Đồ án quy trình kiểm soát chất lượng pha màu in Flexo - HCMUTE

Đồ án HCMUTE nghiên cứu quy trình kiểm soát chất lượng pha màu từ phòng thí nghiệm cho thiết bị in flexo tại Detmold Packaging Việt Nam.

• Tác giả: Lương Quốc Chí
• 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: Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng pha màu từ phòng thí nghiệm cho các thiết bị in flexo tại công ty TNHH Detmold Packaging Việt Nam
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về quy trình pha màu in flexo tại Detmold Packaging

Công nghệ in flexo giữ vai trò chủ đạo trong sản xuất bao bì giấy hiện đại. Công ty TNHH Detmold Packaging Việt Nam chuyên sản xuất các sản phẩm bao bì thực phẩm như ly giấy, tô giấy và túi giấy. Quy trình sản xuất đòi hỏi độ chính xác cao về màu sắc để đáp ứng nhận diện thương hiệu của khách hàng toàn cầu. Phòng thí nghiệm mực in là nơi nghiên cứu, phối trộn và phát triển các công thức màu chuẩn. Tuy nhiên, việc truyền màu từ phòng thí nghiệm lên thiết bị in công nghiệp gặp nhiều rào cản kỹ thuật. Mực in gốc nước có đặc tính bay hơi nhanh và phụ thuộc lớn vào độ ẩm môi trường. Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ In tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (HCMUTE) tập trung giải quyết bài toán kiểm soát chất lượng pha màu. Nghiên cứu phân tích các yếu tố ảnh hưởng từ vật liệu đến thông số máy in. Việc thiết lập quy trình kiểm soát chặt chẽ giúp thu hẹp khoảng cách chất lượng giữa mẫu lab và bản in đại trà. Quy trình này nâng cao tính ổn định cho dây chuyền in flexo tốc độ cao tại doanh nghiệp.

1.1. Bối cảnh sản xuất bao bì giấy tại Detmold Packaging

Detmold Packaging Việt Nam là đơn vị sản xuất bao bì giấy hàng đầu cho các chuỗi dịch vụ thực phẩm quốc tế. Doanh nghiệp áp dụng công nghệ in flexo cuộn cho các dòng sản phẩm ly giấy và túi giấy chuyên dụng. Yêu cầu an toàn vệ sinh thực phẩm bắt buộc sử dụng mực in gốc nước thân thiện môi trường. Bề mặt giấy in thường được tráng phủ màng PE một mặt hoặc hai mặt để chống thấm nước và dầu mỡ. Cấu trúc vật liệu này tạo ra thách thức lớn trong việc kiểm soát khả năng bám dính và tái tạo màu sắc. Các tiêu chuẩn thương hiệu đòi hỏi màu in phải đạt độ đồng nhất tuyệt đối qua từng lô sản xuất. Môi trường công nghiệp liên tục biến đổi đòi hỏi một quy trình quản lý chất lượng mực in có tính hệ thống cao.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu đồ án tốt nghiệp HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ In tại HCMUTE hướng tới việc xây dựng quy trình chuẩn hóa pha màu mực in flexo. Nhóm tác giả tập trung khảo sát sai lệch quang học giữa thiết bị thử nghiệm màu tại phòng thí nghiệm và máy in sản xuất thực tế. Mục tiêu cốt lõi là thiết lập công thức chuyển đổi thông số màu chính xác, giảm thiểu độ lệch delta E dưới ngưỡng cho phép. Đề tài cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ công tác pha chế mực in hàng ngày tại nhà máy Detmold. Kết quả nghiên cứu giúp giảm thời gian thử nghiệm trên máy in, cắt giảm lượng mực thải và tiết kiệm chi phí vận hành cho doanh nghiệp.

