Spartanics Screen Printing Lines Zunehmende Moglichkeiten des Rollensiebdrucks durch elektronische Steuerungen SIP June 2008 I Winding Up Productivity with Roll to Roll Screen Printing Technology I

Produktivit�tssteigerung mit Rollenvordruck-Siebdrucktechnologie

Reinhard Zimmerman
Spartanics-Systec

Die letzte Generation der Rollenvordruck-Siebdruckanlagen markiert einen bedeutenden Entwicklungsschritt in der seit Beginn des 20. Jahrhunderts dominierenden Drucktechnologie. Die heute eingesetzten intelligenteren elektronischen Steuerungen verringern den Zeitaufwand f�r aufw�ndiges manuelles Ausrichten, das f�r �ltere Systeme einfacherer Bauart so kennzeichnend ist. In dieser Er�rterung werden wir betrachten, wie moderne elektronische Steuerungen und die Integration von Software die M�glichkeiten einer Rollenvordruck-Siebdruckanlage - sowohl Flachbett- als auch zylinderbasierte Anlagen - ver�ndern.
Die zugrunde liegenden Elektronik- und Softwareentwicklungen, die jetzt Auswirkungen auf die Siebdrucktechnologie zeigen, sind aus demselben Holz geschnitzt, wie die elektronischen Steuerungen, die in einer ganzen Reihe industrieller Anlagen zu finden sind. Ihr Kern sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) - Rechner, die f�r Stabilit�t in einem realen Herstellungsumfeld sorgen und in der Lage sind, mehrere Eingaben und Ausgaben zu verarbeiten. SPS wurden urspr�nglich f�r die Automobilindustrie entwickelt und werden jetzt mit intelligenteren Befehlen programmiert, als bei ihrer Entwicklung vorgesehen, und geben so erfahrenen Programmierern die M�glichkeit, industrielle Steuerungen bis zu einem noch nie da gewesenen Maβ fein abzustimmen. Darin eingeschlossen sind moderne SPS, die f�r die volle Automatisierung der Arbeitsschritte einer Rollendruck-Siebdruckanlage sorgen k�nnen.

Einrichten des Jobs und werkzeugfreies Umr�sten

Anpassungen der Siebrahmenaufnahme, der Anpressdruck der Druck- wie auch der Flutrakel, k�nnen jetzt �ber mit Touchscreens ausgestattete pneumatische SPS-basierte Steuerungen geregelt werden. Daraus ergibt sich eine nicht unerhebliche Zeitersparnis, da diese Komponenten jetzt nicht f�r jeden Job von Hand ausbalanciert werden m�ssen. Moderne Rollenvordruckanlagen verlangen f�r diese Anpassungen kein Werkzeug mehr - sie werden elektronisch mit gr�βerer Pr�zision und Wiederholbarkeit durchgef�hrt, als ein menschlicher Arbeiter je erreichen kann. Falls ein Fehler auftreten sollte, kann er mit wenigen Tastendr�cken behoben werden.
Der Wechsel von manuellem Bogendruck zu automatisiertem Rollendruck kann den Durchsatz um 50% oder mehr erh�hen. Die tats�chlich erreichte Geschwindigkeitssteigerung variiert und ist unter anderem abh�ngig vom Volumen des Jobs.
Nachdem ein qualifizierter Arbeiter alle notwendigen Parameter f�r eine bestimmte Applikation eingegeben hat - Geschwindigkeit der Bahn, Bahntransporteinstellungen, Rakelwinkel, Siebh�he, Trocknereinstellungen, etc. - werden diese automatisch in der SPS gespeichert. Ein weniger qualifizierter Arbeiter wird die Anlage f�r diesen Job schnell und problemlos durch Abrufen dieser Parameter einstellen und einr�sten k�nnen.

