КЛИШЕ для горячего, конгревного и блинтового ТИСНЕНИЯ.

 

В последнее время количество товаров, предлагаемых в наших магазинах, увеличивается, ассортимент постоянно расширяется, что приводит к повышенной конкуренции между их производителями. Наиболее распространенным и широко применяемым методом привлечения внимания покупателя к товару является придание последнему более привлекательного вида, путем украшения его упаковки или этикетки.

Существует большое количество полиграфических методов изготовления красивой и привлекательной упаковки. Это дизайн формы упаковки, применение специальных печатных красок, тиснение (плоское и конгревное), нанесение голограмм (голограммы выполняют также функцию защиты товара от подделки), термография, совмещение разных способов печати на одной упаковке и другие методы печати.

Тиснение  является одним из наиболее распространенных методов украшения упаковки и этикетки. Технология тиснения применяется также в послепечатной обработке книжных обложек, открыток, календарей, брошюр, бизнес-карт и канцелярно-сувенирной продукции, при изготовлении ярлыков и нашивок на одежду (шевронов) и в других случаях.

 

Тиснение подразделяют на горячее тиснение, блинтовое тиснение и конгревное тиснение.

 

Образец открытки с горячим плоским тиснением, блинтованием и конгревным тиснением фольгой.

 

 

 

Горячее тиснение (фольгой) – это процесс термопереноса металлизированного пигментного порошка со  специальной фольги на запечатываемый (тиснимый) материал посредством выпуклого металлического или полимерного клише.
Блинтовое (слепое) тиснение – это процесс аналогичный горячему тиснению, но без использования фольги (поэтому оно и называется слепым тиснением). Блинтовое тиснение производят как горячим клише, так и холодным клише в зависимости от свойств тиснимого материала. Конгревное тиснение – это процесс горячего тиснения фольгой или блинтового тиснения с получением многоуровневого рельефного изображения.

Конгревное тиснение ведут с применением двух клише: матрицы – вогнутого металлического клише и контрматрицы (патрицы) – пластиковой выпуклой формы, соответствующей матрице, но с учетом толщины запечатываемого материала. Иногда конгревное тиснение фольгой делают в два прохода: за один проход производится плоское горячее тиснение фольгой, а за другой – блинтовое тиснение (данная операция упрощает изготовление клише, но удорожает продукцию за счет удвоенного времени тиснения).

 

Плоское горячее тиснение	Блинтовое тиснение	Конгревное тиснение фольгой
1 = Нагревательная плита 2 = Металлическое клише (или матрица для блинтового и конгревного тиснения) 3 = Фольга для горячего тиснения 4 = Запечатываемый (тиснимый) материал (бумага, картон) 5 = Контрматрица

 

Как уже было сказано выше, тиснить можно с применением фольги для горячего тиснения, которые бывают металлизированные (металлические), цветные (пигментные) и голографические.

 

Рис. 1. Структура фольги для горячего тиснения: 1 — Лавсановая основа (или калька, бумага); 2 — Терморазрушающийся разделительный клеевой слой; 3 — Красочный (пигментный) слой; 4 — Металлизированный слой; 5 — Термоклеевой слой

 

Фольга для горячего тиснения состоит из следующих слоев:

1.      Лавсановая основа – на ней крепятся все остальные слои фольги.

2.      Терморазрушающийся воскосмоляной слой – при нагреве фольги посредством клише этот слой разрушается (плавится и испаряется), освобождая, таким образом, все нижние слои фольги от связи с полиэстерной основой.

3.      Красочный (пигментный) слой – слой краски или лака необходимого нам цвета (для металлизированных фольг используется полупрозрачный лак) со связующим  веществом.

4.      Металлизированный слой (присутствует только на металлизированной и голографических фольгах) – тонкий слой алюминия, придающий фольге металлический блеск.

5.       Термоклеевой (адгезионный) слой – это слой клея, предназначенного для приклеивания красочного и металлизированного слоев к запечатываемому материалу.

Под действием нагретого клише терморазрушающийся слой (2) разрушается, освобождая остальные (красочные) слои от их связи с лавсановой основой (1). За счет разогрева термоклеевой слой (5) приклеивается вместе с красочными слоями (слои 3 и 4) к тиснимому материалу.

Температура клише при тиснении должна быть такой, чтобы, с одной стороны, терморазрушающийся слой уже разрушился, но, с другой стороны, температура клише не должна разрушать приклеиваемые к запечатываемому материалу слои 3 и 4 и сам запечатываемый материал, а слой термоклея был достаточно клейким для данного материала. Температура тиснения обычно подбирается опытным путем в зависимости от свойств используемой фольги и тиснимого материала, а также от скорости тиснения и коэффициента термопередачи материала клише.

 

Основой для любого вида тиснения является клише, и качество изготовления клише напрямую влияет на качество тиснения и, как следствие, на качество конечной тисненой продукции.   Клише для горячего и блинтового тиснения изготавливают из следующих материалов: 1)     Фотополимерые клише: тиражи до 1 тыс. оттисков – обычно это клише для изготовления малых тиражей сувенирной продукции и визиток. 2)     Металлические клише: ·   цинковые (тиражи до 10 тыс. оттисков), ·   магниевые (до 50-100 тыс. оттисков), ·   медные и латунные (500-1000 тыс. оттисков) ·   стальные (более 1 млн. оттисков – применяется редко) 3)      Силиконовые клише: тиражи 100 тыс. оттисков – применяется при тиснении на мягких пластинках (пластиковые тюбики для зубной пасты, косметики и т.п.).

 

 

ФОТОПОЛИМЕРНЫЕ КЛИШЕ.

 

Фотополимерные клише для горячего тиснения изготавливаются обычно на специализированном оборудовании, включающем в себя засветочное, вымывное и сушильное устройства.

 

Фотополимерные пластины – заготовки представляют из себя фотополимер, нанесенный на металлическую подложку и защищенный от воздействия света защитной пленкой.

