التحكم في الشد في الطباعة بالحفر (غرافير): المناطق والتغذية الراجعة والتسجيل

يظهر التحكم في الشد في الطباعة بالحفر (غرافير) بأهميته القصوى في المطابع التي تعمل من بكرة إلى بكرة. أما الطباعة بالحفر من ورقة إلى ورقة فلا تواجه مشكلة شد تحتاج إلى حل، لأن كل ورقة تُمسك بواسطة أذرع الإمساك وتُسجَّل بواسطة المساند الأمامية والجانبية بينما يتوقف المطبعة لحظيًا تحت الضغط. أما الطباعة بالحفر الدوارة فتعمل بشكل مختلف. تتحرك المادة الأساسية بمعدل ثابت بينما تطبق بكرات الضغط المطاطية ضغطًا بسرعة متوافقة، ويندمج الحركتان في ما يشكل فعليًا حالة ساكنة بين القالب والشريط. لذلك يعتمد التسجيل متعدد الألوان على شرط واحد قبل كل شيء: شريط يتقدم بثبات مع شد مستقر من فك البكرة إلى إعادة لفها.

مناطق الشد وما يجب أن تؤديه كل منطقة

تقسم مطابع الحفر عادة التحكم في الشد إلى أربع مناطق: فك البكرة، سحب الدخول، سحب الخروج، وإعادة اللف. تفصل بكرات مطاطية مُدارة بين هذه المناطق. تمتد منطقة الطباعة من بكرة سحب الدخول إلى بكرة سحب الخروج، والمطلوب فيها شد ثابت، لأن القيمة الثابتة وحدها هي التي تحافظ على التسجيل. ويوجد شد فك البكرة لخدمة منطقة الطباعة. يجب أن يحرر فك البكرة اللفة ويوصل شدًا مستقرًا بغض النظر عن قطر اللفة، لأن أي تغير في فك البكرة ينتقل إلى منطقة الطباعة ويظهر كخطأ في التسجيل. أما إعادة اللف فتعمل بمتطلب أكثر مرونة، لأن جميع محطات الألوان قد طبعت عند تلك النقطة. ووفقًا لهدف الجودة، يمكن أن تعمل إعادة اللف بشد ثابت أو بشد متغير، ونمط الشد المتدرج المألوف ينتمي إلى المجموعة الثانية. يمكن أن يخل الشد المتغير في إعادة اللف بمحطة اللون الأخيرة، لذلك تُدخل المطابع بكرة مطاطية مُدارة لعزل المنطقتين. تبقى منطقة الطباعة عندئذ على شد ثابت بينما يتدرج شد إعادة اللف. إن تقسيم التحكم مع تنسيق الكل هو الفكرة المحورية في تصميم شد الشريط في أي مطبعة دوارة، بما في ذلك مطابع الحفر.

استشعار الشد والتغذية الراجعة

تحمل كل منطقة عادة أجهزة استشعار خاصة بها. تقيس بكرات خلايا الحمل المصنوعة من مقاييس الإجهاد أو العناصر السعوية الشد مباشرة. أما البكرات العائمة المقترنة بمقاييس الجهد فتقيس الموضع بدلًا من ذلك، وتتتبع موقع الشريط داخل مسار البكرة. ويؤدي الأسلوبان أدوارًا مختلفة. تستجيب بكرات خلايا الحمل بسرعة، لكنها تجد صعوبة في تصحيح عدم الاستقرار الناشئ في اللفة نفسها، مثل اللف غير المستدير. أما وحدات التحكم في الموضع فلا تقيس الشد إطلاقًا، لكنها تحافظ على الشريط عند نقطة مستقرة داخل مسار البكرة العائمة وبذلك تبقي الشد مستقرًا. وهذه القدرة على تخميد التقلبات الناتجة عن اللفات الواردة الرديئة هي ما لا تستطيع بكرة خلايا الحمل مجاراته.

مشغلات الشد

تشمل المشغلات الشائعة القوابض أو المكابح الكهرومغناطيسية والجسيمات المغناطيسية، والقوابض والمكابح الهوائية، والمحركات المؤازرة. كما تستخدم الخطوط القديمة المُدارة بتروس محركات مشغلة صغيرة على علبة تروس بزاوية 360 درجة. وتصنف نظرية التحكم هذه في فئات مختلفة. يتصرف القابض أو المكابح كعنصر خطي من الدرجة الأولى، لكن الجزء الخطي لا يشغل إلا جزءًا من منحنى استجابته؛ ويبقى الطرفان العلوي والسفلي شبه خطيين، لذلك يحمل هذا النوع من المشغلات دائمًا بعض القيود. أما المحرك المؤازر فهو عنصر من الدرجة الثانية، ويمكن وفق نظرية التحكم الحالية ضبطه لتحقيق الاستقرار والتتبع معًا. ولهذا تقود أنظمة الشد المتقدمة الشريط مباشرة بمحركات مؤازرة.

