Тема 4. Трафаретний друк

Трафаретний друк, разом з високим, плоским і глибоким способами, завжди вважався четвертим основним видом друку. Друкуючі і пробільні елементи на формах трафаретного друку розташовуються фактично в одній площині, тому вона вважається різновидом плоского друку. Але, на відміну від класичного плоского друку, до якого відноситься і офсет, і літографія, і фототипія, друкарська фарба тут не затримується на друкувальних елементах, а продавлюється крізь них. тому що друкарська форма є трафаретом. Недрукуючі ділянки в ній є бар'єром, що перешкоджає проходженню крізь сітку фарб, а друкуючі елементи фарбу пропускають, створюючи можливість отримання друкарського відтиснення.

Необхідно відзначити, що популярна розмножувальна техніка – різографія – по суті є різновидом трафаретного друку, а друкарські машини – різографи – трафаретні друкарські машини типу DI за аналогією з офсетними машинами DI.

Трафаретний друк, або створення відбитків на якій-небудь поверхні за допомогою трафарету, є одним із старих способів розмноження зображень.

За свідченням відомого російського дослідника М. І. Щелкунова, близько тисячі років назад в Європі користувалися шаблонами (трафаретами). Так, для остготського короля Теодоріха Великого був виготовлений шаблон, на якому прорізають букви THEOD, за допомогою якого він друкував своє ім'я. У монастирях для розмальовування заголовних букв в розкішних рукописах на пергаменті, також користувалися шаблонами, і, без сумніву, для нанесення золота на ініціали і малюнки, вживали фігурні штампи. Природно, що за минулі століття трафаретний друк сильно трансформувався і став способом, що має свою нішу попиту на друкарську продукцію.

Але вирізування зображення без основи, на яку б накладався трафарет, не мало можливості відтворення художніх сюжетів. Тому була створена основа у вигляді каркаса-сітки. І першим матеріалом, який став використовуватися для виготовлення такої сітки, став шовк. На дерев'яну прямокутну раму натягалася шовкова тканина і ручним, а надалі фотомеханічним способом наносилося зображення у вигляді трафарету. Звідси і назва способу – шовкотрафаретний друк або шовкографія (у англійській мові – silk-screen printing). Німці виявилися далекогляднішими і назвали цей спосіб Siebdruck (Sieb – сито, решето; Druck – друк), тому що, врешті-решт, замість шовку стали застосовуватися металеві сітки, а в сучасному трафаретному друці – полімерні. І ще одна назва трафаретного друку, що має грецьке походження і використовуване художниками, – серіграфія, трафаретний друк на верстаті.

Трафаретний друк сьогодні – один з широко вживаних способів друку – від ручної праці до високотехнічної промислової області, від малих форматів у виготовленні сенсорів до форматів 3x6м для друку на склі, а також від друку одиничних екземплярів до великих тиражів. Задруковуються папір, текстиль, кераміка і синтетичні матеріали у формі нескінченного потоку, окремих листом, а також такі предмети різного вигляду і форми, як банки, келихи і багато що інше. Загалом, відносно задруковуваного матеріалу можливості трафаретного друку фактично не мають меж.

Головне достоїнство трафаретного друку полягає в тому, що самі різні друкарські фарби можуть переноситися на всілякі матеріали: папір, картон, плівку, скло, пластик та інші, часто неприйнятні для інших способів друкування. При цьому байдуже, чи мають ці матеріали плоску чи зігнуту форму. Цим способом друкується оформлення на ящиках, коробках, банках, пляшках, флаконах, вітринах, виготовляються різні види реклами, зокрема, зовнішньої, і ще багато що інше. При цьому товщина фарбового шару істотно вища, ніж у інших способів друку. Вона підбирається так, щоб були повністю реалізовані всі необхідні вимоги до якості зображення: фарбові характеристики, фарбоміцність, стійкість до світла, до атмосферних умов і т.д. Фарби можуть мати різні оптичні властивості, тобто бути криючими, напівпрозорими, прозорими.

Трафаретний спосіб є друк через друкарську форму-шаблон. Друк з використанням шаблону виконується шляхом продавлювання через нього друкарської фарби на задруковувану поверхню. Проста основа друкарської форми трафаретного друку – натягнута на раму сітка практично з будь-якого матеріалу (полімерних або металевих ниток), через осередки якої і відбувається продавлювання фарби шляхом розподілу її на поверхні сітки за допомогою еластичного ножа – ракеля. Тут практично не потрібно ніякого особливого друкарського устаткування, і це привертало увагу художників-оформлювачів, тому що дозволяло друкувати в домашніх умовах, причому на будь-яких поверхнях. Проте сьогодні трафаретний друк став високо механізованим і автоматизованим способом, що використовує всі досягнення сучасної поліграфії. У нім застосовуються автоматичні машини, фотомеханічні і цифрові способи виготовлення друкарських форм – трафаретів, не тільки плоскі сітки на рамі, але і круглі сіткові форми, а також сучасні УФ фарби.

