The simulation of changes the blanket thickness was made by inserting underneath a printing plate a film of various thickness. The amount of ink fed to the printing plate was continuously changed during the test print in the printing press. Thanks to this procedure and the processing of the measurement results obtained by the interpolation method it was possible to determine the effect of changes in quality of the blanket on the TVI, excluding the influence of changes in the amount of transferred ink on its value.
Wstęp
W celu uzyskania wymaganego poziomu powtarzalności parametrów wykonywanych druków niezbędne jest zapewnienie podczas drukowania stabilnego podawania odpowiedniej ilości farby na określone fragmenty podłoża drukowego oraz powtarzalne odwzorowanie kształtu elementów reprodukowanego obrazu. Na odbitce drukarskiej ilość podawanej farby jest kontrolowana przez pomiar gęstości optycznych cząstkowych lub pomiar współrzędnych kolorymetrycznych barw pól pełnych na pasku kontrolnym. Odwzorowanie kształtu elementów obrazu jest kontrolowane przez pomiar przyrostu wielkości punktów obrazu rastrowanego na odbitce (TVI). Osiągnięcie na drukach określonych wielkości tych parametrów i ich utrzymanie w zakresie dopuszczalnej tolerancji zależą od stabilności pracy zespołu farbowego maszyny drukującej, powtarzalności parametrów stosowanych materiałów oraz od stabilności wielu parametrów procesu drukowania. Jednym z najważniejszych pośród tych parametrów jest wielkość ciśnienia panującego w obszarach stref kontaktu cylindrów zespołu drukującego. W maszynie offsetowej występują dwie takie strefy: strefa kontaktu cylindra pośredniego z podłożem drukowym i strefa kontaktu cylindra formowego z cylindrem pośrednim (F/G). Ciśnienie w pierwszej z tych stref jest zmieniane przez drukarza w trakcie przygotowywania maszyny do drukowania przez zbliżanie lub oddalanie cylindra pośredniego względem dociskowego, stosownie do charakteru powierzchni zadrukowywanego materiału, jego grubości i właściwości obciągu offsetowego. Ciśnienie w drugiej ze stref powinno mieć wielkość określoną przez producenta w dokumentacji maszyny i być niezmienne w czasie całego okresu jej eksploatacji. Z uwagi na fakt, że cylindry występujące w tej strefie mają stałe wzajemne położenie, określone przez stykające się pierścienie odtaczania, zmiana ciśnienia pomiędzy nimi jest możliwa jedynie przez zmianę grubości podkładu pod formą drukową lub obciągiem offsetowym [1]. Łączna grubość podkładów, formy i obciągu określa wielkość ugięcia obciągu i wywołaną tym siłę jego reakcji w strefie kontaktu. Ugięcie to najczęściej wynosi około 0,1 mm, czemu odpowiada, dla obciągu kompresyjnego o typowej charakterystyce, ciśnienie w strefie kontaktu około 100 N/cm2 [2]. Po instalacji w maszynie nowego obciągu lub zmianie stosowanych dotychczas form drukowych na inne, o innej grubości, wskazana jest kontrola położenia powierzchni roboczych tych elementów względem pierścieni odtaczania i ewentualna korekta grubości podkładów. Odstępstwa od zalecanego ciśnienia w strefie kontaktu F/G mogą wpływać na ilość farby przekazywanej z formy na obciąg i prowadzić do deformacji drukowanego obrazu przez zmianę przyrostów stopnia pokrycia powierzchni na odbitce lub występowanie murzenia. Współcześnie produkowane obciągi offsetowe są wykonywane z materiałów o wysokiej odporności na czynniki niszczące, oddziałujące na nie w okresie eksploatacji. Ich