de medios tonos y reproducción de colores de proceso. La relación entre la selección del anilox y el sustrato es directa: los papeles absorbentes pueden acomodar mayores volúmenes de tinta porque parte de la tinta penetra en la hoja. Las películas requieren un control más estricto del volumen de tinta porque el exceso de tinta se acumula en la superficie y no se cura ni se seca dentro del tiempo de residencia disponible en el túnel.
Cuando se configura una máquina de impresión flexográfica de seis colores de alta velocidad para un nuevo sustrato, la selección del rodillo anilox suele ser el primer parámetro que se ajusta después del montaje de la placa. Los operadores experimentados mantienen inventarios de anilox que cubren una variedad de combinaciones de LPI/BCM y los relacionan con el tipo de sustrato utilizando registros empíricos acumulados en trabajos anteriores. Actualmente no existe un modelo predictivo universal que vincule de manera confiable la geometría anilox con el resultado de impresión en todas las combinaciones de sustrato-tinta, aunque una investigación publicada en Progress in Organic Coatings ha avanzado marcos teóricos para la mecánica de transferencia de tinta en sistemas de huecograbado y flexografía.
Configuración del túnel de secado
Podría decirse que el sistema de secado es el subsistema más importante para determinar qué sustratos puede manejar una prensa determinada a velocidades comerciales.
Los túneles de secado-de aire caliente son la configuración básica. El aire caliente se dirige hacia la banda recién impresa a través de conjuntos de boquillas ubicadas entre las estaciones de impresión. El control de la temperatura, la velocidad y la humedad del aire varía ampliamente entre las máquinas. Las prensas-de nivel básico pueden ofrecer sopladores de velocidad-fija y control de temperatura termostático simple. Las máquinas de mayor-especificación cuentan con variadores de frecuencia-en motores de sopladores, elementos calefactores controlados por zona-y sensores de humedad de escape que modulan el flujo de aire para evitar la condensación dentro del túnel.
