Đánh giá ảnh hưởng hệ thống sấy UV khi in mực Hybrid tại In Số 7

Đồ án HCMUTE đánh giá ảnh hưởng hệ thống làm khô mực UV khi dùng mực hybrid trên vật liệu không thấm hút tại Công ty Cổ phần In số 7.

• Tác giả: Võ Thị Mỹ Duyên
• Người hướng dẫn: ThS. Chế Thị Kiều Nhi
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ in
• Đề tài: Đánh giá ảnh hưởng của hệ thống làm khô mực in UV khi sử dụng mực Hybrid trên vật liệu không thấm hút đến chất lượng sản phẩm tại Công ty Cổ phần In số 7
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án HCMUTE về hệ thống sấy UV và mực in hybrid

Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ In tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) tập trung khảo sát công nghệ in offset kết hợp hệ thống làm khô UV. Nghiên cứu ứng dụng mực hybrid trên dòng máy Heidelberg Speedmaster XL75 tại Công ty Cổ phần In số 7. Vật liệu in không thấm hút bao gồm màng Metalize và nhựa PET trong suốt. Đây là nhóm chất nền đòi hỏi tiêu chuẩn khắt khe về độ bám dính màng mực. Công nghệ mực hybrid kết hợp ưu điểm của mực gốc dầu truyền thống và mực UV đóng rắn tức thì. Nhờ đó, tờ in khô nhanh và đạt độ bóng cao ngay sau khi đi qua cụm sấy. Hệ thống sấy UV đóng vai trò then chốt trong việc khởi tạo phản ứng quang trùng hợp. Đề tài cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm vững chắc về kiểm soát thiết bị ngoại vi. Các dữ liệu đo đạc thực tế giúp doanh nghiệp in ấn nâng cao hiệu suất vận hành máy in hiện đại.

1.1. Đặc tính vật liệu không thấm hút và mực in hybrid

Vật liệu không thấm hút như nhựa PET hay màng nhôm Metalize có bề mặt trơn nhẵn và năng lượng tự do thấp. Mực in thông thường không thể thẩm thấu tự nhiên vào cấu trúc sợi như giấy tiêu chuẩn. Do đó, mực hybrid được pha chế đặc biệt nhằm giải quyết hạn chế này. Hợp chất chứa các oligomer và photoinitiator phản ứng mạnh dưới bức xạ tử ngoại. Khi gặp tia UV, mực chuyển đổi nhanh chóng từ dạng lỏng sang dạng màng rắn polyme bền vững. Màng mực hình thành bám chặt vào bề mặt chất nền mà không bị lem màu hay trầy xước.

1.2. Cấu hình máy in Heidelberg XL75 tại In số 7

Công ty Cổ phần In số 7 sử dụng dây chuyền in Heidelberg Speedmaster XL75 sáu màu kèm cụm tráng phủ. Cấu hình máy tích hợp hệ thống đèn UV trung gian giữa các đơn vị in và cụm sấy cuối bàn ra giấy. Thiết kế cho phép sấy định hình từng lớp màu và đóng rắn toàn diện lớp vec-ni bóng. Hệ thống cảm biến giám sát tự động bảo đảm độ chính xác của cơ chế ép in. Tốc độ nạp và định vị tờ in diễn ra liên tục, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của các đơn hàng bao bì cao cấp.

II. Phân tích ảnh hưởng của hệ thống sấy UV đến màng mực in

Hệ thống làm khô UV phát ra năng lượng bức xạ cường độ cao kèm theo lượng nhiệt năng đáng kể từ bóng đèn thủy ngân. Nếu cường độ sấy không phù hợp, chất lượng bản in trên vật liệu không thấm hút sẽ bị suy giảm nghiêm trọng. Nhiệt độ quá cao gây cong vênh chất nền nhựa PET, làm giòn màng mực và giảm độ dẻo dai cần thiết. Ngược lại, cường độ bức xạ UV không đủ khiến photoinitiator không kích hoạt hoàn toàn. Quá trình quang trùng hợp dở dang làm màng mực chưa khô thấu, dẫn đến lỗi dính mặt và lem bẩn khi xếp chồng tờ in. Ngoài ra, tuổi thọ của bóng đèn UV giảm dần sau 1.500 đến 2.000 giờ vận hành. Sự suy giảm quang thông làm sai lệch thông số cài đặt ban đầu. Hiện tượng chênh lệch sức căng bề mặt giữa chất nền, lớp lót trắng và mực màu cũng gây ra hiện tượng bong tróc màng in.