trwałość pozwala na wykonanie kilku milionów druków. W czasie drukowania obciągi ulegają jednak powolnemu zużywaniu w wyniku oddziaływania ścierającego powierzchni papieru i pigmentów farb. Pierwotnie ukształtowana powierzchnia obciągu o chropowatości z zakresu (Ra) 0,5-3 µm (dobierana w zależności od rodzaju drukowanych prac) ulega stopniowemu ścieraniu i wygładzeniu, czemu towarzyszy zmniejszenie grubości obciągu. W czasie eksploatacji obciąg zmienia również grubość w wyniku występowania innych zjawisk. Obciąg zmniejsza grubość na skutek tzw. siadania (zmniejszenie grubości wywołane wielokrotnym oddziaływaniem siły zgniatającej) oraz w wyniku rozciągnięcia wywołanego siłą napięcia na cylindrze pośrednim lub zwiększa, pęczniejąc w wyniku kontaktu z agresywnymi rozpuszczalnikami bądź składnikami farb. Zmiany powyższe z uwagi na stosunkowo powolny przebieg i rozłożenie w dość długim okresie eksploatacji obciągu nie prowadzą do łatwo zauważalnych wad druków, mogą być niedostrzeżone przez drukarza. Jeśli proces drukowania został sprofilowany dla danej kombinacji właściwości stosowanych materiałów i ustawień maszyny, to podczas drukowania zgodność kolorystyczna druków z wzorcem najczęściej jest kontrolowana tylko przez pomiar gęstości optycznych cząstkowych pól pełnych barw pierwszorzędowych i drugorzędowych. Kontrola taka umożliwia właściwą reakcję ze strony drukarza, której celem jest utrzymanie parametrów tych pól na poziomie określonym w przyjętym standardzie. Jeżeli przykładowo na skutek zmian właściwości obciągu ilość farby przenoszonej za jego pośrednictwem na podłoże drukowe zmniejszy się, to drukarz może zwiększyć ilość farby podawanej na formę drukową i przywrócić standardowe wartości gęstości optycznych na polach pełnych na odbitce. Często robi to automatycznie, bez świadomości zachodzących zmian stanu obciągu. Drugi z parametrów decydujących o właściwościach kolorystycznych odbitki – przyrost stopnia pokrycia powierzchni – nie jest stale monitorowany. Należy oczekiwać, że również zmiany właściwości obciągu wywołane jego użytkowaniem będą powodować zmiany w zakresie odwzorowania kształtu elementów obrazu. Potrzeba określenia charakteru tych zmian była podstawą podjęcia badań przedstawionych w dalszej części niniejszego artykułu.
Cel pracy
Celem podjętych badań było określenie charakteru zmian procesu przenoszenia obrazu z formy drukowej na zadrukowywane podłoże spowodowanych zużyciem obciągu offsetowego. O stopniu zużycia obciągu świadczą zmiana jego pierwotnej grubości, wpływająca na wielkość ciśnienia w strefie kontaktu F/G oraz zanik rozwinięcia powierzchni roboczej. W związku z powyższym należy zbadać wpływ zmian tych parametrów na gęstość optyczną pół pełnych na odbitce oraz przyrost wartości tonalnej na polach o wybranym stopniu pokrycia powierzchni. Z uwagi na fakt, że zmiana ciśnienia w strefie kontaktu cylindra formowego i pośredniego wpływa na ilość przenoszonej farby oraz wielkość przyrostów stopnia pokrycia, a jednocześnie ilość przenoszonej farby wpływa na wielkość przyrostów, należy tak poprowadzić eksperyment, aby wyeliminować wpływ tego drugiego związku na wynik badań. Mając świadomość, że badane parametry są bardzo wrażliwe na zmiany warunków drukowania takich jak np.: okres postoju i pracy maszyny, poziom nawilżania formy, emulgowanie farby, temperatura, konieczne jest przeprowadzenie badania w jednym cyklu pracy maszyny drukującej.