تعويض فقدان السرعة عبر الشبكة

ثلاثة عوامل تستنزف سرعة التزامن الميكانيكي: ضغط الطبع المطبق على كامل عرض الشبكة، والاحتكاك عند تلامس الركيزة مع بكرات التوجيه، والمقاومة الناتجة عن محامل البكرات الصلبة. ويهيمن ضغط الطبع من البكرة المطاطية عند كل وحدة لونية، ومن بين جميع طرق الطباعة تطبق الطباعة بالحفر (غرافير) أعلى ضغط أثناء النقل. وتُطابق صلابة البكرة والضغط مع الركيزة. فالأفلام تستخدم عادة بكرة بصلابة 65 إلى 70 شور عند ضغط وحدة 900 كجم/م. والورق يستخدم 70 إلى 80 شور عند 1800 كجم/م. والكرتون يستخدم 80 إلى 90 شور عند 4500 كجم/م. والبكرة الأكثر ليونة تحت ضغط أعلى تسبب فقدانًا أكبر في السرعة.

الحل التقليدي يزيد قطر بكرة القالب عند كل وحدة. وبما أن السرعة الخطية تساوي 2πنق، يمكن للمطبعة تصحيح سرعة بكرة القالب إما بتغيير سرعة الدوران n، وهو ما تفعله مطابع الحفر (غرافير) المؤازرة، أو بتغيير قطر البكرة، وهو الأسلوب المستخدم منذ أكثر من عشرين عامًا. وزيادات القطر من 0.02 إلى 0.03 مم، وأحيانًا 0.04 مم، تأتي من الخبرة المتراكمة لا من حساب دقيق. فالركائز تختلف، وعروض الضغط تختلف، وبالتالي يختلف فقدان السرعة، ما يعني أن قيمة التعويض المثالية ينبغي أن تختلف أيضًا. والزيادة الثابتة تقريب في أفضل الأحوال.

عندما طور مصنعو المطابع المحليون آلات الحفر (غرافير) المؤازرة، توقعوا التخلي عن زيادة القطر، بحجة أن ضبط سرعة المؤازرة يمكن أن يمتص الإزاحة مسبقًا. وأثبتت الممارسة عكس ذلك. فحتى مع تصعيد سرعة المؤازرة لكل وحدة، أنتج الإبقاء على زيادة القطر تسجيلًا أفضل من إزالتها. ولا تزال أنظمة المؤازرة اليوم تعوض فقدان التزامن بالخبرة إلى حد كبير، لا عبر نموذج محسوب حقيقي.

التسجيل يعتمد على شد مستقر

لا يعمل التحكم في التسجيل على مطبعة الحفر (غرافير) إلا عندما يكون التحكم في الشد مستقرًا بالفعل. وبعد حل المشكلات الأربع السابقة إلى حد كبير، يصبح التسجيل الدقيق ممكنًا. والتسجيل أيضًا يُفهم خطأً على نطاق واسع. فعلى مطابع المؤازرة، يشير الناس إلى دقة المشفّر بملايين العدّات في الثانية ويفترضون أن التسجيل مضمون. وفي الممارسة، لا يتتبع الحاسوب علامة التسجيل نفسها. بل يتتبع اتجاه حركة العلامة، تمامًا كما يسبق الرامي هدفًا متحركًا بدلًا من التصويب إلى موضع الطائر الحالي. والاتجاه هو الشرط المسبق للتسجيل. وفقدان التحكم في كيفية تحرك العلامة المطبوعة عبر الشبكة يعني أن حتى مشفّرًا بأربعة ملايين عدّة لن يبقي الخطأ داخل الحدود المسموحة.

تشوّه الشبكة

يمكن لمحركات المؤازرة تعويض فقدان السرعة أثناء التشغيل، لكن تشوّه الركيزة نفسها لا يزال بلا تصحيح موثوق. فالأفلام من نفس السماكة والعرض تتصرف بشكل مختلف حسب نوع البوليمر. ونفس الفيلم عند 20 µم و40 µم يتشوّه بشكل مختلف تحت ظروف تجفيف متطابقة. والورق عند رطوبة 5 بالمئة والورق عند رطوبة 8 بالمئة، من نفس الدرجة والسماكة، يسجلان أيضًا أرقام تشوّه مختلفة. وتناول هذه الفروق يعني بناء نموذج رياضي وتحميله في وحدة التحكم في التسجيل. وبدون هذه الخطوة، لا تستطيع مطبعة الحفر (غرافير) حماية التسجيل إلا بتشغيل ركائز أكثر سماكة وأكثر استقرارًا في الأبعاد مثل فيلم PET. وفي أرضية الإنتاج، غالبًا ما يلوم المشغلون القالب أو الركيزة عندما ينحرف اللون أو يرتفع خطأ التسجيل، ثم لا يجدون شيئًا ملموسًا يشيرون إليه. وهذه الفجوة في تعويض التشوّه هي السبب الحقيقي عادة.