انتقال مرکب با استفاده از نور لیزر

فرایند های چاپ دیجیتال تثبیت شده از جمله جوهر افشان و فرایند زیروگرافی تونری به دنبال عرصه‌های کاربردی جدیدتر از جمله چاپ بسته‌بندی هستند. با این حال تاکنون تعداد بی‌شمار انواع مرکب‌ برای سطوح چاپی متفاوت ویژه بسته‌بندی، مانع شده تا روش‌های چاپی دیجیتال، جای پای محکمی در صنعت چاپ بسته‌بندی برای خود دست و پا کنند.

فرایند جدید LaserSonic که اکنون به عنوان روش عملی به کار گرفته می‌شود، این امکان را فراهم می‌آورد تا از مرکب‌های فلکسو و گراور در فرایند چاپ دیجیتال استفاده شود. شرکت سوئیسی DI Project AG که مقر آن در شهر بلین باک (Blennback) است، اولین ماشین دیجیتالی را که از فرایند LaserSonic استفاده می‌کند، برای صنعت چاپ ساخته است.

با این‌که این ماشین هنوز مراحل آزمایشی را طی می‌کند، سازنده سوئیسی آن اعلام کرده ماشین به زودی به صورت تجاری وارد بازار خواهد شد.
بد نیست یادآوری شود که شرکت دات‌وایلر که از کهنه‌کاران چاپ گراور به شمار می‌رود، مالک این شرکت است، بنابراین این پدیده چاپ دیجیتال را باید در عرصه بسته‌بندی جدی‌تر ارزیابی کرد.

اصول کار ماشین

فرایند چاپ دیجیتال LaserSonic بر اساس اصل LIFT یا  Laser Induced Forward Transfer (انتقال رو به جلو پالس نور لیزر) شکل می گیرد. با استفاده از نور لیزر، مواد مایع یا خمیری مانند مرکب‌های چاپی از طریق حاملی (Carrier Media) که با سطح چاپ‌شونده تماس برقرار نمی‌کند، روی آن منتقل می‌شوند. به همین خاطر در وهله اول LIFT را نمی‌توان گونه‌ای از چاپ دیجیتال واقعی نامید. در میان تکنولوژی‌های موجود در صنعت چاپ،LIFT به گروه سیستم‌های چاپ دیجیتال غیرتماسی (Non Impact Printing) تعلق دارد.
سیستم LaserSonic توسط شرکت DI Project AG ابداع شده که در ساخت آن از لیزر فیبر نوری استفاده شده است. این لیزر در محدوده نزدیک به مادون قرمز یا (NIR (Near Infra Red عمل می‌کند و طول موج آن ۱۰۶۴ نانومتر است.
ابتدا نور منبع لیزر توسط یک مدولاتور جدا شده و به تک پالس‌های (ضربان) لیزری تبدیل می‌شود. سپس این پالس‌ها توسط تجهیزات اپتیکال پیش اسکنی (Pre-Scan) تنظیم شده و به سمت یک آینه چرخان چندوجهی هدایت می‌شوند. پس از برخورد به آینه، نور لیزر عملیات اسکن (scanning) را انجام می‌دهد. (تصویر شماره۱)
تجهیزات اپتیکال پس از اسکن (Post-Scan) بین آینه چرخان چندوجهی و منطقه چاپ قرار دارد. این تجهیزات پالس‌های لیزر را به صورت افقی و عمودی با دقت ۲ میکرون در یک راستا (align) قرار می‌دهد. چنین دقت بالایی برای پرهیز از ایجاد خش یا خط روی کار- که می‌تواند در نتیجه فرایند اسکن لیزر (Scaning) رخ دهد- ضروری است.
فرایند LIFT بر اساس تبدیل نور لیزر به حرارت از طریق جذب آن در درون یا زیر لایه مرکب عمل می‌کند. هر پالس لیزر منجر به ایجاد یک حباب بخار درون مرکب می‌شود. این فرایند شبیه فرایند حباب افشان (bubble jet) است. حباب بخار باعث پرتاب ذرات مرکب می‌شود و پس از پرتاب شدن، ذرات مرکب به یک رشته تبدیل شده که در نهایت به صورت یک قطره مرکب روی سطح چاپ‌پذیر شکل می‌گیرد. (تصویر شماره ۲)

