Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния трафаретного способа печати 10
1.1 Области применения и эффективность использования трафаретной печати 10
1.2 Исследование влияния технологических факторов, на графическую точность воспроизведения изображения и толщину красочного слоя
1.2.1. Понятия графической и градационной точности изображения. Определение искажений, характерных для трафаретной печати и факторов на них влияющих 17
1.2.2. Влияние параметров трафаретной печатной формы 18
1.2.3. Влияние факторов печатного процесса. 28
1.3. Разработки в области полутоновой трафаретной печати 36
1.3.1. Теоретические основы воспроизведения полутоновых изображений , 36
1.3.2. Изучение растровой трафаретной печати 38
Выводы по главе 1 и постановка задач исследования 42
Глава 2. Разработка модели полутоновой трафаретной печати. 45
2.1. Концепция построения модели растровой трафаретной печати ; 45
2.2. Модель ситовой основы трафаретной печатной формы 48
2.3. Модель формирования сплошного красочного слоя на оттиске в условиях растровой трафаретной печати 53
2.4. Моделирование распределения красочного слоя на оттиске по толщине
2.5. Модель формирования растрового элемента на оттиске. Уравнение дерастрирования 68
Выводы по главе 2 75
Глава 3. Объекты и методы экспериментального исследования 77
3.1. Выбор и обоснование оборудования и материалов для проведения экспериментальной проверки модели 77
3.1.1. Процесс изготовления печатных форм 77
3.1.2. Печатный процесс
3.2. Методика исследования закономерностей краскопереноса 85
3.3. Методика исследования распределения красочного слоя на оттиске по толщине 88
3.4. Разработка метода исследования градационной передачи. 90
Выводы по главе 3 92
Глава 4. Экспериментальное исследование формирования растрового изображения на оттиске 94
4.1. Влияние технологических параметров на формирование сплошного красочного слоя в условиях растровой печати 94
4.1.1. Влияние параметров сетки - основы ТПФ на количество краски на оттиске 94
4.1.2. Закономерности краскопереноса 96
4.1.3. Влияние на краскоперенос вязкости печатной краски и скорости печатания
4.1.3.1. Влияние вязкости краски. 101
4.1.3.2. Влияние скорости печатания 102
4.1.3.3. Совокупное влияние вязкости краски и скорости печатания на краскоперенос 104
4.2. Исследование влияния трафаретной сетки - основы ТПФ на распределение красочного слоя на оттиске в условиях растровой печати 106
4.2.1. Результаты исследования тиражных оттисков 106
4.2.2. Влияние параметров сетки - основы формы и вязкости краски на распределение красочного слоя 109
4.3. Особенности градационной передачи в трафаретной печати. lib
4.3.1. Влияние вязкости краски на характер тонопередачи на оттиске 112
4.3.2 Некорректность уравнения Шеберстова-Мюррея-Девиса в условиях трафаретного способа печати. 114
4.3.3. Влияние соотношения параметров сетки и линиатуры воспроизводимого растра на градационную передачу 120
Выводы по главе 4 126
Общие выводы и рекомендации 128
Приложения 130
Литература
- Понятия графической и градационной точности изображения. Определение искажений, характерных для трафаретной печати и факторов на них влияющих
- Модель формирования сплошного красочного слоя на оттиске в условиях растровой трафаретной печати
- Методика исследования закономерностей краскопереноса
- Исследование влияния трафаретной сетки - основы ТПФ на распределение красочного слоя на оттиске в условиях растровой печати
Понятия графической и градационной точности изображения. Определение искажений, характерных для трафаретной печати и факторов на них влияющих
Существует множество видов трафаретных печатных форм и различных способов их изготовления. Все они подразделены на два подкласса [28]. Первый включает формы, полученные на сплошных
формных материалах (пластмассовых, металлических листах и т.п.) путём вырезания, травления, гравирования, гальванопластики или другими методами [29]. Этот подкласс печатных форм широко применяется в микроэлектронике и исключает применение растрирования. Возможность растрирования предусматривают формы, отнесённые ко второму подклассу -на основе ситовых тканей изготовленные фотомеханическим способом. Ситовая ткань или сетка служит основой пробельным элементам формы, сформированным в светочувствительном копировальном слое. Формы могут быть плоскими или цилиндрическими. Наибольшее распространение приобрела печать с плоских форм на ситовой основе. В дальнейшем под термином трафаретные печатные формы (ТПФ) будем подразумевать плоские формы, относящиеся ко второму подклассу, а под термином трафаретная печать (ТП) - печать с этих форм. Фактически печатающими элементами ТПФ являются ячейки сетки на площади, свободной от копировального слоя. Пробельными элементами служит нерастворимый копировальный слой, закрывающий ячейки сетки.
