Развитие трафаретной печати по текстилю (часть 1)

Тем не менее заказы на уникальные принты составляли заметную долю в общем объёме печати по ткани. Блочная печать не успевала за возрастающими требованиями к увеличению цветности и точности совмещения.

Ткань, отпечатанная способом блочной печати, конец XIX века

Это способствовало активному развитию трафаретной печати по текстилю. Перенос краски трафаретным способом на разные поверхности известен очень давно и использовался для нанесения простых узоров, а впоследствии — и сложных многоцветных принтов. Впервые печать по ткани методом продавливания краски через отверстия в шаблоне (трафарете), обычно сделанном из шёлка, появилась в Китае. В Европе началом успешного применения трафаретной печати считают 1850 г., когда в Лионе впервые использовали шёлковую ткань с низкой плотностью нитей в качестве основы трафарета. Разрежённая шёлковая ткань (марля) в качестве сетки быстро получила распространение среди европейских печатников того времени, а печать стали называть шёлкотрафаретной или просто трафаретной (по-английски — silk screen или просто screen printing).

Печать по ткани трафаретным способом не требует специальных условий и может проходить буквально на улице. Фотография из газеты, конец 1920-х годов

Работа на ручном станке, фото, середина 1960-х годов

Трафаретная печать стала востребована среди художников и дизайнеров мира моды того периода. Активный рост ручной трафаретной печати пришёлся на период с 1925–1940 и 1946–1955 гг. Он был обусловлен ростом общего спроса на ткани с рисунком и особенно на малотиражную продукцию. Для восстановления разрушенных производств, в том числе и текстильных, в Европе после Первой и Второй мировых войн требовались значительные ресурсы. Строительство фабрики для печати гравировальными валами по ткани занимает несколько лет и требует существенных инвестиций. А открыть цех печати на ручных трафаретных станках можно за пару месяцев за весьма скромные деньги.

Цех ручной трафаретной печати, 1970-е годы

Перечислим основные преимущества ручной трафаретной печати:

• Сетчатые шаблоны на плоских рамах изготовить намного проще и дешевле, чем гравировальные валы.
• Трафаретная печать не требует сложного дорогостоящего оборудования.
• Краска для печати трафаретным способом более густая, что обеспечивает лучшую укрывистость.
• Плоский трафаретный шаблон может иметь значительные геометрические размеры, вплоть до нескольких метров, что позволяет печатать куски ткани с крупным не повторяющимся дизайном.
• Высокое качество сплошных заливок (плашек).
• Возможность печати по трикотажным (вязаным) материалам.

Минусы следуют из плюсов:

• Ручной труд на большинстве этапов приводит к ошибкам как в изготовлении сетчатых шаблонов, так и непосредственно при печати.
• Для печати многоцветных изображений необходимо изготовить соответствующее количество шаблонов — возникают трудности в приладке и совмещении.
• Прямая зависимость качества печати от квалификации печатника.
• Низкая производительность.
• Весьма сложно получить полутоновые и растровые отпечатки.

После Второй мировой войны тренд на увеличение производительности за счёт внедрения автоматизации был основным во всех областях промышленности, и текстильная отрасль не стала исключением. Появились первые плоскопечатные автоматические машины.

4 — транспортная лента (кирза) с нанесённым термоклеем; 5 — привод транспортной ленты; 6 — модуль мойки транспортной ленты от пыли и остатков краски

Важное нововведение — использование в качестве печатного стола движущейся кирзовой ленты. Это закольцованное полотно, на котором располагалась и подавалась ткань в зону печати. Принцип действия был аналогичным, как и у ручных станков. Печатные секции (в необходимом количестве в соответствии с красочностью будущего отпечатка) устанавливались над полотном и состояли из подвижных рам с натянутой сеткой. Рамы опускались на ткань, электромоторы двигали установленные над сеткой ракели, которые продавливали густую краску через отверстия сетчатого шаблона. Далее рамы автоматически поднимались, кирзовая лента протягивала ткань до следующей рамы. Процесс печати повторялся. Если дизайн состоял из 3 цветов, то печатных секций (рам) требовалось 3 штуки, для 6 цветов требовалось и 6 секций. К 1950 г. такие машины успешно производили Stork (Голландия), Zimmer (Австрия) и Buser (Швейцария). Практически сразу для фиксации ткани на кирзовой ленте стали применять клей, который удерживал изделие при печати.

Автоматические трафаретные машины получили быстрое распространение по всему миру. Многие фабрики устанавливали несколько печатных машин подряд

Эти не были машины непрерывного действия, ритмичный запуск и остановка ленты не позволяли достичь даже средних скоростей печати. Конструкторы многих компаний искали способ объединить простоту работы плоскопечатных трафаретных машин со скоростью и стабильностью ротационных машин с гравированными валами.

Печатная машина Хоффмана

В то время, когда европейская текстильная промышленность поднималась из послевоенной разрухи, в США не было предпосылок к созданию принципиально нового типа текстильных печатных машин. Первую печатную ротационную машину изобрёл молодой талантливый инженер в США фактически случайно.