II. Thực trạng sai lệch màu in flexo giữa phòng lab và thiết bị in

Trong quy trình sản xuất bao bì flexo, hiện tượng sai lệch màu giữa phòng thí nghiệm và dây chuyền in công nghiệp diễn ra phổ biến. Sự khác biệt về điều kiện ép in, hệ thống truyền mực và tốc độ vận hành là những nguyên nhân chính. Thiết bị thử màu cầm tay trong phòng lab thường sử dụng lực ép thủ công và tốc độ gạt mực thấp. Ngược lại, máy in flexo công nghiệp hoạt động ở tốc độ hàng trăm mét mỗi phút với áp lực trục ép cố định. Mực in gốc nước trên máy in chịu tác động cơ học liên tục, dẫn đến hiện tượng thay đổi độ nhớt và độ pH. Nhiệt độ buồng sấy và luồng khí nóng trên máy in cũng làm thay đổi độ dày màng mực khô so với điều kiện sấy tự nhiên trong phòng lab. Ngoài ra, tính chất bề mặt của các loại giấy tráng PE như độ nhẵn, độ thấm hút và năng lượng bề mặt tác động trực tiếp đến khả năng truyền hạt mực. Những yếu tố này tạo ra độ lệch quang phổ đáng kể nếu không có hệ số bù trừ thích hợp. Việc thiếu chuẩn hóa dữ liệu khiến thợ in mất nhiều giờ điều chỉnh màu trực tiếp trên máy, gây lãng phí nguyên vật liệu.

2.1. Yếu tố vật liệu giấy và mực in gốc nước

Vật liệu giấy dùng trong sản xuất ly và túi giấy tại Detmold có cấu tạo phức tạp. Lớp tráng phủ PE ngăn cản mực thấm sâu vào cấu trúc sợi giấy, khiến mực chủ yếu khô theo cơ chế bay hơi. Mực in gốc nước có độ nhớt nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm nhà xưởng. Khi độ pH giảm do bay hơi amin, mực dễ bị đông tụ hoặc truyền kém trên bản in photopolymer. Độ dày lớp mực trên giấy tráng PE mỏng hơn so với giấy không tráng, làm giảm mật độ quang học. Thợ in phải liên tục giám sát độ nhớt để duy trì sắc độ đồng đều trong suốt ca sản xuất.

2.2. Ảnh hưởng từ trục anilox và tốc độ in flexo

Trục anilox là trái tim của hệ thống truyền mực in flexo. Thể tích lỗ khắc (BCM) và số dòng trục (LPI) quyết định trực tiếp dung lượng mực cấp cho bản in. Thiết bị thử nghiệm tại phòng lab thường sử dụng cây lăn mực anilox cầm tay với thể tích lỗ khắc không hoàn toàn đồng nhất với trục máy in lớn. Tốc độ quay của trục anilox trên máy in thực tế tạo ra lực ly tâm, ảnh hưởng đến hiệu suất giải phóng mực từ lỗ khắc lên bản in. Sai số này dẫn đến mật độ màu trên sản phẩm in thực tế khác biệt so với mẫu thử nghiệm.

III. Phương pháp chuẩn hóa kiểm soát chất lượng pha màu in flexo

Giải pháp chuẩn hóa quy trình kiểm soát màu sắc đòi hỏi sự đồng bộ từ khâu thí nghiệm đến dây chuyền sản xuất. Đề tài xây dựng quy trình thực nghiệm gồm bốn bước chặt chẽ: đo mẫu chuẩn, tính toán công thức mực gốc, thử màu bằng thiết bị kiểm tra lab và tinh chỉnh trên máy in. Việc ứng dụng máy đo quang phổ x-rite kết hợp không gian màu CIE Lab* giúp lượng hóa chính xác độ sai lệch màu delta E. Kỹ thuật viên thiết lập bảng tương quan dung tích trục anilox giữa thiết bị lab và máy in thực tế. Mỗi công thức mực được xác định tỷ lệ sắc tố, chất kết dính và phụ gia điều chỉnh pH chuẩn xác. Trước khi đưa vào bồn chứa máy in, mẻ mực phải trải qua bài kiểm tra độ nhớt bằng cốc Zahn cup và kiểm tra độ pH tự động. Hệ thống ghi chép dữ liệu số hóa lưu trữ lịch sử từng mẻ pha, hỗ trợ truy xuất nhanh khi tái bản đơn hàng. Phương pháp này loại bỏ sự phán đoán cảm quan, chuyển đổi quản lý màu sắc sang mô hình dựa trên dữ liệu kỹ thuật.