 

Технология изготовления фотополимерных клише

 

Технология изготовления фотополимерных клише для горячего тиснения следующая:

1.      Подготовка заготовки. Из исходной фотополимерной пластины вырезается заготовка размером с будущее клише.

2.      Засветка заготовки. Заготовка засвечивается через пленку-оригинал на специальном засветочном устройстве. Засветка обеспечивает полимеризацию полимера в местах засветки и, следовательно, его закрепление (затвердивание).

Засветочное устройство фотополимерных форм состоит из вакуумного стола, накрытого сверху  матовой вакуумной пленкой. Над вакуумным столом размещен ряд ламп «дневного света» УФ диапазона мощностью 40-80 Вт каждая.

3.      Вымывание незасвеченного фотополимера из заготовки. Пластину закрепляют на рабочем столе вымывного устройства и производят вымывание незасвеченного фотополимера в слабощелочном растворе.

Вымывное устройство состоит из рабочего стола с листом магнитной резины на нем и металлической ванны с закрепленными на ее дне вымывными щетками.

Рабочий стол с примагниченной к нему (или закрепленной на двухстороннем скотче) фотополимерной заготовкой производит медленные вращательные движения по щеткам. Щетки скользят по поверхности полимера и удаляют из пластины незасвеченные частицы фотополимера.

По окончании процесса вымывания мы получаем на пластине необходимый нам рельеф клише.

4.      Сушка. В результате процесса вымывания мы получили из фотополимерной пластины клише для горячего тиснения, но пластина впитала в себя вымывные растворы. Чтобы высушить пластину (удалить излишки влаги из полимера) нам необходима операция сушки.

Сушку производят на специальных сушильных лотках в сушильной установке. В процессе сушки из пластины удаляются остатки вымывающего раствора, и фотополимерное клише приобретает свои реальные размеры.

5.      Окончательная засветка. В процессе засветки заготовки клише времени экспонирования фотополимера недостаточно для полной его полимеризации. Он лишь частично полимеризуется для возможности вымывки незасвеченного фотополимера. Это связано с тем фактом, что для полной полимеризации требуется много времени, что может привести к перезасветке. Поэтому время засветки фотополимера строго регламентировано.

Окончательную полимеризацию пластины проводят в засветочном модуле без использования пленки-оригинала. Пластину засвечивают до полного окончания процесса полимеризации фотополимера (затвердения).

После окончательной засветки фотополимерное клише готово к работе.

 

Оборудование для изготовления фотополимерных клише

 

Оборудование для изготовления фотополимерных клише для горячего тиснения обычно различают по максимальному формату производимых форм и количеству функций, совмещенных в одном конструктивном модуле.

 

Наиболее распростронены моноблочные конструкции (все функции в одном корпусе) и двухблочные (вымывная машина + засветочно-сушильная машина).

 

Моноблочные конструкции – наиболее простые в эксплуатации и дешевые устройства форматом от 15*20 см и до 68*86 см (бывают размеры до 70*100 см, но это скорее исключение из правил). Все операции в моноблоках управляются независимо друг от друга: вы можете параллельно изготавливать до 3-х пластин, находящихся в разных частях моноблока на различных стадиях технологического процесса.   Основными преимуществами моноблоков являются их компактность, простота работы с ними и невысокая стоимость.   Основным недостатком моноблочных конструкций является взаимное воздействие блоков друг на друга. Работающие лампы засветочного модуля выделяют озон, блок вымывки выделяет вредные испарения растворов, сушильное устройство нагревает все элементы машины – все эти процессы медленно разрушают детали машины. Большинство моноблоков позволяют получать фотополимерные клише для горячего тиснения и блинтования хорошего качества.

 

 

Однооперационные и двухоперационные блоки изготовления фотополимерных клише позволяют избавиться от основного недостатка моноблочных машин – взаимного разрушающего воздействия секций друг на друга. Но при этом они требуют больше места для своей установки и дороже стоят.   Обычно раздельные блоки для изготовления фотополимерных форм – это высококачественное дорогое оборудование форматом до 130*100 см и больше. На таком оборудовании можно изготавливать как клише для горячего и блинтового тиснения, так и растровые формы высокой печати самого высокого качества.

 

 

Металлические клише.

 

Основными металлами для изготовления клише являются магний, цинк, медь и латунь. Иногда используются сталь.

Для изготовления металлических клише используются два основных метода: химический (травление) и механический (ручное или станочное фрезирование). Большую часть клише для горячего тиснения делают химическим методом - травлением металлических пластин.

 

Химический способ изготовления металлических клише (травление клише).

 

Этот метод наиболее популярен при изготовлении клише из магния, цинка и меди. Возможно также травление латуни и стали, но используется оно только при травлении на небольшую глубину (примерно 0.3 мм), т.к. эти химические процессы еще не до конца изучены и качество травления этих металлов оставляет желать лучшего.

 

Основные принципы метода беспорошкового травления

 

Основной задачей в процессе изготовления металлического клише методом травления является прогнозирование формы рельефа его печатных элементов, т.е. задача пространственной направленности процесса растворения металла.

Для объяснения эффекта пространственно-направленного травления печатных форм был выдвинут целый ряд гипотез: “ударная”, “тепловая”, “миграционная”, гипотезы “смачивания” и “натекания”, “электрохимическая” и др.

Наиболее простой для понимания, на мой взгляд, является “миграционная” теория. Ее  и выбрал институт PERI для описания и использования технологии травлении форм для высокой и глубокой печати, а также клише для горячего тиснения.

В технологии PERIetch растворение (вытравливание) металла в травящем растворе происходит в два этапа. В течение первого этапа металл превращается в ионы, которые оседают в виде тонкой пленки на его поверхности.

Присутствующее в растворе ПАВ (поверхностно-активное вещество), являющееся пленкообразующей добавкой, вступает в реакцию с ионами металла и образует защитную пленку («корку») на его поверхности, которая затем разрушается струей раствора, смывается в сторону (мигрирует) и оседает на боковых стенках области изображения.