У загальних рисах процес трафаретного друку полягає в наступному. Сітка закріплюється на плоскій або циліндровій рамі, на неї наноситься світлочутлива емульсія.

Сітка повинна володіти високою міцністю на розрив і низьким коефіцієнтом розтягування, високою стійкістю до стирання, володіти властивостями не вбирати фарбу і розчинники.

Сітки розрізняють по їх номеру – кількості ниток на сантиметр довжини. Чим вище номер, тим дрібніше осередок і, отже, вища роздільна здатність сітки.

Рама є каркасом, на який натягнута сітка. Чим сильніше натягнута сітка, тим вище якість друку. Звідси витікає, що рама повинна бути максимально жорсткою. Основні матеріали для виготовлення рам: дерево, сталь і сплави алюмінію. Ранні моделі рам виготовлялися з дерева. Дерев'яна рама була дешевшою і витримувала лише малі натягнення сітки, до того ж вона деформується від вологи. Рами із сплавів алюмінію володіють високою жорсткістю, малою вагою і мають довгий термін служби. Сталеві рами, порівняно з алюмінієвими, при інших близьких параметрах, мають більшу вагу. Після експонування під негативом незасвічені ділянки сітки вимиваються, відкриваючи сітку і утворюючи друкувальні елементи, а засвічені, після задублення, утворюють основу пробільних елементів, крізь які фарба не проходить. Так отримують друкарську форму з нанесеним на її поверхню шаблоном для друку. Машини і пристрої для трафаретного друку представлені як добре відомими пристосуваннями, використовуваними не одне десятиліття, так і сучасними, великими автоматичними пристроями, що дозволяють друкувати не просто великі, але величезні зображення.

В більшості випадків використовується сітка з синтетичних матеріалів або металу. Через відкриті осередки сітки із зображенням, не закритим шаблоном, фарба наноситься на задруковуваний матеріал. Таким чином, форма трафаретного друку, це – комбінація сітки з шаблоном.

Друкарсько-технічні якості тканини (сітки) визначаються матеріалом, кількістю ниток, що доводяться на сантиметр довжини тканини, її лініатурою, товщиною трафарету, ступенем відкритості сітки (відношення сумарної площі всіх осередків до загальної площі сітки у відсотках) (рис. 10).

Рис. 10. Лініатура сітки:

n – число ниток сітки на одиницю довжини

Можна використовувати сітку з лініатурою від 10 до 200 нит./см. Найбільш часто використовувані сітки містять від 90 до 120 нит./см.

Растрування і друк ілюстрацій, що містять багато деталей, вимагають застосування сітки з дуже високою лініатурою, відповідно до вимог до її роздільних здатностей під час відтворення зображення. За растрування потрібно враховувати, що лініатура сітки (ниток/см) повинна бути приблизно в 3-4 рази вище, ніж растроване зображення (ліній/см), і що на растровий елемент доводиться від 9 до 16 растрових точок різної площі. Докладніше про особливості растрування в трафаретному друці ми розповімо далі.

Шаблон на сітці визначає власне саме відтиснення. Його розташовують на стороні сітки, протилежної тій, по якій рухається ракель, щоб уникнути пошкодження і передчасного зносу шаблону. Для простих друкарських робіт шаблони виготовляють ручною вирізкою, і вони наносяться з внутрішньої сторони сітки.

Для високоякісної друкарської продукції (растрові роботи, багатофарбовий друк) під час виготовлення шаблона використовуються майже виключно діазотипні світлочутливі копіювальні шари. Після нанесення шару і сушки позитивний копіювальний оригінал експонується УФ випромінюванням. Копіювальний шар на пробільних ділянках (прозорі ділянки копіювального зразка) отверджується під дією УФ світла. Друкувальні елементи не отвердівають і видаляються потоком води в процесі промивки. Потім відбувається сушка. Випадкові дефекти можуть бути усунені лаком для ретуші.

Основні принципи трафаретного друку

У трафаретному друці використовуються різні варіанти друку і відповідне їм устаткування. Це – друк з плоскої форми на плоскість (плоскість – плоскість), з плоскої форми на циліндр (плоскість – циліндр), з циліндричної форми на циліндр (циліндр – циліндр).

Принцип друку плоскість – плоскість (плоский друкарський апарат)

Друкарські форми і задруковуваний матеріал знаходяться в одній плоскості. Друкарська фарба на задруковуваний матеріал наноситься через отвори осередків рухомим ракелем.

Принцип друку плоскість – циліндр (циліндричний друкарський апарат)

Друкарська форма плоска, друк на задруковуваному матеріалі відбувається з циліндра, що обертається. Друкарська форма і друкарський циліндр рухаються синхронно в одному напрямі, при цьому нерухомим ракелем через отвори осередків на задруковуваний матеріал наноситься друкарська фарба.