3.1. Thiết lập công thức pha màu thực nghiệm trong phòng lab

Quy trình pha màu phòng lab bắt đầu bằng việc phân tích mẫu màu gốc bằng máy đo quang phổ. Kỹ thuật viên lựa chọn các màu mực cơ bản trong hệ mực gốc nước để phối trộn theo tỷ lệ khối lượng chính xác. Cân điện tử có độ chính xác 0.01g được sử dụng để định lượng từng thành phần mực và chất mở rộng. Mẫu mực sau khi khuấy đều được kéo thử trên đúng loại giấy tráng PE của đơn hàng bằng thiết bị đo màu tiêu chuẩn. Kết quả đo màu được đối chiếu với tọa độ màu mục tiêu để điều chỉnh tỷ lệ pigment trước khi xuất xưởng.

3.2. Đo lường sai số quang phổ và điều chỉnh trên máy in

Khi mực được chuyển lên máy in flexo, kỹ thuật viên thực hiện in thử ở tốc độ làm việc tiêu chuẩn. Sản phẩm in ra được đo đạc thông số màu tại nhiều vị trí trên cuộn giấy bằng máy đo quang phổ cầm tay. Nếu giá trị delta E vượt quá ngưỡng tiêu chuẩn quy định, kỹ thuật viên tiến hành bù trừ quang học. Việc điều chỉnh được thực hiện thông qua bổ sung dung môi pha loãng, chất tăng đậm hoặc thay đổi áp lực lô ép in. Mọi thông số điều chỉnh cuối cùng được cập nhật ngược lại vào cơ sở dữ liệu phòng lab để hoàn thiện công thức gốc.

IV. Ý nghĩa ứng dụng đồ án HCMUTE tại Detmold Packaging Việt Nam

Kết quả nghiên cứu của đồ án tốt nghiệp HCMUTE mang lại giá trị thực tiễn to lớn cho hoạt động sản xuất tại Detmold Packaging Việt Nam. Quy trình chuẩn hóa giúp rút ngắn hơn 40% thời gian chuẩn bị mực và canh chỉnh màu trên máy in flexo. Tỷ lệ sai hỏng và phế phẩm giấy in trong quá trình canh màu giảm rõ rệt, mang lại lợi ích kinh tế trực tiếp cho doanh nghiệp. Bên cạnh đó, việc kiểm soát màu sắc ổn định củng cố uy tín thương hiệu đối với các tập đoàn thực phẩm quốc tế. Đồ án còn đóng góp tài liệu kỹ thuật chuẩn xác cho công tác đào tạo nhân viên vận hành và kỹ thuật viên pha màu mới. Sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức học thuật chuyên sâu từ trường đại học và thực tế sản xuất công nghiệp khẳng định tính ứng dụng cao của chương trình đào tạo ngành In HCMUTE. Đây là cơ sở để doanh nghiệp tiếp tục mở rộng tự động hóa quy trình quản lý chất lượng in ấn.

4.1. Tối ưu hóa chi phí sản xuất và giảm thiểu phế phẩm

Việc áp dụng quy trình kiểm soát pha màu giúp giảm đáng kể lượng giấy và mực lãng phí trong giai đoạn canh bài in. Khi màu sắc được kiểm soát chính xác từ phòng lab, máy in có thể đạt chất lượng chuẩn ngay từ những mét in đầu tiên. Thời gian dừng máy chờ chỉnh màu giảm xuống, giúp tăng hiệu suất sử dụng thiết bị tổng thể (OEE). Lượng mực thừa sau mỗi ca sản xuất được quản lý và tái sử dụng hiệu quả cho các đơn hàng tương tự, giảm thiểu chi phí xử lý chất thải công nghiệp cho nhà máy.