Metodyka badań
Do przeprowadzenia badań przygotowano formę testową zawierającą skale tonalne rastrowane składające się z pól o zmiennym stopniu pokrycia z gradacją co 10% i liniaturze 150 dpi. Forma była podzielona wzdłuż kierunku drukowania na sześć części, w których w czasie drukowania wytwarzano coraz wyższe ciśnienie. Każda część obrazu testu zawierała po 6 skal tonalnych oraz pola pełne. W celu wywołania zmian ciśnienia w strefie kontaktu F/G (symulacja zmian grubości obciągu) pod formą drukową, na cylindrze formowym maszyny drukującej ułożono podkład o zróżnicowanej grubości ni (i {1.. 6}). Podkład przygotowano przez nałożenie na siebie arkuszy folii w taki sposób, że tworzyły one „schodki”, zmieniające grubość podkładu pod formą w kolejnych jej częściach w przyjętym zakresie (-0,08 mm < ni-n3> 0,1 mm). Dzięki takiemu rozwiązaniu w czasie jednego obrotu cylindra na odbitce sześć kolejnych części drukowanego obrazu powstawało przy stopniowo wzrastającym ciśnieniu w strefie kontaktu cylindra formowego z cylindrem pośrednim.
Podkład był tak dobrany, aby pod częścią formy oznaczoną jako i = 3 (trzeci poziom ciśnienia) miał on grubość zalecaną przez producenta maszyny (n3 = 0,15 mm) i w przypadku stosowania obciągu o nominalnej grubości wytwarzał w strefie kontaktu F/G zalecane ciśnienie. Druki pomiarowe wykonano na podłożu w postaci papieru powlekanego o gramaturz
e 130 g/m2, wykorzystując farbę procesową o barwie zielononiebieskiej. W czasie drukowania w sposób ciągły zmieniano ilość farby podawanej z zespołu farbowego na formę, w przyjętym zakresie, od wartości minimalnej do maksymalnej. W ramach badań wykonano dwie serie druków: pierwszą z wykorzystaniem obciągu nowego o twardości 82/56°Sh A i chropowatości 1,1 µm [3] oraz drugą stosując tego samego rodzaju obciąg, ale przy użyciu którego wykonano wcześniej około 1 mln druków. Po pełnym utrwaleniu farby z wykonanych serii druków wybrano zestawy arkuszy pomiarowych, w których kolejne arkusze różniły się między sobą w taki sposób, że każdy następny miał gęstość optyczną cząstkową pola pełnego w części testu oznaczonej jako i = 3 większą od poprzedniego o około 0,05. Za pomocą spektrofotometru SpectroEye (D50,2°, DIN, F-NO) zmierzono wartości gęstości optycznych cząstkowych DC dla pól pełnych i pól rastrowanych o wybranych wartościach tonalnych. Wyniki pomiarów pól rastrowanych przeliczono za pomocą równania Murray-Davies na wielkość pokrycia powierzchni i dalej na wielkość przyrostów tego pokrycia. Uzyskane wyniki ujęto w dwuwymiarowe macierze zawierające wartości funkcji dwóch zmiennych: wielkości ciśnienia w strefie kontaktu (grubość podkładu jako ni – n3) i gęstości optycznej cząstkowej D3 pola i = 3, które nastepnie przedstawiono na wykresie w postaci powierzchni. Za pomocą funkcji interpolującej (interpolacja dwusześcienna funkcjami sklejanymi) [4] wyznaczono powierzchnię interpolującą powierzchni empirycznej. Dla powierzchni przedstawiających zależność gęstości optycznych pól pełnych w poszczególnych częściach obrazu Di = f (D3, ni – n3) wykonano przekrój powierzchni interpolującej na poziomie Di = 1,3 i rzutowano go na płaszczyznę D3, ni – n3. Z uzyskanych krzywych odczytano wartości D3, dla których na poszczególnych poziomach ciśnienia w strefie kontaktu uzyskano spełnienie warunku Di = 1,3. Wartości te podstawiano odpowiednio do funkcji interpolujących powierzchnie empiryczne przyrostów stopnia pokrycia powierzchni dla obu badanych obciągów i wybranych wartości tonalnych skal rastrowych. Obliczone wartości przedstawiono na wykresie TVI = f (ni – n3).