Друкарська форма і ракель враховують форму задруковуваного предмета (зігнута, опукла, кругла). Друкарська форма і задруковуваний матеріал рухаються синхронно в одному напрямі, ракель нерухомий. Цей спосіб застосовують, наприклад, для друкування на коробках, м'ячах, тобто зігнутих поверхнях.

Принцип друку циліндр – циліндр (ротаційний друкарський апарат)

Друкарська форма (сітка) циліндрична. Друкарська форма і задруковуваний матеріал, а також друкарський циліндр рухаються синхронно, друкарська фарба подається на задруковуваний матеріал з ракеля зсередини через циліндричну друкарську форму (рис. 11).

Рис. 11. Принцип ротаційного трафаретного друку:

1 - ротаційна сітка; 2 - зображення; 3 - ракель

Власне процес друку можна розділити на наступні окремі операції.

Трафарет утримується трафаретною рамою. Задруковуваний матеріал розташований плоско на друкарському столі і нерухомий в процесі друку. Фарба, яка знаходиться на трафареті, переміщається ракелем, як хвиля, і проникає в сітку. Цю область називають зоною наповнення. Перед вістрям ракеля в контактній зоні фарба проходить через друкарську форму і стикається із задруковуваним матеріалом. Позаду ракеля, в так званій зоні прилипання, фарба забезпечує прилипання друкарської форми до матеріалу. Сили пружності сітки витягають фарбові нитки в зоні випуску з шару друкарської фарби, і, таким чином, частина фарби залишається в осередках сітки. На задруковуваному матеріалі утворюється рівномірний шар фарби (рис. 12).

Трафаретним способом друку можна наносити дуже товстий шар фарби – зазвичай 20–100 мкм (у офсеті 0,5–2 мкм). Висоту фарбового шару визначає товщина шаблона (піднесення шаблона над сіткою).

Рис. 12. Хода ручного ракеля

1 – рама; 2 – сітковий матеріал;

3 – друкарська фарба; 4 – ракель;

5 – матеріал для друку

Шрифтові шаблони, шаблони для вишивання монограм на білизну або тексти і маркіровки на упаковках будь-якого роду давно відомі і застосовуються до цих пір. Шаблони дозволяють швидко наносити текстову, символьну інформацію і піктограми з форми на різні документи. При цьому шаблони фіксуються на задруковуваній поверхні, і фарби потрапляють на відкриті ділянки. Фарби можуть наноситися кистю, щіткою або ракелем, шприц-пистолетом або повітряним розпилювачем (рис. 13).

Рис. 13. Процес трафаретного друку:

1 – рама; 2 – сітка; 3 – ракель; 4 – стіл

Але чисто шаблонний друк (друк тільки через шаблони, але без сітки, яка служить опорою для шаблонів) має серйозний недолік, що обмежує її застосування: всі частини шаблона повинні бути між собою сполучені. Це означає, що, наприклад, для більшості букв (а також і для деталей малюнків і креслень) необхідні перемички, щоб скріпляти лежачі усередині частини або частини, які легко можуть відламуватися, що робить, наприклад, типовим оформлення шаблонних шрифтів, при якому лінії на певних відстанях уриваються. Це можна наочно підтвердити на прикладі букви Про – спробуйте вирізувати її на будь-якому листовому матеріалі.

Цього недоліку немає в трафаретному друці. Тут трафаретна сітка бере на себе функцію перемички, не обмежуючи характер, вигляд і розміри зображення. Фарба обволікає отвір осередку сітки і утворює закриті ділянки між задруковуваними частинами шаблона. Шаблон кладеться на сітку, приклеюється і закріплюється.

Отже, сітка є тільки носієм шаблона. Комбінація сітки і шаблона на трафаретній рамі утворює друкарську форму. Тут забезпечується майже повна свобода для оформлення сюжету і приклейки шаблона до сітки аж до растрових елементів.

Кількість ниток, в середньому, складає 50 – 150 на см і залежить від методу перенесення шаблона і виконуваної роботи. Через отвори сітки продавлюється друкарська фарба. Сам отвір повинен бути, за даними ряду досліджень, в 1,5–2,5 разів більше, ніж товщина нитки. Товщина ниток і товщина шаблону є основними умовами для товщини фарбового шару, що утворюється на відтисненні. Тому для заливальних робіт використовуються грубіші сітки, що забезпечують більшу товщину фарбового шару, ніж під час друку зображень з великою кількістю деталей (штрихові і растрові малюнки).

Під час вибору кутів повороту растрових ліній потрібно звертати увагу на положення ниток сітки, щоб під час друку не з'являвся муар. Трафаретна сітка, шаблони і фарби повинні відповідати ряду певних вимог для того, щоб забезпечити бажану якість друку. Для трафаретного друку типові растри до 40 ліній/см за лініатури сітки до 200 нит./см.