CC BY
10
УДК 532 517:51?.632;655.334
АЛГОРИТМ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССА «ПЫ ЛЕН ИЯ» КРАСКИ НА ВЫ ХОДЕ ИЗ ЗОНЫ ПЕЧАТНОГО КОНТАКТА
Л. Г. Варепо1. О. В. Трапезникова1, А. В. Пашпкшг,В. И. Бобрст^, И. В. Нагориова^ : Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия ^Институт магг.лмагтаси имени С Л Спбтаяа СО РАН, ?. Очсг, Россия 'Московский политехнический университет, г. Омск, Россия
Аннотация - Результат дробления красочных нитей на множество мелких частиц и интенсивное разбрызгивание этих частиц в окружающее пространство под действием центробежных сил снижает качество печати. Создание новых концепций уменьшения уровня «пыления» в офсетной печати н его количественной оценки является акту альным.
В работе представлены результаты численного моделирования количественной оценки показателя «пыления» офсетной печатной краски на выходе из зоны печатного контакта при переносе ее на под-
ложки с различными характеристиками поверхности, проведенного с помощью конечно-разностнык методов. Предложен новый подход к решению проблемы снижения «пыленпя», отличительная особенность которого состоит в воздействии на краску в зоне контакта направляющего импульса различной мощности.
Для количественной оценки печатной краски, перешедшей в красочные тяжи и участвующей в образовании «красочного пыленпя», используются приемы численного моделирования процесса с помощью конйчно-раячослныт методов решения Пред ста плена наглядная визуализация результатов зтпгп решения на основе графического моделирования. Практическая реализация метода способствует повышению качества конечного продукта печати, позволяет прогнозировать количественную оценку показателя «пыленпя» непосредственно в процессе подготовки заказа к печати п оптимизировать подбор компонентов печатной системы.
Ключевые слое а: численное п графическое моделирование, «пыление» печатной краски,зона печатного контакта.
I. Введение
Пыленне - это результат дробления красочных нитей на множество мелких частиц и интенсивного разбрызгивания этих частиц в окружающее пространство под действием центробежных сил. Отрицательные стороны этого явления - снижение качества печати, повышенные риски экологической безопасности.
Поиск решений управлением дотсков вязкой жидкости по отношению к вращающимся цилиндрам Г1. 21 не утратил своей актуальности и в настсящее время. Наряду с ранее известными методами борьбы с «пыленнемх: 1 руина электрофизических, мешдов и 1руина лешдов. осни ванные на применении различные химических добавок. предлагаются в последние годы новые подходы [3. 4]. Суть этих решений заключается в следующем Для количественного анализа используется изображение, поденное с помощью, так называемой. ловушки для «пыли», з качестве которой служит лист бумаги, установленной вокруг Еерхней образующей роля. Изображение сканировалось и ана.шзировачосв измерением распределения капель красочной пыли н обшей площадью, с помощью специальнсго программного обеспечения по окончании эксперимента.
Снижение пыленЕЯ краски достигается «разрезанием» ниш до ее формирования Бведеннем провочоки или кттннкл я зазор между ролами паралтелкно н\т Результаты по.луленкые авторами [Я 4] локязали. что клинок уменьшает уровень пыленпя в среднем на 92% и солее эффективен при больших скоростях.
Проволока, напротив, действует лучше при низких скоростях, при более высоких скоростях вибрация проволоки вызывает увеличение сил. таким образом, она не может сыть установлена близко к точке разрыва при высоких скоростях печати.
Несмотря на положительный результат этих направлений снижения «пылення», следует отметить следующее: сложность определения пыле пня. вппду того что увеличение скорости или остановка вибрации распоеде ляющего вала оказывают существенное влияние на показатель пылення. Изображение, полученное с помощью ловушки, зависит от точности ее установки и фиксирования, формы, размера и т.д.
Анализ псрноднчсскон литературы по данному вопросу позволил выявить, что в настоящее время созданнг новых концепции уменьшения уровня «пылення» в офсетной печати н его количественной оценки является актуальным и составляет цель настоящего исследования.
II Постановка задачи
На основании проведенного анализа работ [1-4] выявлено, что введение дополнительных приспособлений н устройстз в зон)- печатного контакта имеет ограничения взиду:
- усложнения конструкции и. каЕ следствие, удорожания печатного оборудования:
- прямой зависимости изображения, полученного с помощью лоЕушки. от точности ее установки и фиксирования. формы, размера и т.д.