Так как на боковые стенки элементов изображения струя раствора попадает под скользящим углом, то сила ударного воздействия на осажденный слой оказывается недостаточной для отщепления пленки. Поэтому на боковых стенках постоянно присутствует изолирующий слой смеси ПАВ с солями металла, которая защищает область изображения от травления в боковых направлениях.

Путем тонкого регулирования ударной отщепляющей силы травящего раствора, которая зависит от относительной угловой скорости раствора и пластины, и скорости формирования пленки, зависящей от концентрации в растворе пленкообразующей добавки и температуры раствора, можно контролировать угол наклона боковых стенок.

При травлении клише для тиснения возможность достижения за один прием растровых (полутоновых) и штриховых элементов ограничена. В течение первых 2 – 4 минут травления полутоновые структуры наполняются «корковым» агентом и процесс прямого травления на этих участках пластин останавливается. Требуются дополнительные 8 – 12 минут для вытравливания до необходимой глубины участков, содержащих штриховые и плашечные элементы. В течение этого времени травильный раствор проникает через закрывающую полутоновые участки «корку», в результате чего происходит травление тонких линий в поперечном направлении.

Данная технология допускает изготовление за один прием комбинированных клише с растровыми участками с разрешением (для медных пластин) до 85 – 100 линий на дюйм (33 – 40 линий на 1см). Для получения более тонких структур необходимо предпринимать дополнительные меры защиты от травления полутоновых участков в те промежутки времени, когда производится травление линейчатых участков и наоборот.

 

 

 

Пластины для изготовления клише методом травления поставляются со светочувствительным слоем (с фоторезистом).

 

Пластина состоит из следующих слоев:

 

1.    слой черной защитной пленки 2.    слой фоторезиста 3.    металл 4.    слой защитной краски

 

Слои очуствленной металлической пластины для изготовления клише для горячего тиснения методом травления:

 

1.      Слой черной непрозрачной полиэтиленовой пленки, для защиты слоя фоторезиста (слой 2) от воздействия света и от механических воздействий.

2.      Слой фоторезиста – слой непрозрачного фотополимера, полимеризующегося под действием УФ-света и устойчивый после полимеризации к воздействию слабых кислот. Фоторезист используется в качестве матрицы при травлении металла (слой 3).

3.      Слой металла – собственно и есть заготовка для изготовления клише.

4.      Слой защитной краски – слой кислотостойкой краски (обычно темно-зеленого цвета), предназначенный для защиты основания пластины от подтравливания в процессе травления клише.

 

Поставляются также пластины без очуствления. В них отсутствует слой фоторезиста. Из таких пластин можно делать клише методом травления (нанося фоторезист самостоятельно) или методом гравировки.

 

Травление магниевых и цинковых пластин

 

Методы травления магниевых и цинковых пластин очень похожи: используется одно и тоже оборудование и травильный раствор (азотной кислоты). Разница в технологиях состоит лишь в разнице добавок в кислоту. В последнее время травление цинка уже почти ушло в прошлое. Факт ухода от работы с цинковыми клише связан с их маленькой тиражестойкостью (до 10 тыс. оттисков в сравнении с 50 тыс. оттисками у магниевых клише) и с большой вредностью работы с цинком для человеческого организма (тяжелый металл).

 

Оборудование для изготовления магниевых и цинковых клише.

 

Как уже сказано выше, для травления магния и цинка используется одно и тоже оборудование. Эти травильные машины изготовлены из нержавеющей стали и пластиков и состоят из травильной ванны и пульта управления. В травильной ванне происходит набрасывание рабочего раствора на обрабатываемую пластину.

По способу набрасывания раствора на пластину все травильные машины делятся на лопаточные и форсуночные.

В ванне травильной машины лопаточного типа расположены валы с лопатками. Лопатки погружены в рабочий (травящий) раствор на несколько сантиметров. В рабочем режиме валы вращаются и лопатками набрасывают раствор на обрабатываемую пластину. В травильной ванне установлены также устройства для поддержания рабочей температуры травящего раствора: датчик температуры, ТЭН и охлаждающий змеевик. В некоторых моделях травильных машин на дно травильной ванны устанавливают циркулирующий  насос для перемешивания рабочего раствора, но есть ли в нем необходимость – вопрос спорный, т.к. на качестве магниевого клише он отражается лишь косвенно и не значительно (за счет циркуляции раствора возможна его фильтрация от возможных загрязнений).

 

 

К лопаточным травильным машинам относятся машины STOMA (Германия), Ultramatic и MAG (итальянских производителей), а также несколько машин американского и английского производства. По параметру цена/качество наиболее интересными машинами являются итальянские машины серии Ultramatic (цена машины от 11 тыс. $ при формате машины 40*50 см), т.к. немецкая машина Stoma значительно дороже (несмотря на одинаковое качество получаемых клише). Машины серии MAG немного уступают по конструкции машинам Stoma и Ultramatic, но при высоком профессионализме травильщика и на этих машинах можно получать клише хорошего качкства. Машины для травления магниевых клише американских и английских производителей в российских типографиях встречаются редко. По ценовой категории эти травильные машины близки к немецким машинам Stoma.

Основным плюсом лопаточных травильных машин является простота работы на них и простота их чистки и ремонта. Минусом лопаточных машин является большой объем травильного раствора, обязательно заливаемого в ванну.

В ванне травильной машины форсуночного типа под обрабатываемой пластиной находится набор трубопроводов с форсунками, расположенными в одной плоскости. Эта система трубопроводов с форсунками должна обеспечивать равномерное опрыскивание всей поверхности обрабатываемых пластин. Это означает, что число патрубков, расположенных вне рабочего участка должно быть больше, чем по центру вращающегося держателя обрабатываемых пластин. Под травильной ванной размещен бак с рабочим раствором. В этом баке поддерживается необходимая температура раствора с помощью тех же элементов, которые используются в лопаточной машине (ТЭН + змеевик + термодатчик). Рабочий раствор с помощью компрессора качается из бака и, посредством системы форсунок, набрасывается на пластину. Далее раствор собирается на дне ванны (под форсуночной системой) и поступает обратно в бак. Так он и циркулирует по кругу.