В 1945 г. Вильям Хоффман демобилизовался из армии США и поступил в Текстильный институт в Филадельфии. Для получения инженерной степени Хоффман должен был подготовить материалы для защиты диссертации, но с выбором темы возникли трудности. Работая на соседней текстильной фабрике, Хофман видел работу традиционных печатных машин с гравированными валами и плоскопечатных трафаретных станков. Его восхитила высокая скорость ротации и простота изготовления сетчатых шаблонов, и он задумался о конструкции, которая могла бы объединить обе технологии. С 1946 по 1947 гг. Хофман работал на фабрике, учился в институте и продолжал разработку новой печатной машины. Первая часть его работы была закончена весной 1947 г. Хоффман предложил обернуть металлическую сетку от плоского шаблона вокруг двух деревянных дисков, расположенных по краям. Края сетки запаивали и получали цилиндр. Диски на подшипниках вращались на перфорированной трубе, через которую внутрь конструкции подавалась густая краска. Для печати и проводки материала под каждым барабаном с сетчатым шаблоном был установлен вращающийся барабан, выполняющий роль печатного стола. В июне 1948 г. прототип был построен, он позволял непрерывно печатать на ткани в три цвета.

Схема печатной машины Хоффмана. 1 — цилиндрический барабан, сделанный из плоской сетки; 2 — опорные валы, выполняющие функцию печатного стола; 3 — ёмкости с краской; 4 — подача материала для печати

Именно эта конструкция была описана в его диссертации. К сожалению, никаких дальнейших работ по развитию прототипа и запуска машины в серийное производство Вильям Хоффман не проводил. Для него это была весьма интересная, но всего лишь дипломная работа. Впоследствии оригинал диссертации Хоффмана был украден из библиотеки института. Этот факт вызвал некоторые кривотолки об авторстве более поздних разработок машин подобной конструкции.

Печатная машина «Альжава»

Первой коммерческой реализацией машины с вращающимися сетчатыми барабанами считается печатная машина Aljaba, которую представил португальский изобретатель Джеми де Баррос. Конструкция машины основана на его же патенте 1954 г. Коммерческие машины на основе этого патента и более ранних работ продавались в Германии и Англии, но не получили распространения. Конструктивно сетчатые барабаны установлены вокруг большого центрального цилиндра, как это сделано в ротационных машинах на гравированных валах.

Схема печатной машины «Альжава»: 1 — печатный цилиндр; 2 — цилиндрические сетчатые шаблоны, сделаны методом спайки плоской сетки; 3 — ракель круглого типа; 4 — выход отпечатанной ткани; 5 — подача белой ткани; 6 — привод подложки

Для изготовления сетчатого барабана использовали спаянную в цилиндр сетку. Это было очень простое и дешёвое решение, но место пайки имело шов и дополнительную толщину на образующей цилиндра. Шов вносил существенные ограничения — была возможна только печать небольших элементов, которые не должны попадать на место пайки. Соответственно, напечатать равномерную сплошную плашку на машине «Альжава» в принципе невозможно.

Предпосылки появления ротационных трафаретных машин

К середине 1950-х гг. стало очевидно, что традиционная печать на гравированных медных валах не удовлетворяет растущий спрос на короткие тиражи, спрос на которые неуклонно рос вместе с покупательской способностью населения. Последствия Второй мировой войны уходили в прошлое, люди хотели нового, модного, малотиражного. Ротационная машина с гравированными валами мало подходила для таких задач. Основные препятствия — высокая стоимость изготовления гравированных валов и длительное время на их изготовление. На конечную себестоимость существенное влияние оказывал простой машины от 7 до 9 часов для смены нескольких тяжёлых валов. Переход к новому короткому дизайну оказался слишком дорогостоящим (фактически невозможным) для развивающихся рынков того времени — печатная машина больше времени находилась в состоянии приладки, чем печатала.

Цех ручной трафаретной печати

Всё больше ткани печаталось на ручных и автоматических плоских трафаретных машинах. Продажи этого типа оборудования неуклонно росли. Идея создания трафаретной ротационной машины буквально витала в воздухе и обещала громадные прибыли за счёт высокой скорости печати и низкой себестоимости изготовления сетчатых шаблонов.

Печатные машины Питера Циммера

Автоматизация плоскопечатных трафаретных машин стала особенно актуальной в начале 50-х, когда такие фирмы, как Bayer и Hoechst, разработали трафаретные краски для печати «мокрым по мокрому». Ряд компаний работали над автоматизацией подачи краски на плоские шаблоны с помощью системы трубопроводов и насосов, другие преуспели в разработке конструкции движения ракеля с помощью электродвигателей, третьи занимались синхронизацией автоматического перемещения материала с помощью движущейся ленты и автоматическим поднятием трафаретной рамы над материалом в момент продвижения транспортной ленты.

