Basics: Tiefdruck

 
 

Linkes Bild Druckwerksebene: Farbwanne, Zylinder, durchlaufende Papierbahn.

Rechtes Bild Draufsicht: Näpfchen eines elektromechanisch gravieren Zylinders


Prinzip:
Beim Tiefdruck liegt die druckende Zeichnung minimal vertieft in der Druckform. Das Papier nimmt die Druckfarbe aus den Vertiefungen. Beim industriellen Tiefdruck wird die zu druckende Zeichnung in Form kleiner Näpfchen in das Metall geätzt, graviert oder gelasert. Die Näpfchentiefe beträgt an sehr hellen Bildstellen je nach Verfahren und Rasterweite 2-7 µm, an den dunklen Stellen etwa 28-45 µm.

Die Hell - Dunkelwirkung, die Tonwerte des Bildes, entstehen durch unterschiedlich tiefe bzw. große Näpfchen. Die zwischen den Näpfchen stehenden Stege haben wichtige Funktionen: so halten sie die Farbe in den Näpfchen und außerdem geben sie der Rakel die notwendige Führung beim Reinigen der bildfreien Stellen.


  1. Beim handwerklichen Druck wird die Zeichnung in eine Metallplatte eingeritzt oder eingeätzt (Kupferstich, Radierung).


Drei Arbeitsphasen sind zum Drucken notwendig: Einfärben, Reinigen der bildfreien Stellen, Drucken.

Einfärben: Bei dieser Arbeitsphase nehmen sowohl die Bildstellen als auch die bildfreien Stellen Farbe an. Die Druckform ist somit überall eingefärbt. Damit nicht die ganze Druckform, sondern nur die vertiefte Zeichnung druckt, müssen die bildfreien Stellen von Druckfarbe gesäubert werden. Dies geschieht beim handwerklichen Druck durch Abwischen der Farbe von der Plattenoberfläche mit einem Lappen. Beim Maschinendruck besorgt dies die Rakel. Damit dies funktioniert, muß die Farbe für den handwerklichen Druck sehr kompakt und fest sein, für den Rakeltiefdruck dagegen sehr dünnflüssig.

Der Bedruckstoff wird mit großer Kraft von einem Gegendruckzylinder, Presseur genannt, auf die Druckform gepreßt.  

Dabei nimmt das Papier die Farbe aus den Vertiefungen. Beim industriellen Tiefdruck sollte es glatt und saugfähig sein, damit es mit der in den Näpfchen liegenden Druckfarbe in Kontakt kommt und sie aufsaugt. Der Presseur hat einen Überzug aus Hartgummi, damit die notwendige Elastizität gewährleistet ist. Moderne Druckmaschinen haben grundsätzlich elektrostatische Druckhilfen, die einen glatten Ausdruck ohne “missing dots” gewährleisten. 

Da die Näpfchen unterschiedlich tief sind, ist die in der Druckform verbleibende Farbschicht ebenfalls unterschiedlich, und es wird ein mehr oder weniger dicker Farbauftrag vom Papier übernommen. Im Tiefdruck ist es demnach als einzigem Druckverfahren möglich, innerhalb einer Druckform verschieden dicke Farbschichten zu drucken und so verschieden helle oder dunkle Tonwerte zu erzeugen.














                Prinzip Tiefdruck                                                    Erkennungsmerkmal


Daher werden im Tiefdruck überwiegend Produkte mit hohen Auflagen gedruckt, wie dies bei den auf dem Markt befindlichen Illustrierten erkennbar ist. Die Druckformherstellung ist im Gegensatz zu den anderen klassischen Druckverfahren (Hochdruck / Offsetdruck / Siebdruck) sehr aufwendig und muß durch die Druckkosten kompensiert werden.

Damit sich das relativ weiche Kupfer durch die Stahlrakel nicht zu schnell abnutzt, wird die fertige Druckform verchromt, da das harte Chrom von der Rakel und dem Druckvorgang weniger schnell abgenutzt wird. Mit verchromten Zylindern lassen sich Millionenauflagen drucken.

Charakteristisch für den modernen Tiefdruck sind dünnflüssige Druckfarbe auf Toluolbasis und die Rakel, die die überflüssige Druckfarbe von der Oberfläche der Druckform abstreift. Der industrielle Tiefdruck heißt deshalb auch Rakeltiefdruck. Als Druckform dienen Stahlzylinder mit einer ca.1 mm starken Grundkupferschicht, auf die je nach Formherstellungsverfahren entweder eine (Kupfer-) Ballardhaut oder eine mehr oder weniger dünne bzw.dicke Kupferschicht aufgekupfert wird (s. Ballardhaut-, Dickschicht-, Dünnschichtverfahren).