К травильным машинам форсуночного типа относятся некоторые машины американского производства и старые цинкографские машины одесского производства, использующиеся в СССР для изготовления клише для высокой печати. В последнее время травильные машины форсуночного типа при травлении магния почти не используются. Этот факт связан с более сложной конструкцией форсуночных систем, в сравнении с лопаточными машинами, и, соответственно, с большими сложностями в профилактических и других ремонтных работах. Но в некоторых российских типографиях перенастроили старые одесские цинкотравильные машины на работу с магниевыми пластинами и при высоком профессионализме травильщиков получают магниевые клише отличного качества.

Основным плюсом форсуночных машин является более экономное использование раствора: мы можем заливать не весь бак. Основным минусом форсуночных машин является сложность их чистки в случае засорения: тяжело найти какая форсунка засорилась, сложно чистить трубы подачи раствора к форсункам.

Согласно утверждениям западных специалистов, на лопаточных машинах лучше получаются штриховые клише и плашки, а на форсуночных – растровые клише. Т.к. на магнии редко делают растровые клише (это больше прерогатива медных клише), то и использование форсуночных машин для травления магния не целесообразно. Зато для травления медных растровых клише форсуночные машины вполне подходят.

 

Магниевые клише применяются в следующих технологических процессах:

1.    Клише для горячего тиснения, конгревного и блинтового тиснения.

2.   Матрицы для изготовления резиновых флексоформ.

3.   Рельефное тиснение (подошвы для обуви).

4.   Термические штампы для изготовления нашивок на спецодежду (шевроны).

5.   Температурная высечка (высечка пластиков магниевыми нагретыми острыми клише).

6.   Объемные таблички и награды.

7.   Матрицы для изготовления резиновых штампов.

8.   Высокая печать и простые виды глубокой печати.

 

Технология травления магниевых (и цинковых) клише.

 

Травление магния производят в 20% растворе азотной кислоты с добавлением ПАВ- добавки.

 

В процессе травления в травильной ванне создается давление рабочего раствора на магниевую пластину. В следствии этого давления, происходит вытравливание магния из пластины с образованием соли магния, воды, некоторых газов и большого количества тепла. За счет наличия ПАВ-добавки возможно получение положительного угла травления (без подтравливания). Регулируя температуру рабочего раствора и скорость набрасывания раствора на пластину (скорость вращения лопаток) можно менять угол травления согласно нашему желанию, зависящему от способа тиснения, глубины тиснения и запечатываемого материала.

 

Перед началом травления машина находится в режиме перемешивания рабочего раствора, так как раствор находится в состоянии эмульсии. Эмульсию надо все время перемешивать, чтобы она не разделялась на отдельные слои. В случае остановки процесса перемешивания раствора ПАВ-добавка всплывает на поверхность раствора, образуя своеобразную пленку.

Именно в связи с этим свойством раствора и особенностями тех. процесса, травление магниевых (и других) пластин с положительным углом травления без специального оборудования (набрасывающего хорошо перемешанный раствор на пластину) невозможно!

 

Технологический процесс травления магниевых клише:

 

1.      Допечатная подготовка: компьютерный дизайн и, как результат, вывод пленки на фотовыводном аппарате (негативная или позитивная пленка – зависит от вида фоторезиста на магниевой пластине).

При фотовыводе необходимо учитывать коэффициент теплового расширения магния, равный 0.0029% на 1 градус Цельсия (к примеру, при температуре тиснения в 120 ⁰С и при комнатной температуре 20 ⁰С размер оригинал-макета составляет 0.9971 от реального размера клише).

2.      Вырезание заготовки под будущее клише с размерами большими чем формат клише на 5 мм с каждой стороны (технические поля на резку, обработку краев клише и травление). Ретушировка краев пластины для их защиты от бокового травления.

3.      Засветка фоторезиста через пленку-оригинал в УФ- копировальной раме.

4.      Проявка (вымывка) незасвеченного фоторезиста пластины.

5.      Проверка результата проявки и, в случае необходимости, ретушировка изображения специальным лаком.

6.      Предварительная протравка пластины (закрепление фоторезиста и подготовка поверхности пластины к травлению).

7.      Травление пластины через трафарет засвеченного фоторезиста.

8.      Механическая доработка пластин: удаление лишних точек и обработка боковых граней пластины (в случае необходимости снятие фаски).

9.      Химическое удаление остатков фоторезиста с выпуклых элементов клише. Это завершающая стадия.

 

Описанная выше технология травления магниевых клише является общей для всех типов травильных машин, однако каждый поставщик оборудования и расходных материалов для травления клише вводят какие-либо дополнения в эту технологию. Обычно эти дополнения сводятся к изобретению ими нескольких химических растворов для работы с пластинами (проявителя, ПАВ-добавок, удалителей фоторезиста и др.), а также меняют пропорции травильного раствора.

 

Травление медных пластин.

 

Технология травления медных пластин более сложная, чем технология травления магния, хотя и похожа на нее.

 

При травлении магния можно полностью предугадать полученное клише: регулируя скорость вращения лопаток, температуру раствора и др. параметры, мы можем получить прогнозируемый угол травления, глубину травления и другие параметры клише. При травлении меди все намного сложнее, т.к. раствор для травления меди намного более сложный – вместо одной ПАВ-добавки, используемой при травлении магния, в растворе для травления меди добавок целых три, а то и более.   Всего шесть добавок в травильный раствор для меди (300 Be раствор хлорного железа), а их сочетание зависит от вида медного клише, которое мы хотим получить: глубокое плашечное клише или неглубокое растровое клише. Постоянной добавкой в травильный раствор является антивспениватель. Он плавает на поверхности в виде тонкой пленки и препятствует образованию пены.

 

Все добавки для травления меди делятся на возобновляемые (требующие обновления после каждой вытравленной в растворе пластины и после долгого перерыва в травлении) и невозобновляемые (добавляемые в раствор один раз и до замены раствора больше не добавляются). Для сравнения с процессом травления магния, ПАВ-добавка, единственная добавка для травления магния, является невозобновляемой.