Диаграмма рангов влияния технологических факторов трафаретной печати на графическую точность изображения. XI - размер ячейки сетки-основы (номер сетки); Х2 - вид копировального слоя (химический состав); ХЗ - способ изготовления ТПФ (прямой, косвенный, комбинир.); Х4 - степень натяжения сетки; Х5 - толщина копировального слоя; Х6 - величина технологического зазора при печатании; Х7 - давление ракеля; Х8 - угол заточки ракеля; Х9 - материал ракеля; XI0 - формат трафаретной печатной формы; XII - скорость печати; Х12 - тип и свойства краски; XI3 - способ закрепления изображения (сушки) XI4 - вид запечатываемой поверхности. Краска, проникая сквозь открытые ячейки формирует на запечатываемом материале изображение. В наиболее общем случае (за некоторым исключением) печатный контакт обеспечивается по линии [30]. Упругоэластичная форма располагается на некотором расстоянии от запечатываемого материала, называемом технологическим зазором. Значение технологического зазора, в зависимости от натяжения сетки и формата печатной формы может лежать в диапазоне от 0,5 до 5 мм [31]. В процессе печататния остро заточенная кромка эластичного ракеля, деформируя форму, создаёт контакт между ней и запечатываемым материалом. Растяжение сетчатой основы ТПФ при создании печатного контакта вызывает увеличение печатающих элементов формы, что ведёт к увеличению элементов изображения на оттиске. Вопросы графических искажений вследствие растяжения формы исследуются давно, и хорошо изучены отечественными учёными Биласом М.И. [32], Козловым А.Ф. [33], Клейнером Л.А. [34]. За рубежом такие исследования проводятся в лабораториях фирм-изготовителей ситовых тканей с целью усовершенствования материалов и технологий их изготовления [35, 36]. Мистюком И.М. и Штекельбергом М.Х. [37] разработана модель деформативности ТПФ, которая позволяет определить условия минимизации величины деформации формы и влекомых ей искажений.
На изменение размеров элементов изображения при изготовлении ТПФ влияет светорассеяние в нитях сетки-основы [38]. С целью исключения этого влияния в настоящее время производятся сетки, нити которых окрашены в цвета (жёлтый, оранжевый), поглощающие актиничную зону спектра излучения. Однако использование жёлтых сеток для проекционного способа копирования невозможно вследствие значительного снижения освещённости на копировальном слое [39].
Изменение размеров элементов изображения и искажение их контура во многом определяется способом изготовления печатной формы. Из рис. 1.4 видно, что авторами работы [27] способ изготовления ТПФ (прямой, косвенный, комбинированный) был определён как один из наиболее значимых факторов, влияющих на графическую точность изображения. Наибольшие искажения контуров элементов изображения происходят при печатании с форм, изготовленных прямым способом с использванием жидких светочувствительных композиций, причём решающую роль играет степень шероховатости копировального слоя на сетке с печатной стороны формы и его толщина [40, 41, 42]. В работе [43] отмечается, что наибольшая графическая точность изображения достигается при использовании форм с достаточно гладкой поверхностью копировального слоя. Его неровность (значение Rz) не должна превышать 5 мкм [18]. На рис. 1.5 (рисунок заимствован из работы [40]) приведена микрофотография фрагмента ТПФ, изготовленной прямым способом с недостаточной толщиной копировального слоя, обусловившей недостаточную гладкость его поверхности. На рисунке видно, что на поверхности копировального слоя на месте ячеек сетки образуются полости. Такая структура поверхности печатной формы не позволяет получить плотного контакта как между ней и фотоформой в процессе копирования, так и между ней и запечатываемым материалом в процессе печатания. Это приводит, во-первых, к светорассеянию в полостях при изготовлении формы и, во-вторых, -к затеканию краски за пределы печатающих элементов формы. Эта причина графических искажений оттиска при изготовлении ТПФ прямым способом приводится и Н.Н. Полянским [42]. В работе [44] было проведено экспериментальное сравнительное исследование градационных характеристик оттисков с печатных форм, изготовленных прямым (с использованием жидкой композиции) и косвеным способами. Сделан вывод о том, что для растровых работ косвенный способ изготовления ТПФ является наилучшим, так как при его использовании графические и, следовательно, градационные искажения, вносимые формным процессом минимальны. Материал копировального слоя также влияет на графическую точность ТПФ [15,45].