2.1. Tác động của nhiệt năng và bức xạ UV đến chất nền

Bóng đèn UV hồ quang thủy ngân tỏa ra lượng nhiệt lớn chiếu trực tiếp xuống băng chuyền tờ in. Nhựa PET và màng mỏng Metalize là những vật liệu rất nhạy cảm với sự biến thiên nhiệt độ. Khi tiếp xúc nhiệt lượng quá mức, chất nền bị co rút cục bộ, giãn nở không đều hoặc quăn mép. Hiện tượng này gây ra lỗi sai lệch chồng màu nghiêm trọng giữa các đơn vị in liên tiếp. Đồng thời, nhiệt độ quá cao làm màng mực khô giòn, dễ nứt gãy khi cấn bế bao bì. Bức xạ không đều còn làm bề mặt màng in suy giảm độ bóng.

2.2. Vấn đề sức căng bề mặt và độ bám dính mực

Sức căng bề mặt của vật liệu không thấm hút phải luôn cao hơn sức căng của mực in và vec-ni. Nếu năng lượng bề mặt của màng nhựa PET dưới mức tiêu chuẩn, mực hybrid không thể trải đều màng mỏng. Hiện tượng co cụm giọt mực tạo nên bề mặt lốm đốm, mất thẩm mỹ. Lớp mực lót trắng in nền nếu không đạt độ thấm ướt sẽ làm bong tróc toàn bộ các lớp mực màu phía trên. Do đó, việc duy trì sức căng bề mặt đạt chuẩn là điều kiện tiên quyết trước khi qua buồng sấy UV.

III. Giải pháp kiểm soát hệ thống làm khô UV trên máy Heidelberg

Đồ án đề xuất quy trình kỹ thuật chuẩn hóa nhằm kiểm soát hiệu quả hệ thống làm khô UV tại xưởng in. Doanh nghiệp cần phối hợp hệ thống làm mát bằng khí và hơi nước để giải nhiệt cho gương phản xạ và màn chắn nắp đậy. Việc điều chỉnh độ mở nắp đậy đèn UV theo tỷ lệ phần trăm giúp tối ưu công suất bức xạ cho từng loại chất nền cụ thể. Trước khi in, vật liệu nhựa PET cần được xử lý bề mặt bằng phương pháp phóng điện Corona nhằm gia tăng năng lượng bề mặt và độ thấm ướt. Kỹ thuật viên phải định kỳ đo năng lượng bức xạ UV bằng máy đo chuyên dụng và theo dõi sát sao số giờ hoạt động của bóng đèn. Khi đèn đạt ngưỡng 1.500 đến 2.000 giờ, việc thay thế định kỳ là bắt buộc để duy trì công suất quang hóa. Quy trình kiểm tra độ bám dính bằng băng keo tiêu chuẩn cũng cần được áp dụng nghiêm ngặt trên từng lô sản phẩm.

3.1. Tối ưu hệ thống làm mát và điều khiển nắp đậy đèn UV

Hệ thống làm mát tuần hoàn bằng khí và nước lạnh giữ nhiệt độ buồng sấy luôn ở ngưỡng an toàn. Gương phản xạ nhôm hoặc gương lọc nhiệt CMK giúp chuyển hướng tia UV đồng thời hấp thụ tia hồng ngoại sinh nhiệt. Cơ chế nắp đậy Shutter tự động đóng mở nhịp nhàng theo chu kỳ ép in của máy Heidelberg. Nắp đậy chỉ mở khi tờ in đi qua và đóng kín khi dừng máy để bảo vệ vật tư. Việc cài đặt tỷ lệ mở nắp đậy hợp lý giúp tiết kiệm điện năng và bảo vệ tuổi thọ linh kiện.

3.2. Quy trình kiểm tra định kỳ và xử lý Corona vật liệu

Xử lý bề mặt Corona tạo ra các nhóm phân cực trên màng PET, nâng năng lượng bề mặt lên trên 38-42 dynes/cm. Mức năng lượng này bảo đảm màng mực hybrid bám dính tuyệt đối sau khi đóng rắn. Kỹ thuật viên thiết lập lịch bảo dưỡng đèn UV hàng tuần, vệ sinh sạch bụi bẩn trên bề mặt gương phản xạ. Mọi thông số về năng lượng chiếu xạ millijoule trên centimet vuông đều được ghi nhận vào nhật ký kỹ thuật. Phương pháp này giảm thiểu tối đa phế phẩm in ấn phát sinh.