В травильном растворе возобновляемые и невозобновляемые добавки в совокупности образуют сложную органическую ПАВ-смесь, которая в процессе травления абсорбируется на поверхности медной пластины, направляя процесс травления для получения положительного угла травления. Со временем, возобновляемые добавки теряют свои рабочие свойства, ПАВ-смесь перестает работать правильно, требуется добавление возобновляемых добавок. Так, к примеру, если машина простояла ночь без работы, то на утро необходимо в травильный раствор добавить полную порцию возобновляемой добавки, т.к. вчерашняя добавка уже потеряла свои рабочие свойства.

 

Оборудование для изготовления медных клише.

 

Оборудование для травления медных пластин аналогично оборудованию для травления магниевых клише. Основная разница состоит в материалах: медные машины сделаны из пластиков (кислотостойкий ПВХ), а лопатки и металлические детали сделаны из титана. Производители машин для изготовления меди есть в США и Англии, Германии и Японии. В российских типографиях работают на немецких и американских машинах.

Если при травлении магния используются в большинстве случаев лопаточные машины, то при травлении меди используются лопаточные и форсуночные машины одинаково часто. Оба типа машин позволяют получать медные клише самого высокого качества. При травлении меди качество травления больше зависит от профессионализма травильщика, чем от конструктивных особенностей данной машины. При травлении же магния, качество готовых клише меньше связано с профессиональными качествами травильщика, т.к. всему можно быстро научить, а при травлении меди нужен опыт и еще раз опыт.

 

Травильные машины для изготовления медных клише

 

Технология травления медных пластин.

Перейдем к самой технологии травления медных пластин. Операции по засветке, проявке и предварительной протравке аналогичны процедурам при травлении магния (смотрите выше технологию травления магниевых пластин), отличие только в составе растворов и коэффициенте термического расширения меди (учитываемый при выводе пленок): он в два раза меньше, чем для магния. После предварительных операций по обработке медной пластины мы переходим к процессу травления.

В связи с большой сложностью технологии, травление меди ведется при постоянной температуре и постоянной скорости вращения лопаток. Таким образом, мы избавляемся от лишних неизвестных в формуле получения качественных медных клише. Регулировку угла травления клише мы производим за счет изменения количества ПАВ-добавок (и тестирования после каждой вытравленной пластины на необходимость их добавления), а глубину травления за счет изменения времени травления.

Добавки разбавляются в соотношении 1:10 с чистым травильным раствором (30⁰ Be раствором хлорного железа).

 

Травильный раствор составляется следующим образом:   1.      Заливаем в травильную ванну необходимое количество раствора хлорного железа плотностью 300 Be. 2.      Добавляем небольшое количество антивспенивателя. 3.      Добавляем растворы необходимых невозобновляемых и возобновляемых ПАВ-добавок. 4.      Тестируем раствор (на специальных тестовых клише). 5.      Добавляем раствор возобновляемой ПАВ-добавки и снова тестируем, добавляем раствор до тех пор, пока не получим удовлетворяющий нас тест.

 

При добавлении раствора возобновляемой добавки, в случае его лишнего количества в травильном растворе, достаточно несколько минут перемешивать раствор в рабочем режиме. Таким образом часть добавки теряет свои рабочие свойства. После этой процедуры травильный раствор снова тестируют.

 

Стабилизация свежеприготовленного раствора медью – Для обеспечения оптимальной защиты боковых стенок при травлении свежий рабочий раствор в ванне для травления должен содержать не менее 15г меди на 1л жидкости. Поэтому, прежде чем приступить к выполнению производственного задания свежеприготовленный раствор необходимо стабилизировать путем растворения в нем требуемого количества меди. Медь добавляется в раствор после полного растворения ПАВ-добавок. На держателе устанавливается предварительно взвешенная медная пластина и вытравливается в течение промежутка времени, достаточного для растворения необходимого количества меди. Затем пластина изымается из раствора и взвешивается повторно для точного определения массы растворенной меди.

 

Когда мы, наконец, получаем качественный тест, мы ставим рабочую пластину в травильную машину и травим ее на необходимую глубину.

Как уже было сказано выше, медные пластины на глубину более 1 мм не травят. Этот факт связан с тем, что раствор для травления меди и ПАВ-добавки достаточно дороги, а чем больше меди мы вытравливаем из пластины, тем быстрее раствор насыщается солями меди и теряет свою работоспособность. Для экономии травление ведут до глубины в 1 мм, а на большую глубину клише доводят методом фрезировки. Другой причиной неглубокого травления меди является зависимость минимальной толщины линии от глубины травления: при большой глубине травления увеличивается вероятность стравливания тонких линий.

После травления клише промывают и удаляют остатки фоторезиста. Далее производят механическую доработку клише. Механическая доработка включает в себя фрезирование пробельных элементов на нужную глубину, удаление лишних точек и фрезирование фасок на гранях клише (если надо).

После механической доработки клише готово.

 

Перед следующим травлением в травильный раствор снова добавляют возобновляемую добавку и делают тестовые клише. При достижении определенной концентрации меди в травильном растворе, раствор сливают, травильную ванну промывают и составляют новый раствор. Концентрацию меди в растворе проверяют при помощи спектрофатометра (наиболее точный метод), либо измерением веса растворенной в травильном растворе меди (складываем между собой разницы между весом пластин до травления и после).

 

Технология травления меди.

 

1.      Резка, засветка (3-4 по Штоферу).

2.      Проявка. Разводим 15 грамм Каустической соды (NaOH) в 1 литре воды.

3.      Ретушировка необрабатываемых поверхностей. Ретушировка необрабатываемых поверхностей производится для уменьшения затрат травильного раствора. Ретушировка ведется спиртовыми чернилами.

4.      Предварительное травление. Кладем проявленную пластину в раствор предварительной протравки для того, чтобы снять имеющиеся окислы и предотвратить появление новых. Раствор предварительной протравки представляет собой 10 % раствор муравьиной кислоты (100 гр. Кислоты на 1 литр воды).