4.2. Định hướng chuẩn hóa quy trình in bao bì công nghiệp

Đồ án tạo tiền đề cho việc xây dựng hệ thống quản lý màu sắc theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 12647-6 cho in flexo tại nhà máy. Dữ liệu thực nghiệm thu thập được giúp thiết lập đường cong bù trừ hạt tram và thông số anilox chuẩn cho từng dòng máy in. Nhà máy từng bước chuyển đổi từ phương pháp pha màu thủ công sang pha màu tự động với phần mềm chuyên dụng. Thành công của đề tài chứng minh hiệu quả hợp tác nghiên cứu giữa viện trường và doanh nghiệp sản xuất bao bì hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1. Lý do chọn đề tài Ngành in ấn đang chứng kiến những bước chuyển mình ngày càng mạnh mẽ. Nhằm đáp ứng được yêu cầu của khách hàng, người tiêu dùng ngày càng khắc khe và khó tính đòi hỏi sản phẩm in ấn không chỉ tiện lợi mà còn đòi hỏi về chất lượng in cao, đa dạng mẫu mã, chi tiết màu sắc bắt mắt và thân thiện môi trường. Để cho ra được một sản phẩm in đạt chất lượng cao về cả mẫu mã lẫn chi tiết màu sắc đòi hỏi trong quá trình in phải đáp ứng và kiểm soát được các yếu tố về vật liệu in, mực in, máy in… Mực in quyết định trực tiếp đến chất lượng sản phẩm in ấn.

Khi chọn được một loại mực in chất lượng tốt sẽ cho ra một sản phẩm bao bì thu hút, sắc nét với nhiều điểm nhấn nổi bật, giúp chúng ta dễ dàng nhận diện và biết được thông tin của hầu hết các hàng hóa tiêu dùng. Tất cả sự rực rỡ, đầy màu sắc của các vật dụng trong trong cuộc sống đều phụ thuộc vào mực in. Hiện nay, có 3 loại “Mực Xanh”, loại mực thân thiện với môi trường bao gồm các loại mực in gốc nước, mực in UV và mực in cồn (alcohol). Mực in gốc nước không chứa các dung môi hữu cơ độc hại dễ bay hơi nên không có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người vận hành trong quá trình in ngoài ra mực gốc nước thải ra VOC thấp không gây ô nhiễm môi trường khí quyển và bản thân sản phẩm in.

Mực in gốc nước hiện được sử dụng rộng rãi trong in Flexo cho bao bì thực phẩm, túi giấy, khăn giấy, ly giấy, dược phẩm. Mực gốc nước tuy có nhiều ưu điểm nhưng để kiểm soát được chất lượng mực in gốc nước là một việc không hề đơn giản. Các chỉ số kiểm soát cần được quan tâm trong mực in gốc nước không thể không kể tới bao gồm độ nhớt, đồ bền màu, tốc độ khô và giá trị pH. Phòng thí nghiệm trong một công ty sản xuất mực in, hay trong một công ty in ấn là tiền đề để tạo ra một công thức mực hoàn hảo cung cấp cho các công ty in ấn hay tại chính công ty in của họ.

Ở đây họ kiểm soát chất lượng mực in thông qua việc tạo công thức mực với tỷ lệ nhỏ, từ công thức mực này để tạo ra được một số lượng lớn màu mực chạy in sản phẩm thì phải hiểu và đảm bảo được các yếu tố tác động khi in thực tế trên các thiết bị in flexo khác nhau. Để hiểu rõ hơn về quy trình kiểm soát chất lượng mực in từ phòng thí nghiệm cho các thiết bị in flexo nhóm nghiên cứu đã quyết định lựa chọn đề tài với tên 1 “Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng pha màu từ phòng thí nghiệm cho các thiết bị in flexo tại công ty TNHH Detmold Packaging Việt Nam’’ để tìm ra được một quy trình kiểm soát chất lượng mực in tốt nhất. Mục tiêu nghiên cứu - Pha tạo các công thức mực in trong môi trường phòng thí nghiệm phù hợp cho dòng sản phẩm túi giấy, ly giấy trên các thiết bị in flexo. - Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng mực in trong phòng thí nghiệm của một công ty in flexo để cho ra sản phẩm in hoàn hảo tránh xảy ra sự cố trong quá trình in trên thiết bị in flexo.

