Горячий инструмент

Греющий барабан

Для сублимационной печати требуется два устройства: принтер и каландровый термопресс. Многие продавцы-консультанты в предложении комплекта оборудования для печати по ткани делают упор на принтер. Мол, купите хороший принтер, он вам всё красиво напечатает. А каландр — по остаточному принципу, на деньги, что остались от принтера. Но это не совсем верно. Конечно, принтер имеет значение. Но если ваш каландр не обеспечивает корректный термоперенос изображения с бумаги на ткань, то на выходе вы все равно получите брак. И совершенно неважно, какой принтер вы использовали. В сублимационной печати каландровый термопресс имеет большое, зачастую решающее значение в том, какое качество отпечатанной ткани вы получите на выходе.

В интернете много статей, обзоров, интервью с достоверной (или не очень) информацией о конструкции струйных принтеров, об особенностях моделей того или иного производителя. Но материалов про каландровые термопрессы для сублимационной печати мало, некоторые из них содержат явные ляпы. С виду каландры очень похожи, но есть важные конструкторские отличия, различные подходы к решению одинаковых задач приводят к весьма разным результатам. Можно сделать хорошо, а можно дёшево.

Детально разобрать конструкцию каландрового термопресса в одной статье невозможно, информации слишком много. В этом выпуске мы расскажем о важнейшей детали каландра для сублимационной печати — греющем барабане.

Каландровый термопресс — это система параллельных валов, по которым двигается бесконечная закольцованная лента, её называют фетр. Очевидно, что для обеспечения корректного движения фетра валы должны иметь определённые свойства:

• строго параллельные оси вращения;
• нужной формы, не всегда цилиндрической;
• валы, отвечающие за натяжение и равнение фетра имеют подвижность;
• греющий барабан должен обеспечивать корректный процесс термопереноса изображения.

Главный вал каландрового термопресса — греющий барабан. Собственно, во многом от его конструкции и свойств зависит результат печати. Рабочая температура сублимационного процесса может варьироваться от 180 до 220 градусов, в зависимости от типа ткани и ее плотности. НО! Крайне важно, чтобы температура термопереноса была одинаковой во всех точках контакта и всё время контакта. При изменении температуры в зоне термопереноса всего на два градуса человек с хорошим зрением* видит разницу в цветопередаче. При уменьшении температуры барабана изображение становится бледнее, при повышении ярче. Ещё раз — если для корректного термопереноса технолог выставляет на панели управления каландра 205 градусов, то именно такая температура должна гарантированно поддерживаться на поверхности греющего барабана весь процесс. Почему это непросто? При контакте холодной (комнатной температуры) ткани с горячим барабаном поверхность барабана быстро остывает, причем неравномерно. На участках с плотным цветом (может быть до 270% красок) температура падает больше, чем на участках без изображения. Если греющий барабан не обладает необходимым запасом энергии (теплоёмкостью), падение температуры может достигать до 10 °C за первые 15–20 оборотов греющего барабана, что является грубейшим нарушением технологического процесса. Необходимая теплоёмкость — первое условие корректной конструкции греющего барабана.

Потерю тепла барабана в ходе работы необходимо компенсировать. Для этого внутри барабана установлен ТЭНа — тепловой нагревательный элемент (или несколько, в зависимости от конструкции). Мощность ТЭН должна быть достаточной для разогрева барабана и поддержания его температуры при работе в тяжёлых условиях. Например, печать плотной ткани на высоких скоростях или глубокий прокрас спортивного трикотажа. Если мощности ТЭНа недостаточно, каландр будет нагреваться до рабочей температуры продолжительное время и не сможет работать на высоких скоростях. Избыточная мощность электрических нагревателей тоже не рекомендована, так как это приводит к более высокому потреблению энергии, требуется проводка с большим сечением, более мощная электрическая часть. Это и дополнительная масса, и деньги. Арендодатель без труда найдёт 10 кВт для вашего оборудования, найдет и 20 кВт. А вот 40 кВт может и не предоставить. Тип электрического нагревателя имеет значение. ТЭН может быть погружён в масло, а может быть ИК-типа. Скорость нагрева барабана и эффективность будет весьма отличаться. При сравнении стоимости владения качественным европейским каландром с азиатским изделием избыточное потребление электроэнергии последним сводит к нулю разницу в первоначальной стоимости буквально за первые год-полтора работы термокаландра. Таким образом, правильная конструкция ТЭН, его расположение и мощность — второе условие корректной конструкции греющего барабана.

Виды конструкций греющего барабана.