Направление разработки новых подходов е решению проблемы снижения пылення краски и количественной сценки этого показателя ввиду высокой сложности ее определения в настоящее время представляет как научный. так н практический интерес н составляет цель настоящего исследования.
Ш. Теория
В прехчагаемом техническом решении с помощью методов математического моделирования и математической статистики з контролируемой зоне переноса печатной краски при пелучешш печатного изображения спо собой офсетной печати определяют область с отдельными красочными тяжами, имеющую наибольшую вероятность пылЕмосга, б контролируемой зоне печатного изображения определяют область контрольного участка, имеющей наибольшую вероятность.
Для ко. шчео венной оценки цечатний кратки, кергшедшел в красочны с шли и участвующей в образовании «кра:очнсго пкленнт», используются приемы численного и графического моделирования процесса [5-7] с помощью конечно-разностных методов решения.
Для расчета течении жидкости между цилиндрами использовали формулу [7]:
г- г ч ciri
^нУ-^-нгУу
Е Лп (
где Аг - величина деформации границы на какон-то момент Еременн tx. H - начальная толщина деформируемого слоя р - плотность жидкости, Е - модуль Юнга резины или лодлежки. Р0 - Енешнее атмосферное дазление. Pi - давление на поверхности деформируемого материала.
Показатель лылнмостн печагной краски определяли с помощью разработанного алгоритма чнелеяноге моделирования как разность между показателями: общим количеством печатной краски, перешедшей с краскопе-редаюшей поверхности на запечатываемый материал и оставшейся на краскопередаюшен поверхности после процесса переноса н расщепления печатной краски в зоне печатного контакта. На Еыходе из зоны печатного ктя-пктя vfiHTpi:mpcкати уменьшение чылення ггущргпитярмое чутем поперечного разрозни? тяж?й краггн тешпвъш втдейгпшем ннфракрягнего ля^ерно-о лучя
IV. Результаты экспериментов В данной постановке численное н графическое моделирование процесса переноса печатной краски между кснтакшруемьв.ш поверхностями контроль показател? ->пь^ченне» производился до определенного значения Бремени tna стадиях печапюго контакта и выхода аз зоны печатного контакта.
Исходные данные к моделирогшппо: диаметры цплшщров печатного аппарата (офсешого и печатного) R,— R; - 0,30 м, Р — Рггт - 10sII/m7- давление окружающей среды;кинсматнчссг.ая вязкоегь v - 0,012 м*/с,плотность р - 1С3 кг/у?, коэффициент поверхностного натяжения жидкости сп - 0,03 1Гм.
Численные решения на, сетке 80x50 приведены при угловой скорости равной 10 рад е для разных моментов времени. Зкспернмент проводали с подложками с показателями шерохозатости поверхности Ка - 0.3 ± 0.02 (подтожка 1) и2.8 ± 0.3 (подложка 2) соответственно. Моделирование проводили с учетом деформации контактирующих поверхностей. Модули упругости резины - Ei=2,91C7 Н/м2 иподложкн - Е2=4,8 1С" Н/м2. Мощность направляемого нмпульса е зону контакта варьировали от 0 до 7.0 Вт
Результаты численного моделирования для оценки пылення представлены на рис. 1.
Мощность направляемого импульса в зону контакта, Вт
Рнс.1. Результаты чнеленнэге моделирования влияния мощности лазерного нзтучення на пскаэатсль «нылскнс'>: Щ -шероховатость подчожкн0.3± 0.02; Q - шсроховатссть подложки 2.BJ. 0.3.
Результаты графического моделирования контроля иыления представлены на рис. 2 (1 - классическая офсетная печать. 2-е введением дополнительного импульса в зону печатного контакта для временного периода Т = 0.38x10"" с) для подложки 1. Показан перенос печатной краски на подложку в зоне печатного контакта (непосредственно момент формирования иентроврасщепления краски).
+0.000080 1
+О0ООООО
-о.ошеез—
+0.000072
->
+0.000088 X
V
+0.000000
v
-0.00000 1
-0-000003 +0.000072
+0.000088 X
+0.000080
2
Рис. 2. Результаты графической визуализации
На рис. 3 показан процесс полного расщепления красочного слоя при переносе на подложку 1 (1 -без воздействия дополнительной: импульса. 2 -при воздействии дополнительного импульса).