Đối tượng và giới hạn nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Quy trình xây dựng công thức màu mực in flexo gốc nước, các yêu cầu về mực in flexo gốc nước của các thiết bị in flexo, quy trình kiểm soat chất lượng pha màu trong phòng thí nghiệm cho các thiết bị in flexo tại công ty TNHH Detmold Packaging Việt Nam. - Giới hạn nghiên cứu: Do thời gian và môi trường thực tập có hạn nên nhóm chỉ trình bày quá trình pha màu trong phòng thí nghiệm và những thiết bị in flexo cho dòng sản phẩm túi giấy, ly giấy. Nhiệm vụ nghiên cứu - Lý luận: + Tìm hiểu đặc điểm của các dòng sản phẩm ly giấy, túi giấy. + Tìm hiểu thành phần, tính chất lý hóa của dòng mực in flexo gốc nước dành cho sản phẩm ly giấy, túi giấy.

+ Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về việc pha màu mực in: lý thuyết màu, tính chất của màu pha và màu cơ bản (process). + Tìm hiểu chức năng của từng loại thiết bị hỗ trợ pha mực trong phòng thí nghiệm. - Thực tiễn: + Sử dụng mực in, các dụng cụ thiết bị có trong công ty TNHH Detmold Packaging Việt Nam để pha màu mực cho các thiết bị in flexo. + Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng mực in tại phòng thí nghiệm dành cho các thiết bị in flexo với các điều kiện in khác nhau để tạo ra các sản phẩm đáp ứng được yêu cầu của khách hàng.

Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết: + Tham khảo các tài liệu có liên quan đến mực in flexo gốc nước dành cho dòng sản phẩm ly giấy, túi giấy. 2 + Nghiên cứu tài liệu chuyên ngành liên quan đến các thiết bị in flexo. - Phương pháp quan sát khoa học: + Quan sát cách thức tạo công thức mực và các lỗi thường gặp trong quá trình in tại công ty TNHH Detmold Packaging Việt Nam. - Phương pháp thử nghiệm và đánh giá: + Thực nghiệm tại phòng thí nghiệm của công ty TNHH Detmold Packaging Việt Nam sử dụng các thiết bị có sẵn trong công ty để pha màu và xây dựng một quy trình kiểm soát chất lượng mực in cho thiết bị in flexo.

+ Nhận xét và đánh giá quy trình. - Phương pháp chuyên gia: + Tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực mực in. + Tham khảo ý kiến của thầy cô. 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.

Tổng quan bao bì thực phẩm bằng vật liệu giấy 2. Định nghĩa bao bì thực phẩm Ngày nay bao bì đã trở thành một phần không thể thiếu của sản phẩm, trong nhiều trường hợp, nó còn quan trọng hơn cả sản phẩm bên trong. Bao bì thực phẩm là một sản phẩm công nghiệp đặc biệt dùng để chứa đựng và bao gói những sản phẩm thực phẩm, nhằm bảo vệ giá trị sử dụng của thực phẩm không bị nhiễm bẩn, hư hại, giả mạo đồng thời xác định kích cỡ khẩu phần ăn khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển, bốc xếp thật dễ dàng và đi đôi với quá trình bảo quản, tiêu thụ thực phẩm tốt hơn. Ngoài ra, bao bì thực phẩm nói riêng và các loại bao bì nói chung còn là cầu nối giữa sản xuất và người tiêu dùng.