Die hochpr�zisen elektronischen Steuerungen erlauben vielen, auf Spezialgrafikdruck spezialisierte Unternehmen, ihr Angebot um elektronische Applikationen, die eine exakte St�rke des Tintenauftrages und kleinste Siebdehnungen, die mit nicht-automatisierte Verfahren nicht durchg�ngig erreicht werden k�nnen, zu erweitern. Da Folienschalter und andere gedruckte elektronische Elemente ein wachsender Gesch�ftszweig im Spezialgrafikdruck sind, kann davon ausgegangen werden, dass die Kapazit�t der SPS-gesteuerten Anlagen ein mehr und mehr die M�glichkeiten dieser Branche bestimmender Faktor wird.
Mit anderen Worten, die Softwareentwicklung bestimmt den Unterschied zwischen den einzelnen Siebdruckanlagen. Die besten Rollenvordruckanlagen verwenden weltweit erh�ltliche industrielle Standardkomponenten, die Software wird jedoch pr�zise an die individuellen Anforderungen des auf Spezialgrafiken spezialisierten Unternehmens angepasst. Diese Anlagen verf�gen �ber leistungsf�higere SPS, die Eingaben und Ausgaben einer Siebdrucklinie hochpr�zise steuern k�nnen, dazu geh�ren auch Abwickler, Bahnspannung, Positionierung des Materials, Positionierung des Druckkopfes, Bahnentransport, Trocknersysteme und Aufwickler.

Groβformate

In den letzten Jahren f�hrte die wachsende Nachfrage nach groβformatigen Drucken zum Einsatz von kundenspezifisch konfigurierten Siebdruckanlagen, die maximale Wirtschaftlichkeit gew�hrleisten. F�r diese Art von Arbeiten ist der Einsatz der �blichen 400 mm breiten Flachbettsysteme unwirtschaftlich bzw. sie sind schlicht nicht verwendbar. Gl�cklicherweise verf�gen moderne Rollenvordrucksysteme nicht nur �ber eine verbesserte Steuerung, sondern sie k�nnen nahezu jedem Maβ angepasst werden. Flexibilit�t bestimmt das Design. Abmessungen werden kundenspzifisch den Anforderungen der Auftr�ge angepasst, damit entf�llt die Anforderung an die Siebdrucker, den Job den M�glichkeiten einer herk�mmlichen 400 mm-Anlage anzupassen. Jetzt k�nnen Rollenvordruckanlagen zur Verarbeitung von Formaten von bis zu 2,3 x 4,2 m konzipiert werden, die eine h�here Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung der Druckvorlage und einen h�heren Durchsatz erm�glichen.
Eine nicht ganz so offensichtliche �nderung ist die des Aufbaus der Siebrahmen. Niemand kann sich daran erinnern, dass dieser je ge�ndert wurde. Neuere Anlagen sind mit neukonzipierten Siebrahmen ausgestattet, die einen Abstand von nur 1 mm zwischen Sieb und Drucktisch erm�glichen. Das bedeutet wesentlich geringere Siebdehnungen, einer der Gr�nde, weshalb Rollenvordruck-Flachbettsysteme eine gr�βere Rolle im Bereich hochpr�ziser elektronischer Applikationen spielen.
Gr�βere Pressen schaffen neue Anforderungen an intelligentere Methoden zur Materialaufnahme und dessen Transport durch die Anlage. Die besten Rollenvordruck-Flachbettanlagen verf�gen jetzt �ber eine automatisierte und synchronisierte Vakuuml�setechnik auf dem Drucktisch, die insbesondere f�r die Steigerung des Durchsatzes groβformatiger Jobs unerl�sslich ist. Die Spannung des Tr�germaterials auf dem Zylinder zylinderbasierter Rollendruckanlagen ist ebenfalls vakuumgesteuert.

Die Verwendung eines Vakuums zur Materialpositionierung birgt einen klaren Vorteil f�r kratzerfreie Produkte. Die Verwendung eines Vakuumpositionierungsverfahrens hat sich als einziges Verfahren f�r Druckl�ngen von mehr als 400 cm bew�hrt. Das synchronisierte Vakuum einer Flachbettmaschine f�hrt dazu, dass die Rakel den Abschnitt, in dem das Vakuum aufgehoben wird, verl�sst, und so das Material weitertransportiert werden kann. Wenn das Vakuum in diesem Abschnitt nicht aufgehoben wird, verringert sich der Durchsatz erheblich. Auch hier k�nnen SPS-basierte elektronische Steuerungen die Bewegung der Rakel und des Aufhebens des Vakuums so exakt koordinieren, dass ein hoher Durchsatz erreicht werden kann.

