Druk na laminowanych tubach z wykorzystaniem druku inkjet UV stawia przed technologią kilka wyjątkowych wyzwań. Tuby, które są wyginane i zgniatane w procesie formowania oraz podczas wyciskania zawartości, wymagają stosowania elastycznych warstw atramentu. Musi on dobrze przylegać do podłoża, być odporny na pękanie w trakcie użytkowania oraz spełniać wszystkie wymagania zgodności z normami. Co więcej, kosztowne podłoże potrzebuje maszyny, która oferuje najkrótsze możliwe ścieżki przebiegu wstęgi oraz możliwość nakładania inline opcjonalnych wykończeń po druku.
W tym świetle zadanie rozwoju produktu, które znane drukarnie drukujące na laminatach postawiły przed firmą Gallus Ferd. Rüesch AG, nie było proste. Producent maszyn drukarskich mógł wykorzystać część rozwiązań tego skomplikowanego wyzwania uzyskanych przy innym projekcie rozwojowym. W przypadku pudełek składanych, w których aple sięgają poza krawędzie wydruku, wymagania dotyczące elastyczności atramentów UV są analogiczne jak te w przypadku tubek laminowanych. Wyzwanie polega na zapobieganiu pękaniu warstwy druku inkjetowego UV pod wpływem naprężeń mechanicznych. Przez długi czas jedynym sposobem na uniknięcie pękania kruchej warstwy atramentu była rezygnacja z nakładania apli, które z konieczności sięgały poza złamy projektu opakowania.
Opracowanie elastycznych atramentów UV
W tym celu na początku 2019 r. firma Gallus wraz ze znanym markowym producentem uruchomiła projekt „Elastyczny atrament inkjet UV” przeznaczony do druku na pudełkach składanych. Ukończenie tego skomplikowanego projektu potrwało trzy lata, w trakcie których zrealizowano wszystkie etapy rozwojowe, oceny adekwatności oraz 6-miesięczne kwalifikacje atramentów. Aby potwierdzić ich przydatność, uczestniczący w testach producent zadrukował ponad 900 km tektury na maszynie Gallus Labelfire 340 oraz wyprodukował ponad 8 mln wykrojów.
Wśród kryteriów stawianych drukowi była możliwość kompletnego utwardzenia warstwy atramentu przy prędkości drukowania 70 m/min w taki sposób, by była odporna na zarysowania i elastyczna. Dodatkowo atrament na wykrojach zadrukowanych na całej powierzchni i przetwarzanych z prędkością 1000 opakowań/min nie mógł pękać podczas tzw. packer test. Co więcej, atrament UV musiał zaliczyć program testów sensorycznych w branży tytoniowej i spełnić wszystkie wymagania w zakresie zgodności z przepisami i ocenami toksyczności. Obejmowały one skład atramentów UV zgodny z wymogami rozporządzenia szwajcarskiego, test zgodności REACH dla substancji chemicznych, wymogi dyrektywy RoHS 2011/65EU oraz listę wykluczeń EUPIA dla zdefiniowanych surowców, jak również dowód na brak substancji o działaniu rakotwórczym, mutagennym lub reprotoksycznym. Opracowany w wyniku projektu system inkjet UV o nazwie produktowej „UVF01” przeszedł pomyślnie testy i od początku tego roku został dopuszczony przez markowego producenta do masowego zastosowania w produkcji pudełek składanych. To zaś zapewniło warunki niezbędne do przeniesienia wyników elastycznych atramentów UV z druku kartonów składanych na rozwiązanie przeznaczone dla tubek laminowanych.
Modyfikacje systemu maszyny drukującej
Aby móc wykorzystać system UVF01, niezbędne było wprowadzenie do maszyny Gallus Labelfire 340 modyfikacji związanych z technologiami suszenia oraz prowadzenia wstęgi. Ta ostatnia musiała zostać przeprojektowana w celu maksymalnego możliwego skrócenia przebiegu wstęgi kosztownego substratu.