برخلاف چاپ جوهرافشان، در این فرایند نیازی به نازل یا هد چاپی نیست. اگر از مرکب چاپی شفاف NIR (نزدیک به مادون قرمز) استفاده شود، مرکب به صورت یکنواخت روی نورد حامل (Carrier roller) و یا تسمه حامل (Carrier belt) منتقل می‌شود. دو نوع پیکره‌بندی مختلف برای فرایند LIFT موجود است که شامل این موارد می‌شود:
۱- یونیت نورد انتقال‌دهنده مرکب (برای مرکب یا مواد شفاف NIR)
این پیکره‌بندی هنگامی استفاده می‌شود که مرکبی که باید روی کار منتقل شود، نورهای نزدیک به مادون قرمز را چندان جذب نکند. این موارد شامل کلیه رنگ‌های اصلی، بخش عمده مرکب‌های متالیک و انواع ورنی‌های رایج می‌شود. نورد حامل مرکب (نورد انتقالی) نیز دارای لایه‌ای است که نور نزدیک به مادون قرمز را جذب کرده و انرژی نور را به گرما تبدیل می‌کند. یک لایه نازک مرکب (نازکی لایه بین ۱۵ تا ۲۰ میکرون است) به صورت همگن به نورد حامل مرکب منتقل می‌شود.
هنگامی که نور نزدیک به مادون قرمز با سطح نورد انتقالی برخورد می‌کند، نور به لایه مرکب خورده، نفوذ خواهد کرد تا عمل تبدیل نور به گرما صورت پذیرد. گرمای به وجود آمده باعث ایجاد ریزحباب‌‌های بخار بین لایه مرکب و نورد انتقالی می‌شود. (تصویر شماره ۳)
۲- تسمه انتقالی برای مرکب‌ها یا مواد غیرجاذب نور نزدیک به مادون قرمز
هنگامی که با مرکب‌های جاذب نور مادون قرمز (IR) عملیات چاپ انجام می‌شود، این مرکب‌ها یا مواد ابتدا روی یک تسمه حامل منتقل می‌شوند. نور لیزر از پشت به تسمه تابیده شده و به درون مرکب نفوذ می‌کند و سپس انرژی نور به گرما تبدیل می‌شود.
دوده یکی از موادی است که نور نزدیک به مادون قرمز را جذب می‌کند. دوده قادر است مجموعه گسترده‌ای از طول موج‌های نوری را جذب کند. به همین خاطر به عنوان یک جذب‌کننده نور NIR نیز به کار می‌رود. علاوه بر مرکب، مواد کاربردی فراوانی وجود دارند که می‌توان آن‌ها را با استفاده از تسمه حامل روی سطح چاپ‌پذیر منتقل کرد.

کاربردها

فرایند LIFT هنوز به طور گسترده و در سطح صنعتی مورد استفاده قرار نگرفته است. در گذشته فعالیت‌های پژوهشی در دانشگاه‌ها روی انتقال مواد کاربردی متمرکز بود. تاکنون هسته اصلی پژوهش‌ها شامل انتقال مواد رسانا برای اجزای الکترونیک از جمله سلول‌های خورشیدی، سطوح جاذب موج‌های رادار، برای مصارف نظامی (مانند هواپیماهای نامریی از چشم رادار) و یا تولید  سلول‌های ارگانیک می‌شد. با این حال در سال‌های اخیر شبکه گسترده‌ای از دانشگاه‌ها و انستیتوهای پژوهشی در اروپا، از جمله دانشگاه فنی آتن، دانشگاه بارسلون، انستیتو PSI در سوئیس،‌ دانشگاه پرینستون در آمریکا، مرکز پژوهش‌های دریایی آمریکا در مورد تکنولوژی LIFT پژوهش‌های فراوانی انجام داده‌اند.