Модель формирования сплошного красочного слоя на оттиске в условиях растровой трафаретной печати
Все исследователи, создававшие модели процесса формирования красочного слоя на оттиске трафаретной печати стремились к математичесому выражению сил, влияющих на краску в полосе печатного контакта [24, 53, 54]. Однако это стремление, как отмечалось в разд. 1.2, пока не привело к положительному результату. Полученные в результате кропотливого труда уравнения одних исследователей оспаривались другими. В данной работе мы решили обойти эту проблему и пойти другим путём. Подойдём к моделированию процесса формирования сплошного красочного слоя на оттиске как к определению коэффициента краскопереноса, ведь нас интересует конечный результат - толщина красочного слоя на оттиске и анализ факторов, влияющих на неё.
Термин краскоперенос в технологии печатных процессов обозначает процесс переноса красочного изображения с печатной формы на запечатываемый материал. Характер краскопереноса оценивается по двум параметрам: 1. количеству краски, перешедшей на запечатываемый материал, относительно её количества на печатной форме и 2. особенности распределения краски на запечатываемом материале, определяющей графическую точность изображения-оттиска, а также градационные и цветовые особенности воспроизводимой информации [50]. Здесь, говоря о количественной оценке краскопереноса, мы будем иметь в виду только первый параметр - коэффициент краскоперепоса, который определяется как отношение массового или объёмного количества краски на оттиске к соответствующему её количеству на печатной форме: т V X = Лзт. = LSSSL (2.2) тф уф где тотт - масса краски, на оттиске; тф - масса краски на печатной форме до её перехода, Vomm, Уф - соответственно объём краски на оттиске и на форме до переноса.
Сложность изучения механизма краскопереноса в трафаретном способе печати заключается в том, что процессы формирования красочного слоя на печатной форме и перенос краски с неё на запечатываемый материал неразделимы в пространстве и во времени, в отличие от других способов. Поэтому экспериментально определить количество краски на печатной форме до её перехода на запечатываемый материал не представляется возможным. Его можно только рассчитать, исходя из геометрических параметров формы. И Штекельберг М.Х. и Ткачук Н.П. при создании своих моделей разделяли процессы заполнения краской объёма печатающих элементов формы и отрыв формы от запечатываемого материала, то есть переход краски с формы на запечатываемый материал. По-видимому для условий трафаретной печати такое разделение неприемлемо. Примем, что заполнение краской объёма печатающего элемента и переход её с формы на запечатываемый материал происходит в едином неразделимом пространственно-временном цикле, что соответствует реальным условиям процесса. Количество краски на печатной форме будем считать равным объёму ячеек модельной сетки на площади печатающих элементов формы (рис. 2.1). Примем также, что краска заполняет полный объём этих ячеек. То есть будем считать количество краски на форме до переноса на запечатываемый материал равным теоретическому красочному объёму сетки, зависящему только от её параметров и не зависящему от факторов печатного процесса. Поскольку здесь нас интересует сплошной красочный слой, все расчёты приведём к единичной площади, а именно - к площади единичного квадрата сетки. Он, как видно из рис. 2.1, включает в себя одну ячейку сетки и половину каждой из четырёх прилегающих к ней нитей. Таким образом объёмное количество краски на печатной форме до её переноса на запечатываемый материал (ф) будет равно объёму одной ячейки сетки (2.1): V = d12dH (2.3) или: УФ= і% (2.4)