5.      Травление. Рабочий травильный раствор составляется следующим образом:

1)     Хлорное железо: Кол-во: 56,7 литров, Плотность: 30⁰ Be (1.26 гр/моль, ). Заливаем в рабочую ванну.

2)     Добавка 13A: В 900 мл. чистого раствора хлорного железа (30⁰ Be) разводим 90 гр. Порошка 13А и заливаем эту смесь в рабочую ванну.

3)     Добавка Антивспениватель: 5 капель (из пипетки).

4)     Добавка 13B: В 600 мл. чистого раствора хлорного железа (30⁰ Be) разводим 60 гр. Порошка 13B и заливаем эту смесь в рабочую ванну.

 

После составления ванны, раствор перемешивают в рабочем (травильном) режиме около 15 минут.

Устанавливаем рабочие режимы машины: Температура: 70⁰ F, Скорость вращения лопаток: 800 об/мин..

Травим тестовое клише.

 

Смотрим наличие стравленных участков и качество угла травления. 1) Если угол отрицательный и идет стравливание, то мы добавляем 150 мл. раствора хлорного железа с добавкой 13В(15 гр. Порошка 13В на 150 мл. раствора). Снова травим тест. 2) Если угол травления больше необходимого (добавки лишнего), мы включаем ванну на перемешивание раствора (рабочий режим) минут на пять и снова травим тест. 3) Если нас устраивает качество тестового клише, то мы ставим травится рабочую пластину.

 

Время травления зависит от необходимой глубины травления:

    1 мм  -  30 мин.

            0.7 мм – 20 мин.           -  Клише для плоского горячего тиснения

            0.3-0.4 мм – 8-10 мин   -  Клише для блинтового тиснения

            0.15 мм                           – Растровое клише

 

6.      После окончания времени травления пластину достают из травильной ванны, промывают водой, смывают фоторезист и чернила ацетоном и сушат сжатым воздухом.

7.      Далее клише несут в цех механической обработки, где на клише удаляют методом фрезировки все пробельные элементы (часть из которых была заретушированна и, соответственно, непротравлена).

Клише готово !

8.      Далее готовимся к травлению следующего клише. Для начала проверяем раствор на работоспособность (на насыщенность его медью). Для этого медные пластины взвешиваются до и после процесса травления и разница записывается. Максимальное насыщение раствора медью составляет 31-32 грамм меди на литр раствора.

1)     Если раствор не перенасыщен, то переходим к пункту травления тестового клише и дальнейшему добавлению травильной добавки 13B (если надо). Далее травим следующее клише.

2)     Если раствор насыщен медью, то этот раствор сливаем и заливаем новый раствор. Перед сливом раствора обязательно выключить двигатель перемешивания раствора.

 

Если машина простояла без работы полсуток-сутки, то все добавку 13В надо добавлять полностью заново.

Мытье машины производят раствором муравьиной кислоты, руки моют щавелевой кислотой (раствором).

 

 

Травление латунных клише.

 

Как уже было сказано раньше, травлением латуни занимаются мало и делают это только на небольшую глубину (0.2 мм – 0.3)мм. Это связано с тем фактом, что латунь является медно-цинковым сплавом. Если рассматривать латунь при большом увеличении, то можно увидеть структура медных частиц, залитых вокруг цинком. При травлении цинк травится намного быстрее, чем медь. В результате травленая поверхность латуни получается шершавая и непрочная, такими же свойствами обладают и боковые грани печатных элементов. При травлении мы также не можем получить прямых границ печатных элементов, так как все печатные элементы имеют кайму из зазубрин. До настоящего времени не создано ПАВ-добавок для получения положительного угла наклона граней печатных элементов в процессе травления, что тоже не приемлемо для клише.

Все эти факты приводят к тому, что клише для горячего тиснения методом травления латуни не изготавливают, проще латунные клише обрабатывать механическим путем (методом гравировки).

 

Травление стальных клише.

 

Травление стали процесс достаточно сложный, так как нет ПАВ-добавок для получения положительного угла травления. Но, в отличии от латуни, сталь тяжело обрабатывается механическим путем.

 

Для экономии времени и инструмента при гравировке стальных клише, пластины первоначально травят на нужную глубину (с отрицательным углом травления), а затем на гравировально-фрезерном станке дорабатывают до получения положительного угла и точных форм клише. Травление стали ведется в следующем растворе: соляная кислота + серная кислота + хлорид серебра (AgCl2). Таким же способом изготавливают высечные ножи на цельностальном листе (для ротационной высечки).

 

Некоторые производители клише для придания им большей твердости и тиражестойкости после травления или гравировки хромируют клише.

 

 

 

Механический способ изготовления металлических клише (гравировка клише).

 

Как уже было сказано выше, химический метод изготовления клише для горячего тиснения является наиболее популярным. Но, к сожалению, такой быстрый и достаточно простой метод для изготовления конгревных (трехмерных) матриц и клише не подходит. В этом случае мы пользуемся механическим способом обработки металлических пластин – гравировкой. Гравировка бывает ручной и автоматической.