Для обеспечения стабильной температуры поверхности греющего барабана в различных условиях он должен обладать достаточной теплоёмкостью (первое условие) и иметь ТЭН правильной конструкции и мощности (второе условие).

1. Безмасляный барабан

Металлический пустотелый барабан с толстыми стенками, нагревательный элемент ИК-типа внутри барабана

Схема барабана, две проекции Иллюстрации для статьи подготовил Максим Ефремов

Плюсы: очень дёшево и очень просто в изготовлении.

Минусы: пустотелый барабан не может обладать достаточной теплоемкостью. Для компенсации внутри барабана установлены достаточно мощные ТЭНы, которые греют стенки барабана изнутри за счёт ИК-излучения. При работе со штучными изделиями такой барабан может обеспечивать относительно стабильную температуру поверхности за счёт того, что холостой ход (работа без термопереноса) заметно превышает рабочий ход (полный контакт сублимационной бумаги и ткани). При продолжительной работе на высоких скоростях тепло от поверхности уходит быстрее, чем ИК-ТЭНы доставляют его к стенкам барабана. Необходимо снижать скорость и постоянно контролировать температуру. В ещё более дёшевых конструкциях производитель экономит на ТЭНах и собирает гирлянду из большого количества маленьких элементов, зачастую даже не в полную длину барабана. В этом случае на каландре есть несколько внешних датчиков температуры и даже раздельное включение разных частей ТЭНов. Встречается разновидность греющего барабана без масла с некоторым заполнением твёрдым теплоносителем, например графитом. Это несколько улучшает свойства, но не принципиально.

Такие каландры называют безмасляные или сухие, это распространённая конструкция азиатских термофиксаторов самого нижнего ценового диапазона.

2. Маслонаполненный барабан

A. — Металлический барабан, внутри полностью заполнен теплопроводной жидкостью (специальное масло), нагревательный элемент контактного типа.

Схема, вид сбоку

Барабан, заполненный маслом, обладает хорошей теплоёмкостью. ТЭН, расположенный на оси барабана, равномерно и быстро прогревает масло. При нагревании масло расширяется и поступает из барабана в расширительный бачок, при остывании уровень масла в бачке понижается. Во вращающийся барабан вставлена неподвижная трубка подачи масла, за герметичность соединения отвечает специальный сальник, который работает в жёстких условиях: высокая температура, давление масла и трение. Со временем сальник начинает подтекать и требует замены. Это достаточно сложная процедура, как правило, для корректного выполнения требуется обученный персонал. В расширительном бачке горячее масло контактирует с воздухом, окисляется (чернеет), приобретает неприятный запах горелого и теряет свои свойства. Такое масло требует замены, и в этом есть трудности. Необходимо утилизировать старое масло и купить новое, обе составляющие — затратные. Полный объём греющего барабана может достигать весьма значительных величин, при диаметре 40 см он составляет от 400 до 600 литров (в зависимости от производителя оборудования). Это неминуемо влечёт за собой драматическое увеличение веса барабана и, соответственно, всего каландрового термопресса за счет более массивной рамы, применение осей и подшипников большого диаметра. Большой объём масла требует установки мощных ТЭНов, иначе каландр будет разогреваться продолжительное время. Поэтому наиболее распространённый диаметр греющих барабанов такого типа составляет 350–400 мм. Конструкция встречается у производителей масляных каландровых термопрессов начального уровня.

B. — Для барабанов большего диаметра используют немного другую схему. Все точно так же, как в схеме A, но масло залито не полностью, а примерно на 3/5.

Схема барабана, вид сбоку

Важно отметить, что масло должно полностью покрывать ТЭН сверху не менее чем на 5-7 см, иначе масло может закипеть на поверхности ТЭНа**. Такая вариация имеет серьёзный недочёт, из схемы ниже понятно, что не менее 1/3 рабочего хода барабан не имеет контакта с маслом, соответственно, он остывает, температура понижается.

По этой причине каландры с барабаном с неполным заполнением маслом, как правило, имеют охват фетром 180 градусов. Но для более высокой производительности необходим охват больше, например 270 градусов. Но при таком охвате уже 2/3 рабочего хода барабан не контактирует с маслом.

Две схемы, с охватом 180 градусов и охватом 270 градусов

C. — Металлический барабан с двойными стенками, между которыми находится масло, имеет расширительный бачок. Нагревательные элементы контактного типа, расположены параллельно оси барабана, между стенками.