Логично предположить, что переход краски на запечатываемую поверхность в момент её контакта с формой (сеткой-основой) уменьшается вследствие образования на стенках ячеек граничных слоев краски. Примем, что толщина этих слоев на всех нитях модельной сетки постоянна и равна hocm (рис. 2.5). Обозначим как Vocm объём краски, оставшейся на печатной форме после её отвода. Примем также, что на поверхностях сетки, соответствующих ракельной и печатной сторонам формы, остаточный красочный слой отсутствует. Получаем:
Kcm= Acm(d hocm) (2.5) или: VOQm = Ahchoemid-hocm) (2.6) Как доказал Н.П.Ткачук, не вся краска, заполняющая ячейки сетки формирует красочный слой на оттиске. Часть её вынимается из ячеек проникающей в них кромкой эластичного ракеля. Эту часть краски также необходимо учесть. Как было отмечено в 1.2, изымаемое из ячеек количество краски зависит от твёрдости ракеля и размера ячеек. Действительно, чем больше ячейка, тем на большую глубину способен проникнуть в неё ракель и тем большую часть от заполнившего её объёма краски забрать. Предположим, что изымаемая часть краски прямо пропорциональна длине стороны ячейки сетки. Тогда объём краски, изымаемой ракелем из ячеек сетки V можно выразить следующим образом: VpaK=Pd3 (2.7) где p - безразмерный коэффициент, зависящий от жёсткости ракельного материала. Н.П.Ткачуком было выяснено, что при изменении жёсткости ракеля в интервале от 65 до 85 по Шору (то есть в интервале практически используемых жесткостей) на оттиск передаётся наименьшее количество краски (рис. 1.9), то есть из ячеек в процессе печатания изымается наибольшее её количество, чем при использовании как более твёрдых, так и более мягких ракелей. Помимо жёсткости материала ракеля на количество изымаемой краски, видимо, влияет профиль рабочей кромки ракельного полотна. Так, например, в случае полукруглого профиля из ячеек изымается наименьшее количество краски, а в случае прямоугольного - наибольшее.
Методика исследования закономерностей краскопереноса
С учётом требований к минимизации ГДД угол наклона печатного ракеля к плоскости печатной формы был установлен максимальный для данной печатной машины. Профиль ракельного полотна был выбран прямоугольный. Давление на печатный ракель подбиралось таким, чтобы при минимальном технологическом зазоре и оптимальном натяжении сеток на рамы создавался печатный контакт минимальной площади, то есть чтобы отсутствовала деформация ракеля заданной твёрдости. Собственно значение давления на ракель не оказывает влияния на силу ГДД. Оно должно определяться, исходя из двух требований: - обеспечивать контакт печатной формы с запечатываемым материалом; - не деформировать ракельное полотно.
Избыточное давление приводит к тому, что полотно печатного ракеля изгибается, в результате чего уменьшается угол наклона кромки ракеля к плоскости печатной формы, что увеличивает значение ГДД и, соответственно, количество переходящей на оттиск краски. В этом причина распространённого; среди практиков заблуждения, что увеличение давления приводит к увеличению количества переходящей краски и его численное значение имеет практическую значимость.
Технологический зазор задавался минимальным для минимизации графических искажений вследствии деформации печатающих и пробельных элементов формы при растяжении сетки в момент печатного контакта. Значения неизменяемых параметров печатного процесса приведены в табл.3.3.
Одним из изменяемых факторов моделирования является скорость печатания. Изменять её на строго заданную величину, измерять и обеспечивать повторяемость задаваемых величин во всех сериях экспериментов возможно только при автоматическом режиме печатания. В трафаретном способе значение термина «скорость печатания» однозначно не определено. Это может быть: - количество печатных циклов в единицу времени; - совокупная скорость перемещения печатного и орошающего ракеля; - скорость перемещения печатного ракеля.
