بازنشر این پژوهش با ذکر نام منبع آزاد است.
بخش تحقیق و توسعه شرکت رسام نقش آناهیتا

فناوری‌های حکاکی و ساخت رول آنیلوکس در چاپ فلکسوگرافی
زاویه‌های حکاکی رایج

در رول‌های آنیلوکس رایج‌ترین آرایش سلول‌ها زوایای ۶۰، ۴۵ و ۳۰ درجه است. الگوی ۶۰ درجه (ساختار شش‌ضلعی) به دلیل چیدمان متراکم سلول‌ها و توزیع یکنواخت مرکب، استاندارد صنعت فلکسو شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد این آرایش حدود ۱۵٪ سلول بیشتر در واحد سطح نسبت به الگوهای دیگر فراهم می‌کند. همچنین پُست‌های اضافی (فضاهای خالی بین سلول‌ها) را حذف کرده و می‌توان سلول‌ها را کم‌عمق‌تر ساخت در حالی که حجم مرکب یکسان است. به‌علاوه، شکل شش‌ضلعی از ایجاد «کانالینگ» مرکب (channeling) جلوگیری کرده و تولید آن ساده‌تر و یکنواخت‌تر است. به همین دلایل، الگوی ۶۰ درجه برای چاپ چهاررنگ و عمومی ترجیح داده می‌شود.

• دلایل محبوبیت ۶۰°: قرارگیری متراکم سلول‌ها (~۱۵٪ افزایش تراکم)؛ حذف نقاط خالی اضافی (پُست‌ها)؛ امکان عمق کمتر سلول‌ها با همان حجم مرکب؛ جلوگیری از کانالینگ (دیوار سلول‌ها مایل هستند، نه موازی افق)؛ و ثبات تولید بالاتر (حکاکی آسان‌تر و بازتولیدپذیری بیشتر).

در مقابل، زاویه‌های ۴۵ و ۳۰ درجه که به ترتیب به الگوی لوزی و تغییر هندسی شش‌ضلعی مربوط می‌شوند، معمولاً در کاربردهای ویژه (مانند روکش‌دهی، لمینیت و چاپ‌های غیرگرافیکی) به کار می‌روند. این طرح‌ها در چاپ فلکسو عمومی چندان رایج نیستند، زیرا تراکم کمتری نسبت به ۶۰ درجه دارند و توزیع مرکب یکنواخت کمتری ارائه می‌دهند. مطالعات نشان می‌دهد الگوی شش‌ضلعی ۶۰ درجه در مقایسه با الگوهای لوزی ۴۵ درجه و ۳۰ درجه، توزیع حجمی کارآمدتری دارد و نسبت به آن‌ها فضای هدررفته کمتری ایجاد می‌کند.

با این حال، ساختار بسته سلول‌های ۶۰ درجه برخی محدودیت‌ها نیز دارد. در گردش‌های سریع چاپ، احتمال به دام افتادن هوا در سلول‌های بسته وجود دارد که باعث توربولانس مرکب، کف کردن (foaming) و ایجاد «پین‌هول» در چاپ می‌شود. به‌علاوه، سلول‌های کوچک در سرعت بالا نمی‌توانند کاملاً پر و خالی شوند (حدود ۶۰–۷۰ درصد حجم واقعی آزاد می‌شود)، و مرکب باقی‌مانده ممکن است خشک شده و حفره‌ها را مسدود کند. این مشکلات، سازندگان را به توسعه الگوهای جایگزین (حجیم و باز) ترغیب کرده است.

روش‌های حکاکی مکانیکی و لیزری

حکاکی مکانیکی

در روش حکاکی مکانیکی، از ابزارهای الماسی یا چرخ‌های دندانه‌دار برای ایجاد سلول‌ها روی غلتک استفاده می‌شود. معمولاً ابتدا یک لایه نازک مسی یا کروم بر روی بدنه فلزی رول کشیده شده و با ابزار حکاکی الگوهای سلولی را حک می‌کنند. سپس سطح با کروم صیقل داده می‌شود تا تماس یکنواخت تیغه دکتر با رول برقرار شود و سطوح زبر کاهش یابد. حکاکی مکانیکی (مثلاً حک DPM) نسبتاً ارزان است اما دقت آن در ایجاد سلول‌های ریز محدود است و معمولاً برای مقاطع خطی محدود (تا حدود ۳۰۰–۳۵۰ خط در اینچ) استفاده می‌شود.