Elektronische Steuerungen und Qualit�t

Wenn eine einfache Siebdruckanlage verwendet wird, muss das vorgedruckte Material auf einem Drucktisch positioniert, die Ausrichtungspunkte gesucht und manuelle Anpassungen durchgef�hrt werden, bevor das n�chste Element gedruckt werden kann. Das ist nicht nur unwirtschaftlich, sondern auch relativ ungenau, verglichen mit den pr�zisen Positionierungsm�glichkeiten der neueren Generationen elektronisch gesteuerter Rollenvordruckanlagen. Diese Systeme verf�gen �ber eine auf intelligenten Algorythmen basierte Software, die nicht nur die genaue Position des Materials erkennt, sondern auch die Siebdehnung ausgleichen kann. Die Tage, an denen ein Arbeiter jeden einzelnen Druck kontrollieren musste, geh�ren der Vergangenheit an. Der Qualit�tsvorteil dieser Anlagen erlaubt, sogar Anforderungen an h�chste Pr�zision, wie f�r Sicherheitsprodukte, z.B. Hologramme, erforderlich ist, gerecht zu werden. Auch hier gilt, dass weniger qualifizierte Arbeiter einen Job ausf�hren k�nnen und der Durchsatz erheblich h�her ist.
Die Rakeleinheit wird von Servomotoren gesteuert, ein weiteres Kennzeichen moderner Rollenvordruckanlagen. Eine durch Servomotoren unterst�tzte Steuerung verwendet fehlersensibles Feedback zur Steigerung der Leistungsf�higkeit. Diese elektronische R�ckmeldung der Rakelpositionierung erm�glicht eine h�here Pr�zision der Rakelbewegung und so kleinere Abst�nde zwischen dem ersten und dem zweiten Druck. Moderne Anlagen k�nnen mit Abst�nden von 1 mm zwischen dem ersten und zweiten Druck arbeiten. �ltere Rollenvordruck-Flachbettsysteme mit traditionellen Motoren zur Rakelsteuerung konnten diesen Standard nicht erreichen.

High-Tech Tinten und Trocknersteuerungen

Die starke Ausweitung des Angebots an Spezialtinten in j�ngster Vergangenheit f�hrt zu neuen Einsatzm�glichkeiten im Bereich der High-Tech Produkte wie z.B. Schaltkreise mit exakt gesteuerten elektrischen Widerst�nden. Diese Tinten werden auch vermehrt f�r Produkte, die der Witterung und anderen Umwelteinfl�ssen ausgesetzt sind, eingesetzt. Der Einsatz dieser High-Tech Tinten erforderte die Entwicklung einer neuen Technologie, die die exakte Temperatur und Luftstrom h�lt, und damit die Reaktionen der Tinte beeinflusst.
Kontaktrocknungstechnologie, f�r diejenigen unter Ihnen, die damit nicht vertraut sind, besteht aus aus einem justierbaren beheizten Vakuumdruckstock und einem das zu trocknende Material transportierendem F�rderer, kombiniert mit der abstimmbaren Zufuhr heisser Luft von oben. In dieser Art Trocknungsanlage wird das Tr�germaterial von unten nach oben, hin zur bedruckten Oberfl�che, getrocknet. Sogar bei dickem Tintenauftrag reduziert sich die Trocknungszeit auf einen Bruchteil der bei Einsatz konventioneller Trocken�fen erforderlichen. So wird zum Beispiel ein Tr�ger, der eine Trocknungszeit von 2 Stunden bei Verwendung eines herk�mmlichen Trocknungsverfahrens ben�tigt, innerhalb von 30 Sekunden getrocknet.
In bestimmten High-Tech Tinten sind Partikel enthalten, die eine h�chstgenaue Temperatur und einen genau kontrollierten Luftstrom zur Reaktion ben�tigen. Die Reaktion der Tinte ist nicht einfach nur eine Frage des Trocknens, sondern der Ablauf eines chemischen Prozesses, der unter genauer Einhaltung seiner spezifischen Bedingungen ablaufen muss, um das gew�nschte Ergebnis zu erzielen. Kontakttrocknungsanlagen sind elektronisch gesteuert und k�nnen an die Anforderungen an den Trocknungsprozess einzelner L�sungsmittel und High-Tech Tinten angepasst werden. Die besseren Anlagen verf�gen �ber ein R�ckmeldesystem, das den Trockner automatisch abschaltet, wenn die L�sungsmittelkonzentration gef�hrlich hoch wird und zu Explosionen f�hren k�nnte.