IV. Đánh giá ứng dụng thực tiễn của đồ án HCMUTE tại In số 7

Nghiên cứu từ đồ án tốt nghiệp của sinh viên HCMUTE mang lại giá trị thực tiễn cao cho quy trình sản xuất bao bì cao cấp. Các kết quả đánh giá thực nghiệm đã chứng minh mối liên hệ chặt chẽ giữa hệ thống sấy UV và chất lượng màng mực hybrid trên vật liệu không thấm hút. Việc áp dụng đúng thông số sấy và giải nhiệt giúp Công ty Cổ phần In số 7 loại bỏ hiện tượng biến dạng nhiệt trên màng PET và Metalize. Màng mực sau sấy đạt độ khô hoàn toàn, màu sắc rực rỡ, độ bóng đồng đều và vượt qua các bài kiểm tra chà sát khắt khe. Doanh nghiệp nâng cao đáng kể tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn loại một, đồng thời tiết giảm chi phí điện năng vận hành buồng sấy. Đề tài đóng góp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cho ngành công nghệ in ấn hiện đại.

4.1. Hiệu quả cải thiện chất lượng sản phẩm in bao bì

Sản phẩm in bao bì màng Metalize và hộp nhựa trong suốt đạt độ sắc nét và độ bám dính tối ưu. Bề mặt sản phẩm không còn hiện tượng bong tróc mực khi trải qua các công đoạn gia công sau in như cán màng, bế hộp hay ép kim. Tốc độ đóng rắn tức thì của mực hybrid cho phép xưởng chuyển tờ in sang công đoạn hoàn thiện ngay lập tức. Năng suất lao động toàn dây chuyền tăng lên rõ rệt, đáp ứng tiến độ giao hàng xuất khẩu.

4.2. Khả năng mở rộng cho ngành in công nghiệp hiện đại

Mô hình đánh giá và giải pháp kỹ thuật từ đồ án có thể chuyển giao cho các dòng máy in offset UV công nghiệp khác. Các nhà máy bao bì có thể dựa vào thông số này để xây dựng tiêu chuẩn vận hành nội bộ cho chất nền đặc thù. Nghiên cứu mở ra hướng đi bền vững trong việc kiểm soát chất lượng in trên vật liệu polymer mới. Đề tài khẳng định năng lực đào tạo gắn liền với thực tiễn sản xuất của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Những năm qua, chúng ta đã chứng kiến môi trường kinh doanh ngày càng hiện đại với áp lực cạnh tranh ngày một gia tăng buộc doanh nghiệp luôn tìm kiếm giải pháp cung cấp sản phẩm và dịch vụ tới khách hàng nhanh hơn, rẻ hơn, và tốt hơn đối thủ. Ngành công nghệ in cũng vậy, đã có nhiều thay đổi đáng kể với những tiến bộ được áp dụng nhằm đưa ra các giải pháp nâng cao sức cạnh tranh. Thị trường in ấn hiện nay rất phổ biến những loại vật liệu không thấm hút bởi chúng mang lại chất lượng vượt trội với nhiều tính ứng dụng đa dạng, đáp ứng những nhu cầu sử dụng của con người.

Bên cạnh đó, công nghệ cũng như vật tư sử dụng đã được thay đổi mang tính hiệu quả hơn như việc dần áp dụng càng nhiều loại giấy ghép màng Metalize và tấm nhựa PET làm vật liệu bao gói sản phẩm. Nói đến đây, chắc chắn phải kể đến sự cải tiến của mối liên hệ giữa tính chất mực in và cơ chế khô mực phù hợp với loại vật liệu in không thấm hút. Trước đây, chúng ta sử dụng nhiều phương pháp in khác nhau, nhưng vẫn chỉ sử dụng các loại mực in cơ bản giống nhau, như mực gốc dầu, mực gốc nước. Trong những năm trở lại đây, có thể thấy rõ rệt lĩnh vực in ấn đang có sự chuyển động hướng tới sự phát triển của mực in khô nhờ cơ chế sấy đèn UV với nhiều ưu điểm tuyệt vời.

