Perché le macchine per la stampa su tazze di carta richiedono una lunghezza di ripetizione personalizzata?

La sfida rappresentata dalla geometria e dalle esigenze di allineamento in zone specifiche

Come influiscono la forma conica della tazza e la curvatura della superficie sui modelli di ripetizione standard?

Le sfide geometriche legate alle macchine per la stampa su tazze di carta sono notevoli. Quando si lavora con forme tridimensionali, anziché con superfici piane, un certo grado di distorsione è inevitabile a causa sia del cono di rastremazione sia della curvatura della superficie. I motivi standard ripetuti subiscono uno spostamento di registrazione quando vengono stampati su queste tazze. I disegni vengono stampati su aree diverse delle tazze poiché queste si restringono verso il fondo. Le tazze stampate risultano eccessivamente allungate nella parte superiore e non stampate affatto nella parte inferiore. Stampa sbiadita, loghi fuori registro e testo sfocato sono tutti sintomi del processo di stampa. Il risultato finale è un’immagine del marchio compromessa, nonostante l’utilizzo di lastre di stampa di alta qualità. Questo problema è aggravato dal fatto che le linee di produzione operano spesso a velocità superiori a 200 metri al minuto. Quando gli errori si moltiplicano a tali velocità, provocano malfunzionamenti e prodotti esteticamente poco accattivanti.

È richiesta una precisione di ripetizione submillimetrica nelle zone di stampa critiche

Questo documento si concentra su quattro zone di stampa critiche e sull'importanza della precisione nel posizionamento (registration) di tali zone. La prima zona di stampa è la zona di spreco (bleed zone) e deve estendersi oltre le linee di taglio. Una zona di stampa che si estende nella zona di spreco consente alla macchina da taglio di eliminare una linea di rifilatura anziché lasciare una linea bianca di taglio. La seconda zona è la zona di sicurezza (safe zone). Le zone di stampa all'interno della zona di sicurezza possono proteggere elementi grafici importanti dall'essere tagliati via, ma potrebbero anche dare l'impressione di un design incompleto. La terza è la zona di sigillatura (sealing zone). L'adesione dell'inchiostro nella zona di sigillatura è fondamentale per il corretto funzionamento di sigillatura del prodotto confezionato. L'ultima zona critica è la zona di piegatura inferiore (bottom folding zone). Questa zona è critica perché una zona di piegatura inferiore non allineata rende l'intero imballaggio strutturalmente incompleto. Numerose autorità regolatorie (ad esempio FDA, ISO 2846-1) e il settore degli imballaggi hanno pubblicato linee guida che disciplinano le lunghezze di ripetizione delle zone di stampa negli imballaggi, stabilendo una tolleranza compresa nell’intervallo di ± 0,3 millimetri. È pertanto necessario che i produttori regolino i propri macchinari in conformità al design dell’imballaggio. Questo spiega anche perché i produttori di bicchieri monouso per imballaggio riscontrano problemi legati a incoerenze nel design, nelle prestazioni e nella conformità agli standard normativi.

Il meccanismo: interdipendenza tra circonferenza del cilindro, tensione e lunghezza del motivo ripetuto

Perché il diametro del cilindro di stampa determina direttamente la lunghezza base del motivo ripetuto nelle macchine per la stampa di bicchieri di carta flessibili

La circonferenza del cilindro di stampa è uno dei principali fattori che determinano la lunghezza del motivo ripetuto nella stampa su tazze di carta in flessografia. Ciò avviene perché è proprio il cilindro di stampa a stabilire quante volte un disegno viene ripetuto. Per ogni rotazione completa del cilindro di stampa, viene impresso un motivo sull’immagine sulla superficie del cilindro e la distanza stampata corrisponde esattamente alla circonferenza del cilindro. La circonferenza si calcola moltiplicando il valore di pi greco per il diametro; pertanto, ad esempio, un cilindro di stampa da 300 mm genera ogni volta un motivo ripetuto di 942 mm. L’unico modo per modificare tale valore consiste nel sostituire il cilindro con uno diverso, rendendo quindi fondamentale effettuare misurazioni precise già in fase di pre-stampa. In questo caso, il numero di volte in cui il cilindro stampa corrisponde direttamente al numero di volte in cui un eventuale errore di calcolo viene ripetuto. Nella stampa su larga scala, anche un errore di soli 0,1 mm nel calcolo provoca errori cumulativi. Questo spiega perché, nonostante i notevoli miglioramenti ottenuti in altre fasi del processo di stampa, la maggior parte dei produttori continua ancora a utilizzare cilindri realizzati su misura per la stampa di diversi disegni su tazze.

Come la deformazione del substrato e la variabilità della tensione influenzano la coerenza dei ripetuti attraverso cicli ad alta velocità

Quando il supporto di carta è sottoposto a tensione e a sollecitazioni ambientali, la sua risposta è prevedibile ma problematica. L’aumento della velocità di corsa oltre la soglia di 200 m/min provoca incongruenze nella tensione che allungano il materiale tra lo 0,2% e quasi l’1%, causando una distorsione per allungamento superiore a 2 mm alla fine di ogni ciclo di stampa. Le cose peggiorano ulteriormente a causa dell’espansione igroscopica dovuta alle variazioni di umidità, dello spessore non uniforme del supporto di carta e degli intervalli variabili tra i rotoli di svolgimento. Questi fattori provocano in misura preponderante distorsioni nei motivi ripetuti sui cilindri, generando difetti quali la comparsa di immagini false, la sovrapposizione dei colori e l’assenza completa di alcune parti dell’immagine. Nonostante la capacità dei moderni sistemi servo ad alta tecnologia di regolare l’allungamento entro l’1%, gli operatori devono comunque monitorare l’umidità, lo spessore della carta e la tensione del nastro, qualora sia richiesto un allineamento preciso al fine di ridurre al minimo gli scarti di materiale.