Схема, вид сбоку

Впервые такую конструкцию применил Klieverik, голландский производитель каландровых термопрессов. Конструкция имеет ряд преимуществ. ТЭНы расположены по периметру, вблизи рабочей поверхности барабана, небольшое, но достаточное количество масла обеспечивает качественную печать при невысоком потреблении электроэнергии. Из минусов — наличие вращающегося соединения между барабаном и подающей трубкой со временем требует замены сальника. Контакт масла с воздухом приводит к его окислению и требует замены. Периодичность замены масла зависит от интенсивности использования каландра. Большое количество ТЭНов увеличивает вероятность более частой их замены. Электрическое соединение всех нагревательных элементов доставляет немалые трудности электрику при замене сгоревшего ТЭНа. Провода (8–12 штук) проложены внутри полого вала, достаточно плотно. Большое сечение проводов и сложная коммутация требуют от сервисного инженера знаний и опыта.

В целом конструкция греющего барабана компании Klieverik — это грамотное инженерное решение. Успешно применяются как в барабанах небольшого диаметра, так и в высокопроизводительных каландрах с диаметром барабана 1500 мм.

D. — Металлический барабан, внутри полностью заполнен теплопроводной жидкостью (специальное масло), нагревательный элемент контактного типа, расположен на оси барабана.

Схема барабана, вид сбоку. Холодное масло

Горячее масло

Такую конструкцию барабана впервые придумала и запатентовала итальянская компания Monti Antonio. По технологии «Монти Антонио» масло заливают в барабан до определённого уровня, далее из верхней части откачивают воздух через специальный клапан. Это позволяет заливать масло один раз на заводе на весь срок службы каландра, масло не требует замены, так как оно не контактирует с воздухом. Так как нет расширительного бачка и подающей трубки, нет и вращающегося соединения с сальником. Это повышает надёжность и сокращает список элементов, требующих контроля и ремонта. Центральный ТЭН скручен из нескольких жил (от 9 до 12), каландр может работать при нескольких сгоревших жилах. В производительных каландрах устанавливается по 3 ТЭНа разной мощности, каждый состоит из 12 жил. Как правило, ТЭН в каландрах «Монти Антонио» работает не менее 25 лет.

При увеличении диаметра барабана в два раза его объём тоже увеличивается в два раза. Но для корректной работы большого барабана такой объём не нужен. Для компенсации ненужного объёма внутрь барабанов устанавливают пустотелые вставки. Пустотелые вставки формируют строго определённый, рассчитанный инженерами объём масла***. Лёгкий и полностью заполненный маслом барабан имеет те же преимущества, что и конструкция компании Klieverik, но лишена недостатков. Масло не контактирует с воздухом, нет подающей трубки, центральное расположение ТЭНа делает его замену простой, электрическое подключение из трёх проводов заметно проще, чем у конкурентов

Барабан каландра со столом

Барабан каландра с рулона на рулон

В зависимости от типа каландра (его предназначения) вставки имеют разную форму и формируют разный объём. Каландры со столом имеют, как правило, охват фетром в 180 градусов, соответственно, им требуется меньше масла, чем для каландров, работающих с рулона на рулон, где охват фетром может достигать 330 градусов.

3. Барабан с небольшим количеством масла

Наличие масла в греющем барабане каландра для качественного термопереноса является аксиомой уже не первый десяток лет. Наличие теплоёмкой жидкости внутри барабана ощутимо улучшает потребительские свойства. Но производить такие барабаны намного сложнее и дороже, чем безмасляные. Клиент готов платить больше, если в барабане каландра есть масло. Некоторые нечестные производители придумали «новое решение» — залить в барабан 10–15% от необходимого объёма масла и назвать каландр масляным.

На схемах показаны два наиболее распространённых в России варианта как бы масляных барабанов, но суть это не меняет. Это всё тот же безмасляный каландр с нагревательным элементом ИК-типа. Наверное, небольшое количество масла всё же лучше, чем его полное отсутствие, но сравнивать такую конструкцию с барабанами, описанными в части 2, нельзя.

* Мужчины и женщины видят по-разному. Дело в разном соотношении «колбочек» и «палочек», расположенных на глазном дне. Женщины видят оттенки цвета лучше мужчин, значение имеет и возраст: чем моложе, тем лучше восприятие цвета. Восприятие цвета можно тренировать, опытный колорист отличает до 200 оттенков одного цвета.

** Кипение масла внутри барабана — это аварийная ситуация, которая может привести к разрыву целостности корпуса барабана, разрушению каландра и тяжёлым травмам персонала обломками оборудования и горячим маслом.

Иллюстрации для статьи подготовил Максим Ефремов