 

حکاکی لیزری

در حکاکی لیزری، پرتو متمرکز لیزر (اغلب از نوع CO₂، Nd:YAG یا فیبر نوری) بر لایه سرامیکی غلتک تابانده می‌شود و با تبخیر موضعی، سلول‌های مورد نظر را ایجاد می‌کند. این فرآیند بدون تماس بوده و دقت و یکنواختی بسیار بالاتری نسبت به حکاکی مکانیکی دارد. پس از حکاکی لیزری معمولاً سطح غلتک دوباره صیقل می‌شود تا روانی سطح و عمر تیغه دکتر را افزایش دهد. فناوری لیزری امکان تعریف اشکال سلولی متنوع و عمق‌های دقیق را فراهم می‌کند.

• لیزر CO₂: لیزرهای CO₂ (طول‌موج ~۱۰٫۶ میکرومتر) نخستین نوع لیزرهای صنعتی برای حکاکی آنیلوکس بودند. تا دهه ۱۹۹۰ با لیزر CO₂ می‌توانستند رزولوشن تا حدود ۷۰۰–۸۰۰ خطوط اینچ را حک کنند. هرچند این لیزرها قابلیت حکاکی بر سطوح سرامیکی را دارند، دقت آن‌ها از لیزرهای جدیدتر کمتر است و سرعت حکاکی‌شان محدودیت دارد.

• لیزر Nd:YAG: از اواسط دهه ۹۰ میلادی لیزر جامد یاقوت (Nd:YAG) وارد صنعت آنیلوکس شد. این لیزر توان بالاتری داشته و امکان حکاکی با عمق و حجم بالاتر را فراهم کرد. در ابتدا گرمای زیاد Nd:YAG باعث تبخیر سریع سرامیک و تشکیل مجدد سطح (اسکورینگ) می‌شد که مشکلاتی مانند ساییدگی تیغه دکتر را به همراه داشت. با به‌کارگیری پالس‌های کوتاه و لیزرهای با میزان تبخیر کنترل شده، این مشکلات برطرف و حکاکی‌های عمیق‌تر ممکن گردید.

• لیزر فیبر (Fiber Laser): جدیدترین فناوری حکاکی از نوع لیزرهای فیبر لیزر است. لیزر فیبر با منبع لیزری جامد و بهره‌وری بالا، توانایی تولید پرتوهای دقیق و بسیار متمرکز را دارد. مطالعات صنعتی نشان داده‌اند حکاکی با لیزر فیبر رزولوشن بسیار بالاتری فراهم کرده و انتقال مرکب یکنواخت‌تر و کیفیت چاپ برتر ایجاد می‌کند. برتری لیزر فیبر نسبت به CO₂ و YAG در دقت بالاتر و چگالی توان بیشتر است. به این ترتیب حکاکی‌های فیبر علاوه بر افزایش سرعت حکاکی، دوام و عمر مفید رول‌های آنیلوکس را نیز افزایش می‌دهند و نیاز به تعویض کمتر می‌شود.

فناوری‌های پیشرفته حکاکی

در سال‌های اخیر فناوری‌های خاصی برای افزایش بهره‌وری و انعطاف‌پذیری حکاکی توسعه یافته است. یکی از مهم‌ترین آن‌ها، فناوری GTT (Generation Transmission Technology) شرکت Apex International است. در نسخه‌های جدید GTT 2.0، سلول‌ها به شکل «کانال‌های باز با هندسه اسلالوم (مانند حرف S)» طراحی شده‌اند که سطح دیواره سلولی کاهش‌یافته و عمق کانال به‌طور معناداری کمتر شده است. این طراحی باعث کاهش تلاطم داخلی مرکب می‌شود. نتیجه، انتقال یکدست مرکب، بهبود پوشش نواحی تیره (Solid)، و سهولت در تمیزکاری است؛ به‌طوری‌که مشکلاتی مانند پاشش مرکب و کف کردن کاملاً حذف شده‌اند. فناوری GTT 2.0 تقریبا در همه انواع مرکب (UV، حلالی، پایه‌آب) کاربرد دارد و به دلیل ماهیت کانال بازشده، عمر غلتک و کیفیت چاپ را بهبود می‌بخشد.