پیشگامان و موقعیت‌ها

در زمینه کاربردهای صنعتی، دو شرکت Schmid Technologies و Aurentum به طور مشترک فرایندی برای انتقال مرکب‌های آلومینیومی و نقره‌ای روی سلول‌های خورشیدی ابداع کرده‌اند.
اشمید اولین شرکتی بود که توانست یک ماشین چاپ دیجیتال با استفاده از فرایند LaserSonic برای مصارف تجاری بسازد. (تصویر شماره ۶)
DI Project AG شرکتی است که در سال ۲۰۰۹ توسط «مکس دات وایلر» (بزرگ‌ترین تولیدکننده سیلندرهای گراور) و InterprintGmbh در شهر بلین باک سوئیس تاسیس شده است.
این شرکت یک ماشین چاپ دیجیتال- که بر اساس سیستم LaserSonic عمل می‌کند- برای بازار چاپ‌های تزئینی ساخته است. این شرکت تصمیم دارد کاربردهای دستگاه را افزایش داده و آن را برای چاپ چند رنگ روی مواد منعطف از جمله فیلم و مواد لیبل، بهینه و سازگار کند.
از سال ۲۰۱۲ تاکنون این شرکت چندین مورد تست برای بسته‌بندی منعطف روی این دستگاه انجام داده است.
در حال حاضر شرکت DI Project به دنبال چاپخانه‌هایی است که بتواند ماشین جدید خود را در آن‌ها نصب کرده و کاربردهای صنعتی آن را توسعه دهد. (تصویر ۷ و ۸)
هم اکنون تلاش‌های فراوانی برای سازگار کردن فرایند LIFT در جهت انتقال مرکب چاپ شیشه و مدارهای الکترونیک (از جمله نیمه هادی‌ها) و صفحات نمایشی ساخته شده از دیودهای مایع ارگانیک انتشار نور (OLED) در جریان است. در زمینه چاپ روی شیشه‌، شرکت‌ها و نهادهای چاپی به طور مستقیم درگیر انجام آزمایشات و تحقیقات هستند، در حالی که برای چاپ مدارهای الکترونیک تاکنون تنها دانشگاه‌ها و نهادهای پژوهشی فعالیت می‌کردند.
تلاش‌های فراوانی برای ساخت نسل جدیدی از زیست حسگرها (bio-sensors) که بتوان آن‌ها را با استفاده از فرایند LIFT پوشش‌دهی (Coating) کرد، در جریان است. برای مدتی اتحادیه اروپا پروژه‌های پژوهشی در این زمینه را در چارچوب تکنولوژی‌های آینده‌نگر مورد حمایت قرار می‌داد.

ویژگی‌های فرایند Laser Sonic

به لحاظ تئوری فرآیند LIFT/Laser Sonic قابلیت انتقال مایعات به شرط ساختن حباب بخار است، البته حباب بخار باید بتواند منجر به ایجاد یک قطره مرکب شود. از آنجایی که در این فرآیند به هیچ‌گونه نازل یا قطعات مکانیکی دیگر نیازی نیست، می‌توان پیگمنت را در ابعادبزرگ‌تر روی کار چاپی منتقل کرد. به همین خاطر ابعاد ۱ تا ۳ میکرون مرکب جوهرافشان هیچ‌گونه محدودیتی برای فرایند LaserSonic ایجاد نمی‌کند. در طول یک تست، ماشین DI Project موفق شد پیگمنت‌های صدفی با ابعاد بزرگ‌تر از ۶۰ میکرون را با موفقیت روی سطح چاپ‌پذیر، منتقل کند.
در این روش چاپ، که مکمل دیگر روش‌های چاپی دیجیتال به شمار می‌آید می‌توان از مرکب‌های متالیک و یا مرکب‌های ویژه مواد غذایی که در فرایند فلکسو و گراور به کار می‌روند استفاده کرد. (این مرکب‌ها چندان تحت تاثیر پدیده متامریسم قرار نمی‌گیرند. پدیده متامریسم باعث می‌شود تا مرکب در زیر نورهای مختلف رنگ‌های متفاوتی به نمایش بگذارد.)