Плоскопечатная трафаретная машина Zimmer была разработана в конце 1950-х годов и после ряда модернизаций остаётся в продуктовой линейке до сих пор

Zimmer одной из первых установила кирзовый ремень на плоскопечатную трафаретную машину и автоматизировала подъём рам. В это же время к аналогичному техническому решению пришли другие производители оборудования, такие как Buser, Stork, Reggiani. В начале 1951 г. Питер Циммер руководил проектом модификации двухкрасочной печатной машины. Во время инсталляции у его голландского клиента Питер разговаривал с Риберрсом, колористом компании, о принципиальной возможности непрерывной трафаретной печати. Можно ли использовать полый цилиндр вместо плоской трафаретной рамы или спаянной сетки? Рибберс знал компанию, которая производила цилиндрический никелевый корпус бензинового фильтра — это была VECO. В конце 1951 г. Питер посетил её. Они действительно производили такой корпус — 50 см в длину и 45 см в диаметре.

Пример фильтра, корпус которого был использован для прообраза печатной машины

Сетчатая поверхность корпуса

Длина цилиндра была явно мала для использования в печатных машинах, а руководство VECO не видело целесообразности в изготовлении цилиндров большей длины без гарантий сбыта. Питер привёз образец фильтра на завод Zimmer в г. Куфштайн, нанёс рисунок несмываемой краской на сетчатый корпус, чтобы закрыть некоторые из отверстий, поместил круглый стержень (ракель) и печатную пасту внутрь цилиндра. Питер руками прокатал цилиндр с краской по ткани и распечатал дизайн. Результат превзошел ожидания, но требовалась дальнейшая проработка этого решения — до промышленного внедрения было очень далеко. В тот момент бизнес Zimmer по производству плоскопечатных трафаретных машин процветал, поэтому идея использовать сетчатые барабаны для печати по ткани была отложена.

Спустя несколько лет Питер Циммер посетил компанию «Бауэндаль», занимающуюся производством шарфов в г. Вирсен (Германия). Питер случайно упомянул о положительном опыте печати c использованием сетчатого корпуса фильтра VECO, но Бауэндаль оценил преимущество нового типа ротационной печати и заказал разработку машины. Прототип, состоящий из двух сетчатых барабанов, вращающихся над плоским столом с кирзовой лентой, был доставлен на фабрику в 1955 г. Это было первое коммерческое применение ротационной трафаретной печати.

Схема первой машины Питера Циммера: 1 — сетчатый барабан, закреплён на подшипниках на трубчатой оси, внутри которой подаётся краска в барабан; 2 — опорные ролики, расположены под каждым сетчатым барабаном, выполняют роль печатного стола; 3 — ёмкости с краской; 4 — привод транспортного ремня; 5 — ролики натяжения ремня

Одной из главных проблем было изготовление бесшовного сетчатого шаблона. На помощь пришли технологии ВПК Бундесвера. Первые цилиндры изготавливались на заводе Mannesmann — производителя артиллерийских стволов. В гальваническую ванну с солями никеля погружали полый цилиндр, внутрь которого помещали анод.

Схема гальванической ванны Mannesmann: 1 — корпус гальванической ванны; 2 — соли никеля; 3 — цилиндр для осаждения солей никеля; 4 — анод

Когда процесс гальванизации был завершён, цилиндр, содержащий тонкую (0,1 мм) никелевую гильзу, вынимали из ванны, а гильзу отделяли от цилиндра. Травление, аналогичное травлению медных валов, позволяло перенести рисунок на никелевую гильзу. Первые коммерческие никелевые цилиндрические шаблоны были изготовлены на заводе Zimmer в Куфштайне в 1957 г.

Контракт на первую промышленную ротационную трафаретную машину был подписан в 1959 г. Шестицветная машина RSDM (ротационная трафаретная печатная машина) рабочей шириной 130 см была поставлена на фабрику «Ван Влиссинг» в Голландии в 1960 г. По мере накопления опыта использования трафаретной ротационной технологии Zimmer встала перед выбором — когда объявить о технологическом прорыве? В руководстве возникли разногласия. Младший брат Йоханнес Циммер отвечал за финансы и хотел сконцентрировать все усилия на производстве и сбыте весьма успешных и стабильно прибыльных плоскотрафаретных машин, в то время как старший брат Питер Циммер отвечал за техническую часть и новые разработки, и он верил в перспективность роторной трафаретной печати. В итоге мнение Йоханнеса возобладало и на выставку ITMA 1963 в Ганновер компания Zimmer повезла известную и хорошо продаваемую плоскопечатную трафаретную машину. Для особых клиентов подготовили фотографии ротационной машины, установленной в Голландии. В тот момент Zimmer не имела информации о разработках Stork в области трафаретной ротации, решение привезти фотографии вместо действующей ротационной машины оказалось фатальным…

Об авторе: Юрий Ефремов (y.efremov@t-textile.com) — директор технического бюро в области цифровой печати по тканям «Текстиль и Технологии».

Иллюстрации для статьи подготовил Максим Ефремов