شرکت Cheshire Anilox نمونه‌های دیگری از حکاکی‌های مهندسی‌شده را ارائه کرده است. به‌طور مثال، حکاکی MasterFlo برای چاپ‌های ترکیبی (سولید همراه با نیم‌تون) طراحی شده و انتقال مرکب را طوری کنترل می‌کند که مناطق تمام‌رنگ (سولید) مرکب بیشتری دریافت کنند و در عین حال نقاط تیره با وضوح بالا چاپ شوند. الگوی TwinFlo ساختاری کاناله و باز دارد که حجم سلولی بسیار بالایی (تا ۱۰۰ cm³/m²) ایجاد می‌کند؛ این موضوع به انتقال یکنواخت پوشش‌های سنگین (چسب‌ها، لاک‌ها، مرکب‌های فلزی و غیره) کمک می‌کند. همچنین TactiLoX ساختاری مشابه الگوی مش گردان (rotary screen) ایجاد می‌کند تا جلوه‌های لمسی ویژه‌ای روی چاپ ایجاد شود. Apex نیز علاوه بر GTT، نسخه اصلاح‌شده‌ای از الگوی شش‌ضلعی (UltraCell Hex 60°) ارائه کرده که با سطح داخلی صاف‌تر، میزان آزادسازی مرکب را افزایش داده و تمیزکاری رول را تسهیل می‌کند.

مقایسه شرکت‌های پیشرو

• Apex International: توسعه‌دهنده‌ی پیشگام فناوری GTT (Generation Transmission Technology) برای حکاکی کاناله باز. همچنین الگوهایی مانند UltraCell Hex را برای آزادسازی بهتر مرکب معرفی کرده است. این شرکت از لیزرهای فیبر چندپالس با کنترل دقیق استفاده می‌کند تا ثبات بالای حکاکی و تحمل تلرانس‌های سخت‌گیرانه صنعت را تضمین نماید.

• Cheshire Anilox Technology: تمرکز اصلی بر طراحی سلولی ویژه و غلتک‌های پوشش‌دار است. محصولات معروف این شرکت شامل MasterFlo (کنترل خودکار انتقال مرکب در چاپ‌های ترکیبی)، TwinFlo (حجم بسیار بالا برای پوشش‌های سنگین) و TactiLoX (اثر لمسی خاص) است. Cheshire از لیزرهای فیبر قدرتمند برای حکاکی دقیق و سرمایه‌گذاری در سیستم‌های پوشش و پلاسمای پیشرفته نیز بهره می‌برد.

• Sandon Global: در مقالات صنعتی خود تاریخچه تحول حکاکی آنیلوکس را تشریح کرده است؛ از معرفی الگوی ۳۰ درجه و ۴۵ درجه تا استاندارد شدن الگوی ۶۰ درجه در اوایل دهه ۱۹۸۰. Sandon بر نوآوری‌های بعد از حکاکی سنتی ۶۰ درجه تأکید می‌کند و فناوری‌های جدید لیزری را پیاده‌سازی کرده است. همچنین Sandon به بررسی لیزر Nd:YAG (معرفی شده در ۱۹۹۶) برای حکاکی‌های عمیق‌تر و رزولوشن بالاتر پرداخته است.

• Zecher GmbH: این شرکت آلمانی انواع گسترده‌ای از حکاکی‌ها را ارائه می‌دهد. حکاکی استاندارد Hexa 60° (شش‌ضلعی) کیفیت چاپ خوبی در فلکسو دارد. Zecher الگوهایی مانند SteppedHex را معرفی کرده که با اتصال حفره‌ها امکان افزایش تعداد خطوط بدون از دست دادن حجم را فراهم می‌کند. همچنین H.I.T با هندسه بهینه‌شده بر پایه‌ی Hex 60° برای مرکب‌های سفید و مخصوص لاتکس کاربرد دارد. الگوی Diamond 45° یکی از اولین‌ها بود که اکنون در بسیاری موارد با Hex60° جایگزین شده است. از دیگر محصولات آن می‌توان به حکاکی Trihelical (یا Hashur) اشاره کرد که ساختاری باز دارد و برای چاپ‌های پهناور و پوشش‌ها انتقال بسیار خوبی ارائه می‌دهد. Zecher همچنین مجموعه‌ای از حکاکی‌های Full-HD برای چاپ با وضوح بالا دارد.