Firma Gallus w zakresie utwardzania radiacyjnego wkroczyła na nowy grunt. W wersji Gallus Labelfire przygotowanej dla nowego systemu elastycznych atramentów UV systemy utwardzania UV-LED zastępują stosowane wcześniej lampy rtęciowe. Zaletą technologii UV-LED jest to, że dzięki wysokiej intensywności promieni UV-A energia skuteczniej przenika przez warstwy farby, co skutkuje bardziej równomiernym utwardzeniem.
Ze względu na wysoką intensywność lamp UV-LED zwiększenie mocy suszenia nie wymaga już stosowania boosterów. Oznacza to, że wrażliwa na oddziaływanie wysokich temperatur tubka laminowana może być przetwarzana bez wystąpienia negatywnych skutków ciepła. Jako dodatkowy środek zapobiegawczy w celu szybkiego i pełnego utwardzenia warstwy atramentu stosuje się gaz obojętny, w którym sieciowanie warstwy atramentu w komorach obojętnych odbywa się w warunkach beztlenowych (tlen zostaje zastąpiony przez azot w zamkniętym środowisku).
Zawartość tlenu w komorach inercyjnych jest stale monitorowana przez czujniki i utrzymywana na poziomie poniżej 500 ppm (cząsteczek na milion). Osiągnięty wzrost wydajności utwardzania, jak również reaktywność fotoinicjatorów skutkują całkowitym utwardzeniem warstwy atramentu przy prędkości drukowania 70 m/min. Dodatkową korzyścią jest to, że bardzo dobra przyczepność atramentu do podłoża jest osiągana bez użycia primerów.
Układ maszyny w modułowym Gallus Labelfire „Tube Edition” został zaprojektowany w taki sposób, by ścieżka wstęgi w maszynie była jak najkrótsza. Z tego powodu w miejsce podwójnego nawijaka zastosowano pojedynczy. Przy wyborze fleksograficznych zespołów drukujących firma zdecydowała się na serię Gallus ECS. Główną zaletą tych zespołów drukujących jest ultrakrótka ścieżka przebiegu wstęgi, wynosząca zaledwie 1,1 metra od jednego punktu docisku do kolejnego, co znacznie zmniejsza ilość odpadów podczas przygotowania i produkcji. Biorąc pod uwagę wysokie koszty materiałowe tub laminowanych stanowi to kluczowy czynnik wpływający na wysoką rentowność procesu drukowania. Przykładowo droga wstęgi surowca pomiędzy odwijaniem i nawijaniem w „Tube-Edition” wynosi tylko około 25 m, w porównaniu z około 80 m w porównywalnej maszynie do drukowania tub laminowanych. Co więcej, napędzane serwomechanizmem zespoły drukujące Gallus ECS umożliwiają maksymalną elastyczność podłoża przy stosowaniu laminatów o różnej grubości. W maszynie Gallus Labelfire „Tube Edition” centralnie umieszczony zespół DEU do druku cyfrowego inkjet UV jest otoczony z przodu i z tyłu fleksograficznymi zespołami drukującymi. Układ ten łączy wysoką jakość druku cyfrowego z finansowymi korzyściami zapewnianymi przez druk fleksograficzny, także w przypadku motywów o wysokim stopniu pokrycia farbą. Fleksograficzny zespół drukujący umieszczony przed zespołem druku cyfrowego służy najczęściej do nakładania kolorów spotowych, folii na zimno lub podkładu – primera (jeśli są wymagane), natomiast jednostka za zespołem cyfrowym jest wykorzystywana do nakładania powłoki ochronnej na całej powierzchni. Na życzenie użytkownika cyfrowy system produkcyjny może zostać uzupełniony o dodatkowe urządzenie do foliowania na zimno.
Porównanie potencjału tubek z zadrukiem cyfrowym i konwencjonalnym
Kolejnym etapem projektu – po stworzeniu koncepcji maszyny drukującej i serii atramentów – było praktyczne porównanie tubek zadrukowywanych cyfrowo i konwencjonalnie. Pozwoliło to na ocenę, czy i w jakim stopniu różnice pomiędzy projektami da się zauważyć na podstawie zdefiniowanych kryteriów jakości. W tym celu firma Permapack AG wniosła do projektu swoje doświadczenie w zakresie druku laminatów, produkując próbki tub z nadrukiem konwencjonalnym. Zostały one wydrukowane na maszynie Gallus RCS 330 jako wzorzec dla druku cyfrowego i posłużyły do wspólnej oceny z firmą Gallus. Cyfrowe próbki wzorcowe zostały wydrukowane na przemysłowej maszynie Gallus Labelfire 340 wyposażonej w serię atramentów UVF01 i w zmodyfikowaną technologię suszenia. Wzory dla testów porównawczych i różnorodne tubki laminowane zostały wybrane zgodnie z typowymi wymaganiami rynku.