Wyniki badań i dyskusja
Na rys. 2 przedstawiono wykresy empirycznej zależności gęstości optycznej cząstkowej pola pełnego od wielkości ciśnienia w strefie kontaktu F/G oraz ilości podawanej farby dla obciągu nowego i zużytego. Zmiany ciśnienia są wywołane zmianami grubości podkładu pod formą w zakresie od -0,08 do 0,1 mm względem grubości podkładu zalecanego przez producenta maszyny. Miarą ilości farby podawanej na formę jest gęstość optyczna cząstkowa D3 pola pełnego na odbitce odpowiadająca fragmentowi formy, pod którym znajduje się podkład o standardowej grubości. Jak pokazano na wykresie, dla obu obciągów liniowy wzrost gęstości optycznej cząstkowej D3 w badanym zakresie wywołuje liniowy wzrost gęstości optycznej cząstkowej na innych polach, niezależnie od wielkości nacisku istniejącego w strefie kontaktu F/G. Różnice właściwości powierzchni obciągu nowego i zużytego nie wpływają na charakter tego wzrostu. Wzrost ciśnienia w strefie kontaktu F/G również powoduje wzrost gęstości optycznej pól pełnych, jednak charakter zmian jest zależny od rodzaju obciągu i wielkości ciśnienia. W przypadku zmniejszania ciśnień w zakresie wartości niższych od nominalnej, dla obciągu zużytego obserwuje się gwałtowny spadek gęstości optycznej na odbitce. Obciąg nowy w tym zakresie ciśnień zachowuje większą stabilność, co powoduje, że obniżenie gęstości optycznej następuje dopiero przy zmniejszeniu podkładu pod formą o 0,05 mm. Przypuszcza się, że przyczyną tej różnicy jest obecność rozwiniętej powierzchni obciągu nowego, która dzięki swojej strukturze i elastyczności utrzymuje wysoki transfer farby z formy na obciąg, nawet przy stosunkowo niskich ciśnieniach. W zakresie ciśnień wyższych od ciśnienia nominalnego obciąg nowy i zużyty zachowują się podobnie. Znaczny wzrost ciśnienia w strefie kontaktu powoduje nieznaczny wzrost gęstości optycznej cząstkowej pól pełnych na odbitce.
Na rys. 3 przedstawiono sposób wyznaczania zależności pomiędzy gęstością optyczną pola pełnego w obszarze nacisków nominalnych a ciśnieniem w strefie kontaktu, przy którym uzyskuje się w obszarze jego oddziaływania założoną gęstość optyczną pola pełnego. Wykres przedstawia powierzchnię empiryczną Z, opisującą zależność Di = f (D3, ni – n3), powierzchnię interpolacyjną IZ (dla lepszej widoczności przesuniętą w dół osi pionowej) oraz krzywe zależności D3 = f (ni – n3) dla Di = const. Wykres sporządzono na podstawie wyników pomiarów uzyskanych dla obciągu zużytego.
Na rysunkach 4 i 5 przedstawiono odpowiednio zależności D3= f (ni – n3) dla Di = 1,3 dla obciągu nowego i zużytego. Na podstawie tych zależności wyznaczono wartości D3 dla poszczególnych wielkości ciśnienia w strefie kontaktu F/G, potrzebne dalej do określenia wpływu ciśnienia na przyrost wartości tonalnej z wyłączeniem wpływu na ten parametr zmian ilości podawanej farby.
Wykresy powierzchni empirycznych opisujących zależności wielkości przyrostów stopnia pokrycia powierzchni na odbitce (TVI) od ciśnienia w strefie kontaktu F/G i ilości podawanej farby przedstawiono na rys. 6 i 7. Wyznaczone powierzchnie dla obu obciągów i trzech wybranych stopni pokrycia mają kształt podobny do powierzchni opisujących zmiany gęstości optycznych pól pełnych. Wzrostowi ilości podawanej farby towarzyszy liniowy wzrost stopnia pokrycia na odbitce. Zmiany ciśnienia w strefie kontaktu wpływają jednak nieco inaczej na TVI. Rozpatrując tę zależność przy założeniu stałej ilości podawanej farby na formę, w zakresie ciśnień niższych od nominalnego, obserwuje się spadek TVI, ale nie tak raptowny jak w przypadku gęstości optycznej pól pełnych. Natomiast w zakresie ciśnień powyżej nominalnego wraz z jego wzrostem występuje znaczny, stały wzrost TVI.