• Harper Corporation: این شرکت آمریکایی اولین بار در سال ۱۹۸۹ حکاکی شش‌ضلعی ۶۰ درجه را معرفی کرد که تا امروز استاندارد باقی مانده است. Harper مجموعه‌ای از فناوری‌های اختصاصی دارد، از جمله XLT (برای دقت بسیار بالا و چاپ با فیلم مرکب نازک) و XDW (برای مرکب‌های با رنگدانه سنگین مانند مرکب سفید و فلورسنت). به عنوان مثال، Harper برای کاربردهای مرکب سفید و UV سنگین الگوی کاناله ۳۰ درجه را توصیه می‌کند، در حالی که ۶۰ درجه شش‌ضلعی را برای چاپ عمومی مناسب می‌داند. سایر برندهای شاخص نظیر Flint Group (XCAT) و Sandon نیز طرح‌های اختصاصی خود را دارند.

ساختار سلول‌ها و تأثیر طراحی

شکل و هندسه سلول‌های آنیلوکس تأثیر مستقیمی بر عملکرد غلتک دارد. معمول‌ترین ساختار، سلول‌های شش‌ضلعی هستند که حجم بالایی از مرکب را در واحد سطح حمل می‌کنند. این سلول‌ها توانایی خطوط شبکه بالا (LPI) را فراهم کرده و پهنای صدای چاپ را افزایش می‌دهند. اما اگر سلول‌ها کاملاً بسته باشند، هوای درون آن‌ها به دام می‌افتد و مشکلاتی مانند پاشش مرکب و کاهش بازده آزادسازی مرکب رخ می‌دهد.

در مقابل، طراحی‌های کاناله و باز مسیرهای آزادتری برای جریان مرکب ایجاد می‌کنند. الگوهایی مانند Trihelical (یا Hashur) ساختاری شبیه شبکه با کانال‌های باز دارند که انتقال سریع مرکب در نواحی وسیع را ممکن می‌سازند. همچنین الگوهای اسلالوم (مانند GTT 2.0 اپکس) دیواره‌های سلولی نازک‌تری دارند که تلاطم مایع را کاهش داده و نتیجهٔ چاپ یکنواخت و تمیزکاری آسان است. به‌عنوان مثال، حکاکی Trihelical برای چاپ‌های پوشش و تصاویر پهناور توصیه شده؛ چرا که انتقال عالی مرکب در مساحت وسیع فراهم می‌کند.

طراحی‌های نوین نیز سعی می‌کنند مزایای حجم بالا و وضوح بیشتر را ترکیب کنند. مثال بارز آن طرح SteppedHex زچر است که با اتصال بخشی از سلول‌ها، امکان افزایش تعداد خطوط در واحد سطح را بدون از دست دادن قابل‌توجهی از حجم فراهم می‌کند. یا حکاکی H.I.T که بر پایه شش‌ضلعی کلاسیک کار می‌کند و برای چاپ‌های سفید یا لاک‌های مخصوص کاربرد دارد؛ در این طرح عمق و هندسه داخلی سلول برای پوشش‌دهی بیشتر اصلاح شده است. این گونه طراحی‌های مهندسی‌شده تعادلی میان توزیع یکنواخت مرکب و قابلیت شارژ و تخلیه مطلوب مرکب ایجاد می‌کنند.

مواد اولیه و پوشش‌ها

بدنه غلتک‌های آنیلوکس معمولاً از فولاد یا آلومینیوم ساخته شده و سطح آن‌ها با لایه‌ای از سرامیک سخت پوشانده می‌شود. انتخاب ماده بدنه و پوشش تاثیر بسزایی بر عملکرد غلتک دارد. به عنوان مثال، غلتک‌های فولادی با حکاکی معمولی ارزان‌تر هستند و برای چاپ خطوط و متن مناسب‌اند، اما به سختی تا تراکم بالای شبکه می‌توان آن‌ها را حک کرد (معمولاً بیش از ~۱۸۰ خط در اینچ نمی‌توان حکاکی کرد) و سریع‌تر فرسایش می‌یابند. در مقابل، غلتک‌های پوشش‌دار سرامیکی (معمولاً از سیلیکون‌کربید یا تنگستن‌کربید) سختی بسیار بالایی دارند و امکان حکاکی با تراکم خطوط بالا (تا ۴۰۰ LPI و فراتر) و نگهداری حجم مرکب زیاد را فراهم می‌کنند. این غلتک‌ها دوام طولانی‌تر و مقاومت شیمیایی بهتری در برابر مرکب‌های خورنده دارند، هرچند هزینه تولیدشان بالاتر است.