V
-о.с
юоооо
0.000001
-0.000003
0.000072
0.000080
+0.000088 х
2
Рис. 3. Результаты графической визуализации
Наличие положительного эффекта от практической реализации разработанного метода снижения «пыления» краски наглядно демонстрируется на рис 3 (позиция 2). Видно, что количество краски, перешедшей в «пиление», представленное на рисунке виде отдельных графических пикселей существенно уменьшается.
v. Обсуждение результатов
Анализ результатов показал, что сила дополнительного импульса, при которой наступает эффект снижения пыления печатной краски при ее расщеплении на выходе нз зоны печатного контакта, зависит от характеристик мнкрогеометрин красковоспрннимающей поверхности.
Для подлсжки с невысокой шероховатостью н малэй пористостью практически деление красочного слоя происходит между красконесущей и красковоспрнннмаюшен поверхностями (в поры структуры проникает очень малая доля краски от общего объема). Увеличение шероховатости поверхности и пористости подложки
способствует увеличению пиления. Количество краски, перешедшей в пыленне для подложки 2 значительно выше, чем дтя подложки 1. что можно объяснил, композиционным составом исследуемых образцов.
Установлено, что с учетом воздействия на краску в зоне контакта направляющего импульса количество краски, перешедшей в «пыленне», с возрастанием мощности импульса на расчетную ячейку до 1,50 Вт снижается в 2,4 раза (от 1,55 до 0. 64 %). процесс расщепления краски по времени происходит быстрее (рнс.1). Прн дальнейшем увеличении силы импульса, напротив, наблюдается увеличение данного показателя, что. вероятно, вызвано увеличением кавитации
Следует отметить, что количество краски на офсетном цилиндре после расщепления при введении дополнительного импульса в зону контакта несколько возрастает с увеличением силы импульса ввиду снижения «пыле-
VL Выводы и заключение
Практическую значимость данного подхода на основании выбранного критерия для заданных компонентов печатной системы составляет следующее. Предложенное решение позволяет контролировать и прогнозировать количественную оценку показателя «пылення» непосредственно в процессе подготовки заказа к печати и оптимизировать подбор компонентов печатной системы, также уменьшает трудоемкость ввиду использования технических средств обработки информации.
Кроме этого, реализации данного подхода позволяет контролировать втияние показателей структуры и поверхности на изменения в слое краски на различных стадиях процесса в зоне печатного контакта: способствует увеличению экологической составляющей печатного аппарата печатной машины: повышает качество итогового продукта процесса многокрасочной передачи изображения на подложку.
список литературы
1. Ou Y.-KDecision and Control relative to a rotating cylinder И Decision and Control. EEEE Conference Publications. 1332. Vol.4. P. 3339-3404. DOI: 10.1109/ CDC. 1992.371224.
2. Jievue Yu, Pengxiang Wei. Simulation the axial oil distribution of offset printing // Electrical and Control Engineering (ICECE), IEEE Conference Publication*. 2011.P. 4968^9 7 l.DOLl 0.1109/ICECENG. 2011.6057508.
3. Vlachopoulos G., Claypole T.; Bould D. Ink niist formation in roller trains H IARIGAI 2010 proceedings: Advances in printing and media technology Montreal, Canada. 2010. Vol. 37. P. 227-234.
4. Claypole J.. Williams P.R., Deganello D. Control of breakup of ink filaments in offset printing // IARIGAI2012 proceedings: Advances in printing and media technology. Ljubljana. Slovenia. 2012. Vol. 39. P. 207-211.
5. Panichkin A.V.. Varepo L..G. The simulation of the viscous fluid splitting at the outlet of the engagement zone between cylinder surfaces and substrate. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. (Dynamics). 2014. 7005683.-P. \-A
6. Varepo L.G.. Paniclikin A.V. The Numerical Calculation of a viscous Incompressible Fluid transfer onto Poros Surface between Rotating Cylinders // International Multidisciplinary Microscopy Congress. Springer Proceedings in Physics. 2014 Vol 154. P.73-83.
7. Varepo L. G.. Panichkin A.V.. Trapeznikova O V. The numerical calculation of the viscous incompressible fluid nansfer between contacting surfaces Н ГОР Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol.124. P.l-6.