 

Ручная гравировка металлических пластин – это один из старейших методов изготовления клише и форм для высокой и глубокой печати, для горячего тиснения, конгревного и блинтового тиснения. Метод ручной гравировки состоит в том, что гравировщик с помощью различных ручных приспособлений (штихелей, надфилей, шкурок и паст) вырезает из пластины металла клише. Таким методом пользовались, а иногда пользуются и сейчас, для изготовления совершенно любых клише и штампов. Он требует высокого класса гравировщика и очень много времени. Роль этого метода изготовления клише значительно снизилась после изобретения химического метода, а также после изобретения гравировально-фрезерных станков-автоматов. К ручному методу можно также отнести изготовление клише на гравировально-фрезерной машине с ручной подачей инструмента. Автоматическая гравировка металлических пластин – это метод обработки пластин с использованием станков с ЧПУ и ПК. Использование гравировально-фрезерной техники под управлением ПК и ЧПУ распространяется повсеместно и является наиболее популярным методом изготовления сложных 3D-клише (трехмерных) для конгревного тиснения. При использовании ПК в управлении гравировально-фрезерными станками сложность нашего клише больше зависит от знания оператором компьютерных технологий, чем от опыта ручной металлообработки, что облегчает поиск персонала для работе за данным оборудованием. Обработка оригинал-макета будущего клише на компьютере дает нам возможности в визуальном создании и коррекции компьютерной 3D-модели клише. Программное обеспечение станков совместимо со стандартными программами для работы с 3D-графикой, что позволяет использовать все множество этих мощных программных продуктов при изготовлении оригинал-макетов клише. Описанные выше возможности гравировально-фрезерных станков, управляемых с ПК, позволяют увеличить качество и скорость изготовления клише, а также уменьшают влияние человеческого фактора на качество получаемого клише (в случае качественного изготовления оригинала на компьютере).

 

Гравировально-фрезерные станки с компьютерным управлением.

Современные гравировально-фрезерные станки – это высокоточное компьютеризированное оборудование. Для пермещения шпинделя с режущим инструментом используются микрошаговые двигатели (наиболее дешевые модели) или серво-двигатели с обратной связью, которые отслеживают реальное положение шпинделя (наиболее точные дорогие модели). Шпиндель приводится в движение за счет шарико-винтовых пар, чем обеспечивается отсутствие люфтов в системе. На дешевых машинах вместо шарико-винтовых пар используются стальные тросики, но такие системы не обладают высокой точностью позиционирования инструмента.

Фирм-изготовителей гравировально-фрезерного оборудования множество. Для изготовления клише для горячего тиснения и конгрева подойдут большинство из них. Так, к примеру, даже самый дешевый станок фирмы Roland (Япония), модель MDX-15 (цена на него составляет 3 тысячи долларов), позволяет изготавливать простые латунные матрицы для конгревного тиснения форматом 10*15 см.

 

Гравировально-фрезерные станки фирмы ROLAND

 

 При выборе оборудования для гравировки клише необходимо учитывать форматы будущих клише, материал клише и необходимую скорость изготовления клише (от материала и необходимой скорости зависит требуемая мощность шпинделя). Для изготовления ротационного клише (для секций ротационного тиснения во флексографских машинах или валов ротационной высечки) требуется наличие в станке четвертой координаты.

Кроме самого станка очень важно также и программное обеспечение, под управлением которого происходит его работа. В большинстве случаев вместе со станком поставляется программное обеспечение для проектирования и изготовления простых моделей (и клише). Для проектирования более сложных объектов гравировки (в том числе и сложных конгревных 3D-матриц) используются стандартные пакеты программ работы с 3D-графикой: 3D Studio, AutoCAD и другие. Далее из этих программ 3D-модели переносятся в программы для работы с гравировально-фрезерным станком. Кроме специальных программ, входящих в комплект с конкретным станком, есть еще и программные продукты, позволяющие работать с различными гравировально-фрезерными станками разных производителей, например программный продукт ArtCAM. Такие программы позволяют облегчить проектирование 3D-моделей клише и ускоряют процесс гравировки за счет оптимизации пути движения режущего инструмента.

 

Материалы для изготовления клише методом гравировки.

Наиболее распространенным материалом для изготовления клише методом гравировки является латунь. Из российских материалов лучше всего подходит латунь ЛС-59. Данная марка латуни легирована свинцом (примерно 1.4 %). Свинец — это своеобразная смазка, уменьшающая износ инструмента при обработке латуни резанием. Мелкая, легко отделяющаяся стружка, образующаяся при механической обработке этой латуни, позволяет получать поверхность обрабатываемых изделий с параметрами низкой шероховатости.

Магний тоже хорошо обрабатывается методом гравировки за счет своей мягкости и хрупкости.

Медные и особенно стальные пластины требуют мощного шпинделя для своей обработки и большего времени. Для экономии времени и инструмента в случае изготовления стального клише требуется его предварительное травление на необходимую глубину и только после этого стальную пластину гравируют.

 

 

Контрматрицы (патрицы).

Затрагивая тему изготовления матриц для конгревного тиснения, конечно, не обойдем внимание технологии производства контрматриц.

В случае двухмерного конгревного или блинтового тиснения или даже простого трехмерного тиснения контрматрицу можно изготавливать из металла методами гравировки или травления (только для 2-х мерных форм). Металл для контрматрицы берем или аналогичный матрицы или более мягкий.

В случае большого количества сложных элементов на контрматрице, то более резонно изготавливать контрматрицу как отпечаток матрицы прямо на оборудовании для тиснения. Специально для этих целей были разработаны в Германии PRAGO-материалы.

 

Для разных толщин тисненых материалов и видов тиснения применяются свои типы PRAGO-материалов:

Наименование	Назначение
PASTE 512	Для тиснения по картону большими матрицами
PERTINAX	Декельный материал при тиснении
PRAGO PLAST COMBI	Для блинтового тиснения на бумаге 50-180 г/м2
PRAGO TERM/800	Для однооперационного горячего тиснения фольгой любых бумаг и картонов
PRAGO HART	Для блинтового тиснения на бумаге 50-180 г/м2

 

Суть технологии изготовления контрматриц из PRAGO-материалов состоит в следующем:

1. На нагреваемую плиту тиснильный машины закрепляют металлическую матрицу.
2. На вторую (не нагреваемую) плиту приклеевуют подложку (декельный материал), а на декельный материал приклеевают заготовку из PRAGO-материала. Если PRAGO-материала имеет вид пасты (PASTE 512), то сверху еще прилипляют лист бумаги, а если это материал для тиснения фольгой (PRAGO TERM/800), то поверх материала прилипляют фольгу для горячего тиснения.
3. Делают оттиск в ручном режиме свода плит при нагретой плите.
4. Разводят плиты и удаляют излишки PRAGO-материала.
5. Если необходимо, то производят оттиск несколько раз.