تاکنون مرکب‌های آب پایه ساخت Arcolor و مرکب‌های بسته‌بندی اتانول شرکت Siegwerk با موفقیت در این فرایند به کار گرفته شده‌اند. کلیه سطوح چاپ‌پذیر مورد استفاده در چاپ فلکسو و گراور را می‌توان در این فرایند به کار گرفت. تنها مرحله مورد نیاز قبل از چاپ، انجام عملیات جرقه‌زنی فیلم‌ها است که باعث چسبندگی بهتر مرکب روی سطح چاپ‌پذیر، به ویژه فیلم می‌شود.
به دلیل ساختار ویژه ماشین چاپ LaserSonic، در حال حاضر استفاده از مواد سخت و ضخیم مانند مقوا در این ماشین امکان‌‌پذیر نیست. تاکنون سطوح چاپ‌پذیر با ضخامت بین ۳۰ تا ۳۲۵ میکرون از جمله LWC، فیلم‌هایPP، OPP و PE، کاغذ کادو و مقوای نازک با موفقیت توسط این ماشین، چاپ شده‌اند.
کیفیت چاپ در این فرایند به عوامل گوناگونی بستگی دارد. ابتدا میزان کافی از مرکب باید روی سطح چاپ‌پذیر انتقال داده شود تا تراکم‌های مطلوب مشابه سیستم‌های چاپی رایج به دست آید.

در هنگام انجام تست‌های چاپی در شرکت DI Project AG، مرکب پایه اتانول VL-Blue روی فیلم ترموپلاستیک با تراکم اپتیکال کمتر از ۲ منتقل شد. از جمله مشکلاتی که در این سیستم ممکن است به وجود آید، چاپ قطرات ناخواسته مرکب روی کار است که به صورت لکه مرکب و با لبه‌های ناقص مناطق چاپ شده روی کار به چشم می‌خورد. این مشکلات هنگامی بروز می‌کند که میزان انرژی نوری انتخاب شده بیش از حد بوده یا ویسکوزیته مرکب به درستی انتخاب نشده باشد.

مرکب‌ها و حلال‌های مختلف هر کدام خاصیت ویژه‌ای دارند. در مقابل، اشکالات چاپی نیز دارند. به عنوان مثال مرکب‌های نیتروسلولزی (NCBased inks) در مقایسه با مرکب‌های پایه اتانول و یا مرکب‌های آب پایه بیشتر امکان آن را دارد که در هنگام به کارگیری سیستم LaserSonic، اشکالات چاپی را که به آن‌ها اشاره شد، از خود بروز دهند.
یکی از اشکالات چاپی که در این سیستم رخ می‌دهد، مشاهده نوارهای عرضی و طولی ناخواسته روی کار چاپ شده است،‌ این اشکال چاپی می‌تواند بر اثر مرکب‌دهی ناکافی نوردهای انتقالی و یا در اثر تماس تسمه‌های حامل با سطح چاپ شده و همچنین نوسان در سرعت حرکت رول اتفاق بیفتد.