Weitere Komponenten

Modulares Design bestimmt die letzte Generation der Rollenvordruck-Siebdruckanlagen. Dadurch wird eine hohe Flexibilit�t erreicht, die das Hinzuf�gen weiterer Druckstationen, Trocknersysteme, Stanzen, Kaschiermaschinen, Schlitz- und Bogenschneidsystemen, oder, falls erforderlich, anderen Modulen erlaubt. Dies erm�glichte vielen, mit moderner Technologie ausgestatteten, Siebdruckereien, mit Hilfe dieser leicht an neue Anforderungen anzupassenden Anlagen in neue Marktsegmente vorzudringen.
Die letzten technologischen Verbesserungen zielen auf das Er�ffnen neuer M�rkte ab. Ob es sich dabei um leichte Blenden f�r Flugzeugeinrichtungen, RFID-Komponenten, das Bedrucken industrieller Textilien, leuchtender Abdeckungen, oder komplizierter Folienschalter handelt, die Zahl der Anwendungsm�glichkeiten f�r moderne Siebdrucktechnologien w�chst weiter. Viele der heute mit modernen Siebdruckanlagen hergestellten Produkte waren vor 10 Jahren noch v�llig unbekannt. Viele Hersteller und Entwickler von Siebdrucksystemen investieren heute erheblich in Forschung und Entwicklung, um mit den wachsenden Anforderungen des Marktes Schritt zu halten.

Z�gern Sie nicht l�nger

Rollenvordruck-Siebdrucksysteme sind jetzt die beste Wahl f�r viele hohe Auflagen erfordernde Siebdruckprodukte zur Anwendung in der Automobil- und Elektronikindustrie, insbesondere f�r solche, die den Einsatz von modernen High-Tech Tinten voraussetzen. Da diese Produkte vermutlich einen groβen Marktanteil im Bereich Spezialgrafikdruck haben werden, ist jetzt die richtige Zeit, um sich mit den neuesten Entwicklungen im Bereich Rollenvordruck und den Einsatzm�glichkeiten dieser Technologie in Ihrem Unternehmen auseinanderzusetzen.

Reinhard Zimmermann
Reinhard Zimmermann ist General Manager der Systec und ein Direktor der Spartanics-Systec Partnerschaft, die Spartanics-Systec Fineprint Siebdruckanlagen herstellt. Sie erreichen ihn unter seiner Emailadresse zimmermann@spartanics.com. Weitere Informationen zur Partnerschaft Spartanics-Systec finden Sie auf unserer Homepage www.spartanics.com

"Winding Up Productivity with Roll-to-Roll Screen Printing Technology" by Reinhard Zimmerman
Winding Up Productivity with Roll-to-Roll Screen-Printing Technology