       Все. Контрматрица готова.

 

При изготовлении контрматрицы для конгрева с фольгой, часто делают патрицу многослойной, т.е. пункты 2, 3 и 4 повторяют несколько до тех пор, пока высота патрицы ни станет необходимой.

 

Пример изготовления форм для конгрева с фольгированием с применением PRAGO TERM/800

	Магниевая матрица для конгрева – изготовлена методом гравировки
	Контрматрца из PRAGO TERM/800
	Пример конгревного тиснения на мелованном картоне 200 гр/м2

 

Кроме технологии изготовления матриц из специальных PRAGO-материалов, существует еще технология с использованием различных видов эпоксидных смол для производства контрматриц.

Технологии от одной фирмы изготовителя к другой различаются, но суть ее остается одной:

1.      На нижнюю плиту горизонтального термопресса укладывается металлическая матрица с предварительно высверленными по углам отверстиями и вставленными в них штифтами для последующего совмещения матрица и патрицы.

2.      В нее заливается эпоксидная смола. Сверху смола прикрывается декельным материалом (из гетинакса).

3.      Вся система зажимается в термопрессе при повышенной температуре на определенное время.

После высыхания эпоксидного компаунда в термопрессе формы достаются. Вот и вся технология, но за кадром остались подбор конкретной эпоксидной смолы и режимов работы с ней, которые уже каждая фирма-изготовитель получает методом проб и ошибок.

 

Силиконовые клише.

Силиконовые клише предназначены для печати на пластиковых тубах для парфюмерных и косметических изделий. Конструктивно силиконовые клише состоят из самого клише и металлической (дюралевой) подложки. Основной особенностью данной разновидности клише для горячего тиснения является его мягкость и эластичность: на месте оттиска не остается углубления.

 

	При тиснении силиконовые клише не вдавливает фольгу в материал, а за счет своей эластичности сильно прижимает фольгу к тиснимому материалу, обтекая все его неровности. Такое свойство клише часто необходимо при печати на пластиках, но при тиснении на бумагах остаются следы волокон, пыли и другие неровности, которые не пропечатываются или создают ненужный рельеф. В связи с этим свойством силиконовых клише они не используются при тиснении бумаг и картонов.   Другой особенностью тиснения силиконовыми клише является температура тиснения. В связи с невысокой теплопроводностью силикона (в сравнении с металлами), температура нагрева металлической подложки клише составляет порядка 260 0С, а на рабочей поверхности клише температура составляет 200-220 0С (при тиснении металлическими клише температура тиснения составляет 110-140 0С).   Угол рельефа у силиконовых клише аналогичен металлическим и составляет 10-30 0С. Тиражестойкость силиконовых клише в среднем составляет 150 тыс. оттисков (немногим больше, чем у магниевых).	Пример тубы, тисненой силиконовым клише
Пример силиконового клише

 

Технология изготовления силиконовых клише.

 

Силиконовые клише изготавливают методом вулканизации силикона в металлическую форму (матрицу) под давлением и при нагреве или методом лазерной резки по уже готовой с подложкой пластине.

 

Технология изготовления силиконовых клише методом вулканизации:

 

1.      Изготовление методом гравировки магниевой или латунной формы. Выбор металла для матрицы зависит от необходимых прочностных характеристик формы. Рабочие поверхности клише должны быть  как можно более гладкими, поэтому соответствующие им части формы полируют на граверовальной машине особенно тщательно. На краях формы делают пропилы для вывода лишнего силикона в процессе изготовления из него клише для тиснения. Обычно, чем больше размеры формы и чем более она вытянута, тем большие нагрузки на нее воздействуют при изготовлении клише. Соответствнно, для изготовления больших и вытянутых форм используются латунь, а остальные формы делают из магния.

2.      В форму закладывают в несколько слоев силикон, а сверху накладывают дюралевую подложку будущего клише. В прессе с нагреваемой прижимной плитой производят вулканизацию силикона в форму. Далее клише вынимают из формы и проверяют на наличие брака (в среднем идет около 50 %).

 

Силикон --------
Подложка ------
	Силиконовое клише: вид сбоку

 

Технология изготовления силиконовых клише методом лазерной резки:

 

Данная технология состоит в том, что готовую силиконовую пластину с металлической подложкой. На данной пластине производят лазерную резку клише по заданному с управляющего компьютера программе.

Такая технология используется при изготовлении силиконовых клише для горячего тиснения достаточно редко, т.к. при ней не получить необходимого угла рельефа и свойства силикона на краях рельефа при резке лазером ухудшаются. В связи с этими факторами, тиражетойкость таких клише и качество тиснения с них оставляет желать лучшего.

Какой метод изготовления металлического клише лучше?

 

Каждый производитель решает для себя этот вопрос по-своему. Общие же рекомендации следующие.

 

Травильная машина предпочтительна в случае, если Вам необходимо много плоских клише для горячего тиснения или блинтования. Травильная машина сочетает в себе скорость изготовления клише и достаточную простоту работы. Но матрицы для конгревного тиснения на травильной машине Вы сделать не сможете, но сильно сэкономите на изготовлении плоских клише (в процентном соотношении их примерно 70-80 процентов от общего количества используемых клише).

 

Гравировально-фрезерный станок позволит Вам изготовить любое клише для плоского горячего тиснения, для блинтового и сложного трехмерного конгревного тиснения. Но при этом у Вас значительно увеличивается время изготовления клише, а, следовательно, Вы сможете изготовить меньшее количество клише за единицу времени. Также хочу отметить, что гравировальный станок примерно в 2-3 раза дороже травильной машины того же формата.

 

Лучше иметь у себя на производстве и травильную машину и гравировально-фрезерный станок, но с чего начинать? Если у Вас потребность в небольшом количестве клише небольшого формата (A4), то предпочтение лучше отдать недорогому гравировально-фрезерному станку (к примеру станок Roland EGX-300 хорошо подходит для этих задач). Если у Вас большое количество плоских клише для горячего тиснения фольгой, то необходимо начинать с травильной машины.