Le conseguenze della registrazione industriale e della calibrazione personalizzata ripetuta non corretta.

Una calibrazione personalizzata ripetuta non corretta genera distorsioni geometriche che causano numerose inefficienze operative. Con le configurazioni ripetute, le pieghe inferiori e le zone di sigillatura rischiano perdite e debolezze strutturali, provocando interferenze, distorsioni e loghi decentrati e poco attraenti, nonché immagini sfocate. Queste stampe difettose e i danni al branding causano:

Spreco di materiale pari al 15-20% dovuto a stampe non registrate, scartate prima della spedizione

Riduzione dell’Efficienza Complessiva delle Attrezzature (OEE) a causa di fermi non pianificati necessari per la ricalibrazione delle stampe.

Aumento dei costi di ritorno su lavorazione, ossia la ripetizione di lotti difettosi, con conseguente impiego aggiuntivo di manodopera, energia e inchiostro.

L'analisi del settore Packaging Insights 2023 evidenzia che la ripetizione impropria della stampa comporta sprechi e afferma che è responsabile di oltre il 30% degli sprechi nella stampa di tazze di carta, con una perdita di profitto pari all’8-12% per ogni turno. In sostanza, anche un errore di regolazione di soli 1 mm sul passo di ripetizione incrementa lo spreco in volume: un piccolo errore determina quindi un aumento significativo del materiale scartato.

L’evoluzione dei motori servo e della configurabilità multi-formato nella tecnologia odierna delle macchine per la stampa su tazze di carta

I sistemi di modelli più vecchi costringevano gli operatori a sostituire manualmente i cilindri per produrre tazze di dimensioni diverse, limitando così le linee di produzione a una sola misura per ogni ciclo. I nuovi sistemi azionati da servo-motori hanno eliminato completamente questa limitazione. Grazie a controlli intelligenti dei motori, i produttori possono effettuare aggiustamenti in tempo reale per ruotare i cilindri, modificare la pressione di stampa e regolare la tensione del substrato, consentendo loro di produrre tazze per espresso da 8 once e, senza fermare la linea, passare immediatamente a contenitori per frullati da 24 once. L’articolo pubblicato lo scorso anno sulla rivista TAPPI Journal ha evidenziato che i sistemi più avanzati raggiungono un allineamento di 0,5 mm o inferiore durante il cambio di configurazione dimensionale e generano il 18% in meno di scarti rispetto ai sistemi più datati. Anche il personale è dotato di badge con sensori IoT personalizzati per monitorarne le prestazioni individuali. Questi sensori sorvegliano inoltre la sezione di formatura e inviano i dati al sistema di controllo centrale, garantendo un controllo ancora più stringente del processo, definito dagli ingegneri "controllo a ciclo chiuso", in modo che la qualità rimanga costante anche quando il sistema opera a 200 tazze al minuto.

La soluzione: Un flusso di lavoro pratico per specificare e convalidare la lunghezza personalizzata delle ripetizioni

Dalla scansione 3D della tazza — Calcolo basato sulla geometria — Specifica dell’incisione sul cilindro

La precisione inizia con la misurazione. Una scansione 3D acquisisce e misura i dettagli delle caratteristiche critiche, come conicità, curve e zone di sovrapposizione, margini di sicurezza, guarnizioni e pieghe inferiori. Successivamente, un software specializzato prevede l’allungamento del materiale, la risposta all’umidità e la tensione, stimando inoltre la geometria del cilindro per determinare il passo ottimale. L’output è una guida per la fresatura specifica per una macchina progettata per realizzare cilindri portaplastra. Questo sistema viene testato durante le prove ingegneristiche, che simulano la produzione e possono superare i 300 cpmm. L’allineamento e la stabilità del passo rimangono entro un intervallo molto ristretto e risultano coerenti anche al variare di un’ampia gamma di dimensioni di tazza. Secondo una ricerca condotta lo scorso anno da Packaging Insights, questo sistema elimina quasi il 25 % delle perdite di prodotto dovute a errori di allineamento. Inoltre, consente di modificare le dimensioni del prodotto sulle linee flessografiche senza alcun impatto sulla qualità della stampa.

Domande frequenti

In che modo la conicità delle tazze e la curvatura della superficie influenzano i motivi di stampa?

La conicità e la curvatura della superficie causano una distorsione dei motivi ripetuti, con conseguente compressione del motivo o allungamento che genera interruzioni.

Quali sono le principali zone di stampa per le tazze di carta?

Ciascuna delle zone critiche di stampa per le tazze di carta comprende la zona di trafilatura (bleed zone), la zona di sicurezza (safe zone), la zona di sigillatura (sealing zone) e la zona di piegatura del fondo (bottom fold zone); ciascuna di queste zone deve essere allineata in modo perfetto.

In che rapporto si trova il diametro del cilindro con la lunghezza del motivo ripetuto?

Il diametro del cilindro di stampa determina la lunghezza base del motivo ripetuto. Ogni rotazione completa del cilindro corrisponde a una stampa completa del disegno.

Quali sono i vantaggi delle moderne macchine azionate da servo-motori nella stampa di tazze di carta?

Le moderne macchine azionate da servo-motori migliorano flessibilità e precisione automatizzando le regolazioni, riducendo il consumo di materiali e consentendo alla macchina di cambiare formato senza arrestarsi.