Reinhard Zimmerman
Spartanics-Systec

The latest generation of roll-to-roll screen-printing systems marks a significant evolutionary step in the press technology that has dominated since the early 1900�s. Now, the incorporation of more sophisticated electronic controls reduces the need for time-consuming manual adjustments that typify earlier and less sophisticated equipment. In this discussion, we will consider how state-of-the-art electronic controls and software integration are changing the capabilities of roll-to-roll screen-printing systems, including both flatbed models and cylinder-based equipment.
The underlying electronics and software engineering that now have bearing on screen-printing technology are cut from the same cloth as the electronic controls we now see in a wide swatch of industrial equipment. At the core are programmable logic controllers (PLCs)� computers geared to provide stability in real-world manufacturing conditions and able to handle multiple inputs and outputs. PLCs, originally developed for the automotive industry, are now programmed with more sophisticated instructions than when they were originally introduced, enabling expert programmers to fine tune industrial controls to an unprecedented extent. This includes today�s PLCs that can fully automate the steps in roll-to-roll screen printing.

Job set up and tool-free changeovers
Adjustments to the screen clamps, as well as squeegee and floodbar pressures, can now be achieved with touch screens operating pneumatic controls via the system�s PLC. This eliminates a good deal of time that had previously been spent by operators making mechanical adjustments to balance these components for each job. On today�s roll-to-roll presses, no tools are required to make these adjustments�they are all done electronically and with greater precision and repeatability than what human operators can typically muster. If and when fault conditions arise, they can also be corrected with a few keystrokes.
Going from a manually sheet-fed printing process to an automated web process can speed throughput by 50% or more. The actual speed improvement varies, and is dependent on the size of the job, among other factors.
Once a skilled operator has set up all the required job parameters for a particular application�web speed, web transport settings, squeegee angle, screen height, dryer settings, etc.�the PLC will automatically store all these parameters. For repeat runs of the same job, a far less skilled operator is able to quickly initiate and set up the system by recalling those parameters.
The greater precision electronic controls also are key to enabling many specialty graphics companies to expand into electronics applications that have requirements for exact ink thicknesses and minimal screen stretch that non-automated presses cannot consistently achieve. Since membrane switches and other printed electronic products are a growing segment of the specialty graphics industry, we can expect that the capacity and sophistication of PLC-enabled control systems will become more and more a determining factor of where the industry can go.
More precisely, it is the software engineering that makes the real difference between one screen printing system and another. The best-in-class roll-to-roll systems use standard industrial components that one can source worldwide, and customize the software for the precise application requirements of a particular specialty graphics company. These systems typically use higher capacity PLCs that are able to finely control all the inputs and outputs of a web printing line, including unwinding, web tension, material positioning, printing head position, web transport, drying systems, and rewinder.

Large format considerations
In recent years, the growing demand for large format work has required the use of custom-configured screen printing systems to achieve maximum efficiency. In these applications, the generic 400 mm wide flatbed systems are inefficient or just unworkable. Fortunately, along with improved controls, today�s roll-to-roll presses can be engineered to be virtually any size dimensionally. Flexibility is now the overriding design principle. Dimensions are custom-configured to job requirements, as opposed to putting the onus on screen printers to adapt to job formats feasible in the common 400-mm machines. Now roll-to-roll systems can be designed to support jobs as large as 2.3 x 4.2 m, which allows artwork layouts that provide higher yields and faster job throughput.
A change in physical dimensions that might not be as apparent is in the screen holder designs. These had been the same for as long as anyone can remember. Newer systems have redesigned screen holders to allow as little as 1 mm distance between the screen and the printing table. That means significantly less screen stretch, which is one of the reasons why roll-to-roll flatbed systems are playing a bigger role in high precision electronics applications.
Larger press sizes also create the need for more sophisticated methods of controlling how material is held and advanced through the systems. High-end roll-to-roll flatbed printing systems now feature an automated and synchronized vacuum release on the printing table that is especially important to speeding the throughput of large format jobs. On cylinder style roll-fed machines, tension of the substrate on the cylinder also is controlled via vacuum.
Use of vacuum for material positioning has a clear advantage in helping to deliver a scratch free product. Indeed, if you are printing any length over 400 cm, using a vacuum positioning method to secure material has proven to be the only successful method. On flatbed machines, the use of synchronized vacuum release means that as the squeegee leaves a section the vacuum is released such that the transport system is able to pull on the material. If one does not release the vacuum in sections in this manner, there is a considerable reduction of throughput. Here too, it is the ability of the PLC electronic controls to precisely coordinate the squeegee advance and the vacuum release that makes this throughput efficiency possible.