W celu określenia wpływu ciśnienia na przyrost wartości tonalnej z wyłączeniem wpływu na ten parametr zmian ilości podawanej farby, wielkości D3 wyznaczone z zależności przedstawionych na rys. 4 i 5 podstawiono do funkcji interpolującej powierzchnie empiryczne przedstawiające zależność przyrostów stopnia pokrycia powierzchni na odbitce od ciśnienia i ilości podawanej farby. Wyliczone wartości TVI przedstawiono na wykresie – rys. 8.
Jak widać na wykonanych wykresach, dla stałej grubości warstwy farby na odbitce wyrażonej jako gęstość optyczna pola pełnego zmiana ciśnienia w strefie kontaktu F/G wyrażona jako odchylenie od standardowego ugięcia obciągu kompresyjnego wywołuje zmiany przyrostu stopnia pokrycia powierzchni na odbitce. W badanym zakresie zmienności wzrost ciśnienia powoduje wzrost TVI. Dla obciągu nowego na polach 50% i 70% pokrycia uzyskano podobne wartości TVI. Przy standardowym ciśnieniu w strefie kontaktu osiągane wartości TVI są zbliżone do podanych w normie ISO 12647-2 (warunki drukowania A, raster 150 lpi) [5]. Dla obciągu zużytego w porównaniu z obciągiem nowym osiągane wartości TVI są niższe. Należy przypuszczać, że jest to związane z wygładzeniem powierzchni obciągu w rezultacie ścierania i zanikiem jej rozwiniętej struktury. Pod działaniem ciśnienia warstwa farby znajdująca się w strefie kontaktu F/G łatwiej rozprzestrzenia się wokół elementów drukujących, kiedy naprzeciw formy drukowej znajduje się powierzchnia o wysokiej chropowatości. Dla obciągu zużytego pole o pokryciu 50% wykazuje mniejsze wartości TVI niż pole 70%.
Wnioski
W czasie eksploatacji obciągów offsetowych występuje ich zużywanie, przejawiające się zmianami grubości obciągu i chropowatości jego powierzchni roboczej, które prowadzi do zmian transferu farby z formy drukowej na powierzchnię obciągu.
Rezultatem zużywania się obciągu j
est zmiana osiąganych na odbitce wartości gęstości optycznych cząstkowych pól pełnych, jak również zmiana przyrostów stopnia pokrycia powierzchni rastrowanych elementów drukowanego obrazu.
Zmieniając ilość farby podawanej na formę drukową w celu kompensacji różnic w transferze farby na obciąg, spowodowanych zmianami jego grubości, nie eliminuje się wpływu zmian grubości obciągu na wielkość przyrostów stopnia pokrycia powierzchni pól rastrowanych na odbitce.
Obrazy drukowane przy użyciu obciągów zużytych charakteryzują się niższymi wielkościami przyrostów stopnia pokrycia powierzchni pól rastrowanych w porównaniu z uzyskanymi dla obciągów nowych.
W badanym zakresie zależność pomiędzy przyrostem stopnia pokrycia powierzchni na odbitce i grubością obciągu ma charakter bliski funkcji liniowej. n
Literatura
1. Ciupalski S., Maszyny drukujące konwencjonalne, Oficyna Wydawnicza PW, 2001
2. J. Jungmann, What influence does the offset printing blanket have by the process standardization, Technical Article, ContiTech Press Releases, http://www.contitech.de
3. http://www.kinyo-uk.co.uk
4. D. Borkowski, Notatki do wykładu: Metody numeryczne w elektrotechnice, AGH, 5/2012
5. Norma ISO 12647-2 – Graphic technology – Process control for the production of half-tone colour separations, proof and production prints – Part 2: Offset lithographic processes