Anwendungsbereiche
Druckerzeugnisse des Tiefdrucks sind in erster Linie Zeitschriften. Kataloge, Prospekte in großen Auflagen. Aber auch im Verpackungsbereich spielt der Tiefdruck eine bedeutende Rolle, für Faltschachteln, auch für Kunststoff- und Metallfolienverpackungen. Da letztere Materialien nicht saugfähig sind, wird die Farbübertragung auf den Bedruckstoff, wie auch im Illustrationstiefdruck, mit elektrostatischer Aufladung unterstützt.


Erkennungsmerkmale
Alle druckenden Stellen, also auch die Schrift, müssen im Tiefdruck in Näpfchen aufgeteilt, also gerastert werden. Die am Rande gezahnten Buchstaben sind ein deutliches Erkennungsmerkmal. Dazu kommt, daß der Bedruckstoff (Papier, Folie) immer eine sehr glatte Oberfläche aufweisen muß. Das Tiefdruckpapier fühlt sich weich und lappig an.


Je nachdem, welche Druckform verwendet wird, ist zu unterscheiden nach konventioneller Ätzung (Näpfchen sind gleich groß aber verschieden tief) und gravierter oder gelaserter Druckform (Näpfchen sind unterschiedlich groß und unterschiedlich tief). Manchmal drucken die Näpfchen nicht ganz aus, so daß auch hier Unterschiede zu Hoch- oder Offsetdruck erkennbar sind. Diesem Mißstand wird im modernen Illustrationstiefdruck mit elektrostatischen Ausdruckhilfen entgegengewirkt.

Der Rakeltiefdruck / Formherstellungsverfahren



























Dünnschichtverfahren
Hier wird durch das Aufgalvanisieren einer Kupferschicht auf das Grundkupfer von ca. 60 - 80µm eine innige Verbindung mit dem Grundkupfer hergestellt.In diese Schicht wird graviert. Nach Druckende wird der Zylinder entchromt und die Gravur mittels Zylinderbearbeitungsmaschinen (DuoStar / PolishMaster / Surfacepilot) abgeschliffen, abgefräst oder abgedreht.

Vorteile: Permanent exakte Zylindergeometrie - in sehr kurzer Zeit steht ein gravierfertiger Zylinder zur Verfügung - geringer Materialverbrauch, abgespantes Kupfer wird zurückgegeben und gutgeschrieben - Vollautomatisierbar.

Nachteile: Zylinder müssen jedesmal entchromt werden - je nach Standort mehr Zylindertransporte gegenüber Dickschicht - Anzahl der benötigten Anlagen höher als beim Ballardhautverfahren, daher höhere Investitionskosten.


Dickschichtverfahren
Das Dickschichtverfahren entspricht prinzipiell dem Dünnschichtverfahren. Lediglich die aufgekupferte Schicht ist ca. 300-400 µm stark, so daß 3 bis 4 mal der Zylinder abgedreht oder abgefräsat werden kann. Man erhält also gravurfertige Zylinder in der Plus - Null - und Minusebene. Das Gravurbild auf der untersten (Minus) Ebene wird nicht mehr abgedreht oder -gefräst, sondern es wird in die bestehende Gravur aufgekupfert.

Vorteile: Permanent exakte Zylindergeometrie - in sehr kurzer Zeit steht ein gravierfertiger Zylinder zur Verfügung - geringer Materialverbrauch, abgespantes Kupfer wird zurückgegeben und gutgeschrieben - in der untersten Ebene muß die Gravur nicht abgedreht oder gefräst werden, sondern es kann direkt in das Gravurbild aufgekupfert werden.- Je nach Standort geringerer Zylindertransport durch 3faches aufkupfern - Vollautomatisierbar.

Nachteile: Zylinder müssen entchromt werden - Längere (3-4fache) Aufkupferungszeit - Anzahl der benötigten Anlagen höher als beim Ballardhautverfahren, daher höhere Investitionskosten.


Ballardhautverfahren
Auf das sogenannte Grundkupfer wird eine etwa 0,1 mm dicke Kupferhaut aufgalvanisiert, in die das Druckbild früher eingeätzt, heute meist eingraviert wird. Diese Kupferhaut, nach dem Erfinder auch Ballardhaut genannt, wird nach dem Auflagendruck wieder vom Zylinder abgezogen, um diesen neu aufzukupfern und somit wieder verwenden zu können. Damit dieses Abreißen gelingt, muß zwischen dem Grundkupfer und der Ballardhaut eine dünne Trennschicht aus Silber (Oxidation) aufgebracht sein.


Laser / Zinkverfahren
Vorbemerkung: An die galvanische Beschichtung der Formzylinder für die Lasergravur werden spezielle Anforderungen gestellt, z.B. sollte es bei den lasergravierten Näpfchen keinen Aufbau durch geschmolzenes Zink geben. Das Zinkmetall muß explosionsartig verdampfen.