Задача настоящей работы - моделирование процесса формирования красочного изображения на оттиске. Этот процесс происходит в результате перемещения печатного ракеля по форме. В валике краски, перемещающейся в клиновом зазоре между плоскостью полотна печатного ракеля и плоскостью печатной формы создаётся гидродинамическое давление, посредством которого краска передаётся на запечатываемый материал. От силы ГДД зависит какое количество краски будет передано на оттиск. Следовательно для проверки модели параметр «скорость процесса печатания» здесь был определён как скорость перемещения печатного ракеля. Она изменялась в пределах возможности печатной машины - от максимальной до минимальной. Скорость движения орошающего ракеля была установлена 0,7 м/мин и не изменялась.
Вторым изменяемым фактором моделирования является вязкость печатной краски. Трафаретная краска для триадной печати обладает свойством тиксотропии, поэтому, говоря о её вязкости, необходимо внести уточнение. В исследованиях процессов трафаретной печати принято считать вязкостью краски её минимальную вязкость , то есть вязкость предельно разрушенной структуры, так как в реальном печатном процессе структурированные системы разрушаются при перемещениии краски ракелем по форме и продавливании её через ячейки сетки. Все предшествующие исследователи принимали за вязкость трафаретной печатной краски в процессе печатания вязкость предельно разрушенной структуры и рассматривали течение краски как течение ньютоновской жидкости: «...краска подвергается непрерывному возвратно-поступательному перемещению, вращению, значительному давлению в зоне печатного контакта. В результате такого воздействия на краску её структура непрерывно разрушается, а её вязкость поддерживается на уровне вязкости с предельно разрушенной структурой.» [53] Минимальная вязкость краски изменялась в пределах от 2 до 13 Па с. Пределы выбирались исходя из условий обеспечения возможности печатания: требование к минимальной вязкости - отсутствие самопроизвольного протекания краски сквозь ячейки сетки и относительная стабильность валика краски; к максимальной - прохождение краски сквозь сетку при установленных пареметрах печатного процесса. Вязкость изменялась путём добавления растворителя, аналогичного содержащемуся в краске, т.е. не влияющего на время её отверждения. В эксперименте использовалась краска производства фирмы ARGON (Италия) серия HIGLOSS VINIL 35.000. Эта серия предназначается для печатания на бумаге, ПВХ, полистироле, поликарбонате, акриловом стекле. Измерение вязкости проводилось на ротационном вискозиметре РВ-8 по методике, описанной в работе [81].
В табл. 3.3 приведены неизменяемые и изменяемые параметры и факторы печатного процесса, выбранные для экспериментального исследования.
Неизменяемые параметры Изменяемые параметры Угол Давление Твёрдость Форма Скорость Мини наклона на печати. ракеля, заточки движения мальная печати. ракель, ед.по ракеля печатного вязкость ракеля, усл.ед. Шору ракеля, м/с краски, Пас 83 17 75 прямо-угольн. 1,7 0,5 0,1 2 Для обеспечения стабильности процесса и воспроизведения реальных условий, печатание проводилось непрерывно без технологических остановок и остановок во время измерений. Это важный момент, гарантирующий достоверность и воспроизводимость полученных результатов, так как во время остановок краска, оставшаяся на нитях сетки высыхает, в результате чего изменяются размеры ячеек сетки и её пропускная способность, что влияет на краскоперенос.
Чтобы исключить влияние процесса впитывания краски, в качестве запечатываемого материала была выбрана самоклеящаяся ПВХ плёнка (на бумажной основе с клеевым слоем) «RAFLATAC».
Исследование влияния трафаретной сетки - основы ТПФ на распределение красочного слоя на оттиске в условиях растровой печати
Исследование тиражных оттисков растровой трафаретной печати, изготовленных на различных предприятиях, проводилось с целью получения фактического материала, доказывающего наличие при определённых условиях печатания дискретной структуры растровых точек. 96 % исследуемых оттисков имели сплошную структуру красочного слоя, хотя на краях растровых точек, особенно малых размеров (относительная площадь которых составляла 10-30%) обнаруживалось влияние сетки: форма точек звездообразная. Микрофотография фрагмента такого оттиска представлена на рис. 4.8
Микрофотография фрагмента растрового трафаретного оттиска. Запечатываемый материал - мелованная бумага, тип краски - на основе летучих растворителей. Увеличение - в 20 раз.