Rezultaty testów z użyciem atramentu UVF01 wykazały jego doskonałą trwałość na – najpopularniejszych na rynku – laminowanych tubkach PBL i ABL oraz na tubkach wykonanych z laminatów papierowych. Oceny wskazały wyłącznie wyniki w zakresie „1” – czyli „bardzo dobry”. W trakcie testów stwierdziliśmy, że przyczepność i giętkość nowego elastycznego atramentu UV wykazywały dobre wartości. Cyfrowo zadrukowany materiał tuby można było przetwarzać w taki sam sposób, jak materiał zadrukowany konwencjonalnie – mówi Günther Forster, prepress manager, Business Unit Printing Product Manager Cosmetics w Permapack AG, opisując analizę wyników testów. Jedynie zadrukowany cyfrowo laminat PP, który jest stosowany na rynku w bardzo ograniczonym zakresie, wykazał odchylenie od normy w teście starzenia. W przypadku laminatów PP należy jeszcze nieco zmodyfikować warunki druku oraz atramenty do druku inkjetowego. 
Podsumowanie
Gallus Labelfire „Tube-Edition” wraz z elastycznym atramentem UVF01 prezentuje się jako pionierska alternatywa dla w pełni konwencjonalnego druku na tubach. Dzięki wysokiej rozdzielczości natywnej 1200x1200 dpi druk cyfrowy przewyższa pod względem jakości prace drukowane w druku fleksograficznym niezależnie od drukowanych motywów.
Oprócz jakości druku decydującym kryterium przemysłowego zastosowania tego systemu jest jego opłacalność. To przypadek, w którym system maszynowy przystaje do sytuacji rynkowej, cechującej się spadkiem nakładów tubek. Ponieważ krótkie i średnie nakłady są mocną stroną druku cyfrowego, również tutaj może on pokazać swoje zalety. Analiza progu rentowności próbek druku wykonanych różnymi technologiami wykazuje, że produkcja kombinowanymi metodami cyfrowymi i konwencjonalnymi serii o długości do ok. 5 tys. metrów jest bardziej opłacalna od produkcji wyłącznie technologiami konwencjonalnymi. Przy standardowej tubce o pojemności 200 ml odpowiada to w przybliżeniu liczbie 53 tys. tubek, która jest uważana za przeciętny nakład w druku tubek.
Opisany wyżej projekt dowiódł w pełni, że elastyczny druk atramentowy UV nadaje się do zastosowania w produkcji tubek. Oznacza to, że Gallus Labelfire „Tube Edition” i seria atramentów UVF01 są już gotowe do zastosowania w przemysłowym druku laminatów.
Dieter Finna
Tłumaczenie: TK
***
Permapack AG: To rodzinne przedsiębiorstwo, założone w 1958 roku i mieszczące się w szwajcarskim Rorschach, podzielone jest na oddziały „Etykiety i opakowania giętkie” oraz „Budownictwo, Przemysł, Handel Detaliczny”. Etykiety i opakowania są drukowane we własnym oddziale, z zauważalnym wzrostem udziału folii laminowanych do produkcji tubek. Rynkami docelowymi są sektory non-food, spożywczy i kosmetyczny. Współpraca z firmą Gallus w zakresie druku sięga początków istnienia firmy i nadal znajduje wyraz w innowacyjnych produktach. W tym celu specjaliści ds. druku firmy Permapack wykorzystują możliwości techniczne oferowane przez nowoczesny park maszynowy firmy i tworzą bardzo nietypowe wzory i produkty. Europejskie Stowarzyszenie Producentów Tub (etma) wyróżniło papierową tubę Permapack nagrodą „Tuba roku 2021” w kategorii zrównoważonego rozwoju.
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