Zur Verbesserung der Zinkabscheidung und –qualität werden dem Elektrolyten Additive zugesetzt. Dies sind insbesondere Zusätze die den Glanz, die Härte, die Abscheidestruktur (Korngröße), und den Alkaligehalt des Elektrolyten beeinflussen.

Beim Laser / Zinkverfahren wird auf einen gravurfertigen Kupferzylinder eine 60- 80 µm starke Zinkschicht galvanisch aufgebracht. Nach einer entsprechenden Oberflächenpolitur ist der Zylinder laserfertig.




















Druckformen für den Tiefdruck

Zu unterscheiden sind elektromechanische Gravurverfahren (incl. Piezotechnik) und Laserverfahren bzw. Systeme, die sich wiederum gliedern in:


  1. Laserdirektgravur (MDC, Max Dätwyler Corporation)

  2. Laserresistsystem (MDC Schepers / Ohio)

  3. Laserphotoresistsystem (Think)


Laser- Gravurverfahren

Die derzeit auf dem Markt befindlichen Lasersysteme für die Tiefdruckformherstellung sind überwiegend im Verpackungsbereich verbreitet. Lediglich das Laserdirektverfahren der Firma Dätwyler wird zur Herstellung von Tiefdruckformen im Illustrationstiefdruck eingesetzt.

Lasergravur MDC: Zeichnerische Darstellung von SHC – Näpfchen mit Parameterangaben (Quelle MDC)


Elektromechanische Gravurverfahren

Die großen Anbieter auf diesem Markt sind Hell Gravure Systems (HGS) und Max Dätwyler Corporation (MDC). Die Gravursysteme beider Firmen arbeiten nach dem elektromagnetischen System.

1998 gelang es HELL Gravure Systems als erstem Anbieter, ein Graviersystem mit doppelter Graviergeschwindigkeit zur Serienreife zu entwickeln. Andere Ansätze die Graviergeschwindigkeit zu steigern, wie piezoelektrische oder magnetostriktive Verfahren, sind bis heute in der Praxis gescheitert. Einzig das bewährte elektromagnetische Verfahrensprinzip hat sich durchgesetzt. 


Wie funktioniert ein Gravursystem?

Die Übertragung der Bildinformation in den Tiefdruckzylinder erfolgt durch Graviersysteme. Das Graviersystem ist ein elektromechanisches Schwingsystem. Auf einer drehbar gelagerten Achse befinden sich ein zwischen den Polen eines Magneten liegender Anker und ein Diamantstichel. Wird das System durch einen bestimmten Strom erregt, wird der Anker elektromagnetisch ausgelenkt und die Ankerachse gedreht. Die Verdrehung der Ankerachse liegt bei maximal ± 1 Grad. Der fest auf die Ankerachse gesteckte Diamantstichel wird durch diese Drehbewegung ausgelenkt und setzt somit die Größe des Stromes in eine entsprechend große Einschneidtiefe in der Zylinderoberfläche um.























Das Graviersystem wird von zwei überlagerten Signalen aus dem Gravierverstärker angesteuert.

Zum Aufbau des Bildes liefern die Gravurdaten ein bildabhängiges Signal, das die Eindringtiefe des Stichels in die Zylinderoberfläche steuert. Zum Aufbau des Gravurrasters wird ein zweites Signal mit konstanter Frequenz erzeugt, das den Stichel senkrecht zur Zylinderoberfläche in eine Vibration versetzt. Die Frequenz der Vibration ist vom Graviersystem und vom Gravurraster abhängig und kann bis zu 4000 bzw. 8100 Hertz betragen.

Das heißt, es können 4000 bzw. 8100) Näpfchen pro Sekunde erzeugt werden.Der dabei abgetragene Kupferspan hinterlässt einen Grat. Dieser wird durch einen Diamantschaber abgetragen und anschließend abgesaugt.


Mit einem Gleitfuß, auf dem sich das Graviersystem auf der Zylinderoberfläche abstützt, wird eine mechanische Grund­einstellung vorgenommen. Mit Reglern am Gravierverstärker kann der Hub des Stichels entsprechend den vorgegebenen Eckwerten genau und wiederholbar eingestellt werden. 


Zur Vermeidung des Moiré-Effektes bzw. der Farbdrift muss dafür gesorgt werden, dass die Näpfchen der verschiedenen Farben nicht genau übereinander liegen bzw. parallel ausgerichtet sind.Dies wird dadurch erreicht, dass man die Umfangsgeschwindigkeit und / oder die Vorschubgeschwindigkeit bzw. die Schrittweite der Maschinen variiert. Die Folge sind verschiedene Rasterwinkelungen. Abgesehen von der Winkellage ändern sich zwangsläufig dabei auch die Näpfchenformen; man spricht von gelängten oder gestauchten Näpfchen.

Für die farbdrift- und moiréfreie Gravur von HGS gelangen die Winkel 0 (gestaucht), 2 (gelängt), 3 (grob) und 4 (fein) zur Anwendung.