Biểu đồ thị trường mực in UV (Nguồn: Thị trường Profshare - 2018) Qua biểu đồ mô tả trong vòng 10 năm, có thể thấy mực in UV có chiều hướng phát triển không ngừng từ năm 2016 trở lại đây và dự kiến sẽ còn mở rộng mạnh mẽ hơn 1 n nữa trong tương lai. Chi phí của việc sở hữu và vận hành một máy in UV lớn hơn rất nhiều khi so sánh với một máy in thông thường, nhưng ưu điểm vượt trội phải nhắc đến là khả năng khô mực tức thời, đồng thời không có khí thải VOC (Volatile organic compounds), màng mực có khả năng kháng hóa chất, độ bền cơ học tốt, chất lượng và năng suất in cao làm cho mực in UV là sự lựa chọn đang được thế giới quan tâm và chấp nhận. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm trên, song vấn đề đặt ra là mực in UV phải giải quyết được những thách thức về độ bền vật lý, độ bám dính, độ bóng hay giải pháp nâng cao chất lượng bài in đối với mỗi loại mực in nói chung hay bản thân mực in UV nói riêng đều có những sai sót nhất định. Mực in UV về căn bản là loại mực xếp hạng tốt nhưng vẫn còn một số hạn chế chưa được khắc phục hiệu quả như giá thành mực in UV quá cao, phải đặt đèn sấy sau mỗi đơn vị in gây tốn kém chi phí, độ tương phản, độ bóng, và sắc nét của tờ in cao nhưng không ổn định, xảy ra hiện tượng ngả đỏ hoặc vàng sau khi in,… Chính vì thế, một phương pháp hữu hiệu khác đang dần được khai thác mạnh mẽ nhằm đưa công nghệ sử dụng hệ thống đèn sấy UV với khả năng khô mực đạt hiệu suất tốt hơn, mang tính kinh tế hơn, đó chính là sử dụng mực in Hybrid (mực in lai ghép).

Có thể nói, mực in Hybrid là sự cải tiến của mực in UV. Mực in Hybrid về bản chất là sự kết hợp giữa cơ chế khô mực bằng quá trình oxy hoá của mực in thông thường và cơ chế khô mực bằng phản ứng polyme hoá thông qua hệ thống làm khô mực in UV. Nhờ vào sự kết hợp phương thức khô mực được ứng dụng hai trong một, những cải tiến của công nghệ sử dụng mực in Hybrid ngày càng trở nên khả dụng, khắc phục được rất nhiều lỗi trong quá trình in ấn. Bên cạnh đó, có thể thấy bản chất khô mực in UV thông qua quá trình xảy ra phản ứng hóa học dưới tác dụng của tia UV, nhưng vì thời gian sấy là rất ngắn nên việc tìm ra thời gian xử lý tốc độ khô mực hợp lý trong thực tế là rất quan trọng.

Do đó việc điều chỉnh cường độ chiếu sáng của đèn UV vẫn có tính quyết định, bởi vì nếu cường độ chiếu sáng chưa đủ thì mực không thể khô hoàn toàn, ngược lại, nếu chiếu sáng quá mức, có thể sẽ làm hỏng vật liệu. Chính vì những lý do trên cùng với mong muốn hiểu biết hơn về những ưu điểm mà mực in Hybrid mang lại và những vấn đề làm khô mực in UV ảnh hưởng đến chất 2 n lượng sản phẩm khi in trên vật liệu không thấm hút, nên nhóm quyết định chọn đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của hệ thống làm khô mực in UV khi sử dụng mực in Hybrid trên vật liệu không thấm hút đến chất lượng sản phẩm tại Công Ty Cổ Phần In Số 7” để xác định những yếu tố ảnh hưởng của hệ thống làm khô mực in UV đến khả năng làm khô mực in Hybrid đồng thời đưa ra giải pháp tốt nhất mà nhóm có thể thực hiện được để giải quyết những khó khăn thực tế mà các nhà in gặp phải. Mục đích đề tài - Nghiên cứu cấu hình của thiết bị in Hybrid. - Đánh giá sự ảnh hưởng của hệ thống làm khô mực in UV đến chất lượng sản phẩm in.

- Thống kê lỗi, tìm ra nguyên nhân ảnh hưởng của hệ thống làm khô mực in UV đến chất lượng sản phẩm trên vật liệu in không thấm hút. - Đề xuất các giải pháp để giải quyết những ảnh hưởng của hệ thống làm khô mực in UV đến chất lượng sản phẩm in. Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu về tính chất của vật liệu không thấm hút là giấy ghép màng Metalize, tấm nhựa PET và tính chất của mực in Hybrid. - Hệ thống làm khô mực in UV trên máy in Offset tờ rời.

Giới hạn đề tài - Đề tài tập trung tìm hiểu về ảnh hưởng của hệ thống làm khô mực in UV đến chất lượng sản phẩm in trên hai loại vật liệu chính là giấy ghép màng Metalize, và tấm nhựa PET. - Phương pháp in: Offset tờ rời. - Loại mực: mực in Hybrid. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu các tài liệu để giải quyết các vấn đề lý thuyết liên quan đến vật liệu không thấm hút, hệ thống làm khô mực in UV và mực in Hybrid.