Среди исследуемых образцов были оттиски с дискретной структурой растровых точек. Электронная микрофотография с 40-кратным увеличением фрагмента многокрасочного оттиска с наиболее выраженной дискретизацией красочного слоя на растровых точках представлена на рис. 4.9. Как видно из рисунка, дискретную структуру на площади всего фрагмента имеют растровые точки, напечатанные пурпурной и голубой красками. Слой жёлтой краски имеет дискретную структуру лишь на отдельных элементах увеличенного фрагмента. Это можно объяснить различием в вязкостях печатных красок, обусловливающим различное их растекание после отрыва печатной формы.
Приведённая микрофотография фрагмента растрового многокрасочного оттиска (рис.4.9) доказывает, что при определённых условиях печатания в практике трафаретной печати наблюдается дискретизация растровых точек вследствие влияния трафаретной сетки. Наличие дискретной структуры красочных слоев является подтверждением правомерности основных положений модели распределения красочного слоя по толщине в условиях растровой трафаретной печати (раздел 2.4). Малую долю оттисков с дискретной структурой, по отношению ко всему количеству исследованных оттисков (2 %) можно объяснить тем, что печатники, как отмечено в разделе 1.2.3, регулируют вязкость краски, основываясь на рекомендации
«Технологических инструкций по трафаретной печати» [65] и своём личном опыте таким образом, чтобы на оттисках не прослеживалась фактура сетки, то есть чтобы красочный слой распределялся по поверхности запечатываемого материала равномерно. При этом полностью отсутствует информация об искажении градационной передачи вследствие увеличения размеров растровых элементов за счёт растекания низковязкой краски за пределы печатающих элементов.
Электронная микрофотография фрагмента тиражного оттиска многокрасочной растровой трафаретной печати. Запечатываемый материал -бумага. Тип краски - на основе летучих растворителей. Увеличение - в 40 раз.
Влияние параметров сетки - основы формы и вязкости краски на распределение красочного слоя.
Визуальное (при помощи микроскопа) исследование оттисков, напечатанных в условиях растровой печати, определённых в разделе 2.1, с печатных форм на основе сеток различных линиатур красками различной вязкости дало следующие результаты:
1. Неравномерное распределение краски на оттиске, аналогичное растровой структуре с линиатурой, равной линиатуре сетки -основы ТПФ наблюдается при печатании с сеток № 120.34 и 100.40. Это можно объяснить тем, что при печатании с использованием этих сеток, в соответствие с результатами, полученными в разделе 4.1, коэффициент краскопереноса в этом случае минимальный, что означает минимальное количество переходящей на оттиск краски, относительно свободного объёма ячеек сетки. Кроме того, у этих сеток отношение высоты ячеек к их ширине значительно меньше, чем этот параметр для сеток 140 и 165 нит./см. Полученный результат подтверждает условие получения равномерного красочного слоя, определённое выражением (2.28). Одной из составляющих функции F (2.28) является выражение, в которое входят параметры сетки и коэффициент краскопереноса, обозначим его как с: с-1—f- (4-4) l + JL d В табл. 4.3 приведены значения с для следующих условий печатания, при которых наблюдалась несплошная структура красочного слоя: вязкость краски 13 Па с, скорость печатания 0,5 м/с. Сравнение полученных значений выражения (4.4) подтверждает правильность высказанного объяснения.
2. Неравномерное распределение красочного слоя наблюдается при печатании краской максимальной вязкости (13 Па с). Этот результатат также согласуется с разработанной моделью. От вязкости краски зависит её растекаемость по запечатываемому материалу, а значит краевой угол смачивания в. Значение #тем больше, чем выше вязкость краски. Согласно выражениям (2.15, 2.16) увеличение значения в приводит к уменьшению значения функции рг{@), что, в свою очередь, в соответствии со значениями с (табл. 4.3) может приводить к невыполнению неравенства (2.28), являющегося условием равномерности распределения красочного слоя на оттиске. Иными словами, если неравенство (2.28) не выполняется, на оттиске получается дискретный красочный слой. В табл. 4.4 приведены значения функций рг{в), рн() и F для реальных условий печатаного процесса, реализованных в экспериментальном исследовании (вязкость краски 13 Па. с, скорость печатания 0,5 м/с) для различных значений краевого угла смачивания в.