پیکره‌بندی

اولین ماشین چاپ دیجیتال چند رنگ LaserSonic که توسط شرکت DI Project ساخته شد، از پایان سال ۲۰۱۱ تاکنون فاز آزمایشی را پشت سر می‌گذارند. دستگاه به ۴ واحد مرکب‌دان مجهز است و می‌توان آن را به نورد انتقالی یا تسمه حامل، بر اساس نیاز مجهز کرد. عرض چاپ دستگاه ۵۳۰ میلی‌متر است و رزولوشن فیزیکی دستگاه در هر قطره  dpi 600×۶۰۰ است. ویژگی‌ منحصر به فرد این سیستم، پیوند دادن نقاط چاپی به یکدیگر است. بدون این‌که هیچ‌گونه مشکلی در طول عملیات رخ دهد. به‌طور معمول توان لیزر را می‌توان متناسب با هر نقطه چاپی تنظیم کرد. این ویژگی به لحاظ تئوری، امکان تولید قطرات در ابعاد مختلف را فراهم می‌آورد. با این حال به لحاظ عملی این کار با مشکلاتی مواجه است. تاکنون ایجاد قطرات در ابعاد مشابه به راحتی انجام شده است. سرعت ماشین در حال حاضر ۵ متر در دقیقه (۱۶ فوت در دقیقه) است. با این حال در هنگام تست، سرعت آن از ۵/۲ متر در دقیقه بالاتر نرفت. با این سرعت می‌توان ۷۵ متر مربع در ساعت کار چاپ کرد. ماشین DI Project طولی معادل ۱۳ متر دارد و به سیستم رول‌ بازکن، یونیت‌های چاپ دوبل، رول جمع کن و متعلقات دیگر از جمله یونیت تخلیه مجهز است.

هر یونیت به خشک‌کن هوای گرم مجهز است. هر یونیت چاپ دوبل نیز دو یونیت انتقالی و یک منبع نور لیزر را شامل می‌شود. از آنجایی که طراحی دستگاه مدولار است، می‌توان چندین یونیت چاپ به دستگاه اضافه کرد. همچنین پیکره‌بندی هیبرید و استفاده همزمان از چند فرایند چاپی در دستگاه امکان‌پذیر است.

آینده‌ای درخشان

طی سه سال گذشته گام‌های مهمی در توسعه و استفاده از تکنولوژی LaserSonic در صنعت چاپ برداشته شده است. پس از انجام تست‌های فراوان و استفاده از مرکب‌ها و سطوح چاپ‌پذیر متعدد، اکنون مرحله انجام تست‌های چاپی با اهداف از پیش تعیین شده شروع شده است.
از آنجایی که هر کاربر جدید نیاز به تایید کیفیت و فرایند کار ماشین دارد، در حال حاضر DI Project به دنبال چاپکارانی است که مایل باشند با استفاده از این ماشین کارهای مورد نیاز خود را به صورت آزمایشی چاپ کنند.

نتیجه‌گیری

به عنوان یک تکنولوژی چاپ دیجیتال بدیع، شکی نیست که LaserSonic پتانسیل رقابت با دیگر فرایندهای چاپ دیجیتال را به ویژه در زمینه شخصی‌سازی و چاپ در تیراژ کم داراست، ولی این موارد برای چاپ فلکسو و گراور چندان مناسب نیستند. امکان استفاده از مرکب فلکسو و گراور از ویژگی‌های منحصر به فرد LaserSonic است. به همین خاطر این سیستم چاپی، بین سیستم‌های چاپ رایج و معمولی و چاپ دیجیتال قرار می‌گیرد.

این سیستم‌ها توانایی خاص خود را- به ویژه هنگامی که تقاضا برای کاهش و یا حذف پدیده متامریسم در چاپ ضروری است- به نمایش می‌گذارند. استفاده از مواد کاربردی در این تکنولوژی نیز هر روز اهمیت بیشتری به ویژه در تولید بسته‌بندی لوکس و با کیفیت پیدا می‌کند. با در نظر گرفتن تحولات اخیر، فرایند LaserSonic اکنون در آستانه تحولی چشمگیر است که امکان استفاده از آن را در سطح تجاری و صنعتی فراهم می‌آورد.

منبع: ماهنامه صنعت چاپ –  شماره ۳۹۲ (تیر ۱۳۹۲ )

نویسنده: گرهارد هوخشتاین (Gerhard Hochstein) منبع: Flexo & Gravure Global 2013