- Kết hợp những kết quả khảo sát thực tiễn để thống kê một số lỗi trong quá trình in mà nguyên nhân là sự ảnh hưởng của hệ thống làm khô mực in UV đến chất lượng sản phẩm. 3 n - Tham khảo ý kiến giáo viên từ đó phân tích tìm ra nguyên nhân xảy ra lỗi và đề xuất những giải pháp phù hợp cho nhà in. - Thông qua các vấn đề nghiên cứu ở cơ sở lý thuyết và kết hợp quá trình thực nghiệm, đưa ra các đánh giá về kết quả mà nhóm đã nghiêm cứu được, từ đó rút ra bài học kinh nghiệm cho bản thân. 4 n CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.

Đặc điểm dòng sản phẩm in cao cấp Ngày nay, vai trò của bao bì ngày càng trở nên quan trọng hơn trong việc xây dựng thương hiệu và thể hiện tính nhất quán cho sản phẩm. Điều này tạo nên những thách thức đối với lĩnh vực in ấn về vấn đề làm sao lựa chọn được những vật liệu và thiết bị đem lại tính kinh tế đồng thời mang đến cho khách hàng những sản phẩm chất lượng, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng. Phương pháp in Offset tờ rời thường được dùng để in các dòng sản phẩm bao bì hộp giấy cao cấp mà những sản phẩm in cao cấp thường đòi hỏi nhiều về số màu in (không gian màu CMYK+spots được mở rộng), các giải pháp gia tăng giá trị nhưng thời gian sản xuất phải được rút ngắn lại hơn so với trước đây. Các dòng sản phẩm cao cấp trên vật liệu không thấm ướt Bên cạnh đó, những nhu cầu về chất lượng bao gói sản phẩm phải được đảm bảo từ lúc vận chuyển tới khi phân phối đến tay người tiêu dùng nên việc lựa chọn vật liệu phù hợp là một điều cần thiết.

Trong những năm gần đây vật liệu không thấm hút là một loại bao bì rất phổ biến bởi mang lại chất lượng vượt trội với nhiều tính ứng dụng đa dạng, đáp ứng những nhu cầu sử dụng của con người. Vật liệu không thấm hút 2. Một số loại vật liệu không thấm hút thông dụng 2. Nhựa Polyethylene (PE) - Tính chất của nhựa PE: + Bề mặt bóng loáng, trong suốt, hơi có ánh mờ (PE chỉ trong suốt khi nó được làm lạnh nhanh sau khi đun) + Tính ngăn cản nước và độ ẩm rất tốt.

5 n + Độ dẻo và độ bền va đập cũng như ma sát cao. + Nhiệt độ nóng chảy cho phép thường nằm trong khoảng 144° C đến 146°C. + Khả năng kháng hóa chất tốt. + Khả năng kháng dầu mỡ khá thấp.

- Ứng dụng của nhựa PE: + Được sử dụng rộng rãi trong một số ứng dụng đóng gói thiết yếu hàng ngày khác nhau như giấy bạc, túi mua sắm,. + Được sử dụng nhiều nhờ vào độ bền vật liệu và khả năng chịu nhiệt, chống hóa chất tốt. + Dùng làm màng bọc thực phẩm. Nhựa Polypropylene (PP) - Tính chất của nhựa PP: + Trọng lượng riêng nhẹ nhất trong tất cả loại nhựa thông dụng.

+ Trong suốt, không màu, không mùi, đặc biệt bề mặt có độ bóng cao giúp ích trong việc in ấn được rõ nét hơn. + Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng, không bị kéo giãn dài. + Có thể chịu được nhiệt độ cao hơn 100°C + Có khả năng chống oxy hóa, hơi nước, dầu mỡ và nhiều loại bazơ, axit. - Ứng dụng của nhựa PP: + Dùng làm bao bì bảo quản thực phẩm.

+ Một số sản phẩm làm từ nhựa PP có khả năng chịu nhiệt tốt dùng được trong lò vi sóng. + Được sản xuất cho các sản phẩm tăng tính chống thấm khí, hơi nước giúp tăng khả năng in ấn.3 Nhựa Polyvinylchloride (PVC) - Tính chất của PVC: + Trong suốt, có vỏ ngoài bóng. + Trọng lượng nhẹ. 6 n + Khả năng chống thấm nước, hơi nước kém hơn các loại nhựa PE, nhựa PP.

+ Có tính kháng hóa học với axit, muối, bazơ, chất béo và rượu rất tốt. + Không mềm dẻo như nhựa PE hoặc nhựa PP. + Nhiệt độ nóng chảy nằm trong khoảng từ 100 ° C (212 ° F) đến 260 ° C (500 ° F) tùy thuộc vào sản xuất phụ gia cho PVC.