بسیاری از تولیدکنندگان از فناوری‌های پیشرفته پوشش استفاده می‌کنند. برای مثال زچر قبل از اعمال پوشش سرامیکی لایه‌ای ضدخوردگی (کروم یا تیتانیوم) می‌پاشد و پس از حکاکی، رول را با نواری الماسه صیقل می‌دهد تا مقاومت سایشی و یکنواختی سطح افزایش یابد. برخی شرکت‌ها نیز از سیستم‌های پاشش پلاسما برای ایجاد پوشش‌های سرامیکی نازک بهره می‌برند؛ این روش لایه‌ای یکپارچه و چسبنده به غلتک اعمال می‌کند. علاوه بر این، پوشش‌های نانوساختاری (مانند پوشش‌های آبدوست/آبگریز) برای تنظیم ویژگی سطح و بهبود کیفیت فلیم مرکب در حال بررسی هستند، هرچند هنوز کاربرد گسترده صنعتی ندارند.

تأثیر فناوری بر عمر، قابلیت تمیزکاری و انتقال مرکب

فناوری‌های حکاکی نقش کلیدی در تعیین عمر مفید آنیلوکس، سهولت تمیزکاری و کیفیت انتقال مرکب دارند. غلتک‌های سرامیکی حکاکی‌شده با لیزر فیبر به دلیل یکنواختی حکاکی و صیقلی شدن دقیق سطح، عمر طولانی‌تری دارند. طرح‌های کاناله و باز (مانند GTT) نیز به کاهش گِرم (مقاومت) دکتر تیغه کمک کرده و از انباشتگی مرکب جلوگیری می‌کنند. برای نمونه، حکاکی GTT 2.0 با حذف ۵۰٪ از سطح دیواره سلولی، نه‌تنها انتقال مرکب را یکسان و یکنواخت می‌کند، بلکه تمیزکاری آنیلوکس را هم تسریع می‌کند. برعکس، الگوهای هگزاگونال ۶۰ درجه کلاسیک ممکن است نیاز به تمیزکاری مکرر داشته باشند، زیرا ذرات مرکب در درون سلول‌های بسته باقی می‌مانند.

انتخاب الگوی حکاکی باید با نوع مرکب نیز سازگار باشد. به‌طور کلی، آنیلوکس‌های شش‌ضلعی برای مرکب‌های رقیق‌تر (مانند مرکب‌های پایه حلال) مناسب‌اند. در مقابل، حکاکی‌های کاناله یا خاص (مانند ۳۰ درجه کاناله یا XDW هارپر) برای مرکب‌های غلیظ‌تر و رنگدانه‌دار (مانند مرکب سفید، فلورسنت و UV) بهینه شده‌اند. برای مثال، Harper برای مرکب‌های سفید UV الگوی ۳۰° Hex Channel را توصیه می‌کند، چرا که این هندسه حجم زیاد مرکب را آزاد می‌کند و پوشش‌های مات ضخیم را به‌خوبی پخش می‌کند.

در نهایت، پژوهش‌های مهندسی تاکید دارند که مشخصات حکاکی (مانند تعداد خطوط، حجم سلول و نسبت سلول به نقطه پلاستیک) باید دقیقاً متناسب با ترکیب شیمیایی و درصد جامد مرکب تعیین شود تا ریزتراکم رنگ (dot gain) کنترل شود و کیفیت چاپ بهینه باقی بماند. با توجه به این نکات، انتخاب فناوری حکاکی مناسب یکی از عوامل کلیدی در حصول چاپ با کیفیت بالا و هزینه عملیاتی پایین در فلکسوگرافی است.

 

منابع: مطالعات و گزارش‌های تخصصی شرکت‌های آنیلوکس از جمله Apex International، Cheshire Anilox، Sandon Global، Zecher GmbH و Harper Corporation. همچنین منابع آموزشی و صنعتی مانند Press Ideas و Focus Label در تدوین این گزارش استفاده شده‌اند.