Electronic controls and quality
In a simple screen-printing system, one needs to put pre-printed material in position on a printing table and then search for points of alignment and make manual adjustments before printing the next element. This is not only inefficient but also relatively inexact compared to the precise positioning capabilities of the newer generation electronically-controlled roll-to-roll systems. These systems have advanced algorithms in the software controls that can not only precisely register the material positioning but also can automatically compensate for screen stretch. The days of operators needing to look at every single print are a thing of the past. The quality advantage even enables these systems to handle the very high-precision requirements of security products, such as holographs. Here too, it means that far less skilled operators are able to run a job and that the throughput advantage is considerable.
The servomotors that drive the squeegee assembly are another hallmark of the newer generation of roll-to-roll presses. A servomotor drive is an automatic device that uses error-sensing feedback to improve performance. This electronic feedback on the squeegee positioning enables much greater precision in squeegee advance and thus the smaller gaps between first and second prints. Today�s systems can achieve a 1-mm gap between first and second prints. Earlier generation roll-to-roll flatbed systems used traditional motors to drive squeegees and could not achieve that standard.

High-tech inks and dryer controls
The recent proliferation of specialty inks is creating new capabilities for high-tech products such as printed circuits with precisely controlled electrical resistance characteristics. These new inks are also increasingly preferred for products that need to weather radiation and other environmental impacts. Handling these newer high-tech inks has called for the development of new technology, including electronically-controlled contact dryer technology that is able to very precisely maintain proper temperature and air flow, which affect ink reactions.
For those not familiar with contact drying technology, it consists of an adjustable heated vacuum plate and conveyor carrying the material being dried combined with adjustable hot air from the top. In this type system the wet ink dries from the substrate upward toward the print surface. Even for thick coated inks, drying times can be expected to be a fraction of that required in conventional heated oven systems. For example, a substrate that takes two hours to dry with traditional heated air methods now takes 30 seconds.
With certain high-tech inks, there is a particle in the ink makeup that requires a very controlled temperature and air flow to properly cure. The ink reaction is not simply a process of drying, but rather an unfolding of a chemical reaction that requires strictly controlled environments to proceed as designed. The contact dryers are controlled electronically and can be set for the precise drying requirements of particular solvents and high-tech inks. In fact, the better systems also have feedback mechanisms that automatically shut the dryer off if and when solvent concentrations become dangerously high and potentially explosive.

Other components
Modular design principles are now firmly established for the latest generation of roll-to-roll screen-printing systems. This makes them flexible for adding multiple print stations, drying systems, die cutters, laminators, slitting and sheeting systems, or other modules as needs arise. This has allowed many screen-printing shops equipped with this newer technology to move into new markets more easily, because equipment is more readily adapted to new job requirements.
Moving into new markets is what the latest technological improvements are all about. Whether it�s lightweight airplane cabin interior panels, RFID components, transfers for industrial textiles, printed luminescent faceplates, or intricate membrane-switch designs, the proliferation of modern uses for screen-printing technology continues. Many of the products made with the latest generation of web screen-printing systems simply did not exist a decade ago. Many of those who design and build screen printing equipment now devote considerable R&D resources to keeping pace with these changing market requirements.

Get business rolling
Roll-to-roll screen-printing systems are now the best fit technology for high-volume production of many screen-printed products for automotive and electronics industry applications, and especially those using the newer high tech inks. Since such products are likely to become a larger part of the specialty graphics market, now is a good time to pay attention to the developments in roll-to-roll technology and what it could mean for your company.

Reinhard Zimmermann
Reinhard Zimmermann is General Manager of Systec and a director of the Spartanics-Systec partnership, which manufactures Spartanics-Systec Fineprint Screen Printing Systems. He can be reached by e-mailing zimmermann@spartanics.com. More information about the Spartanics-Systec partnership is available at www.spartanics.com