Bao bì là đại diện của một thương hiệu, là công cụ thể hiện hình ảnh, cũng như thông tin của hàng hóa nhằm thuyết phục sự tin dùng và lựa chọn của người tiêu dùng. Đặc tính bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm dùng để chứa đựng làm chậm quá trình hư hỏng của sản phẩm, kéo dài thời hạn sử dụng và duy trì hoặc tăng chất lượng và an toàn của thực phẩm. Như vậy bao bì cung cấp sự bảo vệ khỏi các các tác động: hóa học, sinh học và vật lý. - Bảo vệ hóa học: giảm thiểu các thay đổi về thành phần do ảnh hưởng của môi trường như tiếp xúc với không khí, độ ẩm (tăng hoặc giảm), ánh sáng (ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại hoặc tia cực tím).

Nhiều vật liệu đóng gói khác nhau có thể tạo ra một rào cản hóa học. - Bảo vệ sinh học: cung cấp một rào cản đối với vi sinh vật (mầm bệnh và tác nhân gây hư hỏng), côn trùng, động vật gặm nhấm và các động vật khác, do đó ngăn ngừa bệnh tật và hư hỏng. Các rào cản như vậy hoạt động thông qua nhiều cơ chế, bao gồm ngăn chặn việc tiếp cận sản phẩm, ngăn truyền mùi và duy trì môi trường bên trong của bao bì. - Lớp bảo vệ vật lý: che chắn thực phẩm khỏi bị hư hỏng cơ học và bao gồm lớp đệm chống sốc và rung động gặp phải trong quá trình phân phối vận chuyển.

Bao bì vật lý thích hợp cũng bảo vệ người tiêu dùng khỏi các mối nguy hiểm khác nhau. Giấy được sử dụng để đựng và bảo vệ thực phẩm tạm thời do tính thấm cao và không có khả năng bịt kín bằng nhiệt. Khi được sử dụng làm bao bì chính, sáp, 4 nhựa và vecni được sử dụng làm lớp phủ và cán mỏng để tăng cường các đặc tính bảo vệ và chức năng của giấy. Tuy nhiên ở các giai đoạn chuyển đổi, chuẩn bị và lưu trữ khác nhau, các chất hóa học có thể di chuyển vào thực phẩm.

Nếu bao bì được làm từ vật liệu không phù hợp với sản phẩm nó có thể gây rủi ro cho sản phẩm được đóng gói, do đó ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Khi các vật liệu được thảo luận thì vật liệu in, mực, vecni và tất cả các chất phụ trợ được sử dụng trong quá trình in phải được tính đến. Trong trường hợp một số thành phần của mực in, đặc biệt là các dung môi như alkylbenzen, dầu khoáng hoặc chất béo, chỉ một lượng nhỏ chất di chuyển có thể gây ra những thay đổi trong sản phẩm, đáng chú ý đối với các giác quan nhạy cảm về khứu giác và vị giác. Ưu và nhược điểm bao bì thực phẩm từ vật liệu giấy Việc lựa chọn vật liệu thích hợp để chứa đựng một loại thực phẩm phụ thuộc vào các chức năng mà bao bì đó phải đáp ứng.

Các chức năng này bao gồm khả năng che chắn thực phẩm chống lại độ ẩm, sự thay đổi nhiệt độ, oxy, ánh sáng và vi sinh vật sinh học. Có hai loại bao bì thực phẩm được nhiều doanh nghiệp “chọn mặt gửi vàng” là bao bì giấy và bao bì nhựa. Nhựa hay giấy đều là chất liệu có độ bền, dai, phù hợp để sản xuất, in bao bì và dùng để chứa đựng, bảo vệ sản phẩm. Tính tiện dụng là điều không thể bỏ qua ở các dòng sản phẩm này.

Song thực tế, bao bì nhựa lại đang gây ra khá nhiều những vấn đề về an toàn vệ sinh thực phẩm, ô nhiễm môi trường.