Công nghệ In Nano

Trước khi nói về công nghệ in KTS  của Landa ta cần điểm lại một chút về công nghệ Nano.

Một cách tổng quan, công nghệ nano chủ yếu liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo vật liệu có kích thước từ 1 đến 100 nanômét (1 nm = 10-9 m) và điều khiển hình dáng, kích thước của chúng. Để dễ hình dung hơn ta có thể nói các vật liệu nano là các phần tử có kích thước một phần tỉ của m. Nói cách khác, công nghệ nano được coi là công nghệ siêu nhỏ.

Hình 1: Nguyên lý in Nano của Landa

Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu. Chỉ là vấn đề kích thước thôi thì không có gì đáng nói, điều đáng nói là kích thước của vật liệu nano đủ nhỏ để có thể so sánh với các kích thước tới hạn của một số tính chất. Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính chất khác lạ bắt đầu từnguyênnhânnày.
Ví dụ lớp phủ kim loại lên màng để làm màng metalize được hình thành từ những đômen, trong lòng một đômen, các nguyên tử có từ tính sắp xếp song song với nhau nhưng lại không nhất thiết phải song song với mômen từ của nguyên tử ở một đômen khác. Giữa hai đômen có một vùng chuyển tiếp được gọi là vách đômen. Độ dày của vách đô-men phụ thuộc vào bản chất của vật liệu mà có thể dày từ 10-100 nm. Nếu vật liệu tạo thành từ các hạt chỉ có kích thước bằng độ dày vách đô men thì sẽ có các tính chất khác hẳn với tính chất của vật liệu khối vì ảnh hưởng của các nguyên tử ở đô men này tác động lên nguyên tử ở đômen khác.

Trong công nghệ in KTS của Landa – một công nghệ in đã phát triển cách đây 10 năm, chính thức giới thiệu tại Drupa 2012 như một ý tưởng đột phá và đến Drupa 2016 mới có mẫu máy in.

2. Hạt mực in nano:

Điểm cốt lõi của công nghệ này là chế tạo các hạt mực có kích thước nano và điều khiển chúng rải lên bề mặt vật liệu in (giấy hay màng). Khi các hạt nano mực được phủ trên bề mặt của vật liệu bất kỳ, diện tích bề mặt phủ mực được tăng lên hàng triệu lần so với mực bình thường. Khả năng phủ mực lớn cho phép tác dụng hấp thụ - phản xạ màu mạnh mẽ với số lượng nhỏ mực in. Đặc biệt, công nghệ in nano cho phép kiểm soát độ tinh khiết của màu mực in làm cho mực có độ bão hoà màu cao hơn và khoảng màu phục chế lớn hơn.

Khi các hạt mực được chế tạo với kích thước nano có nhiều khả năng đặc biệt ví dụ như các hạt mực trở nên rất cứng và có khả năng chống lại sự mài mòn. Để dễ so sánh, ta có thể hình dung hạt mực in offset được chế tạo tốt nhất hiện nay có kích thước khoảng 500nm trong khi mực in của Landa có kích thưởng nhỏ hơn 10 lần (khoảng 50nm).

Hình 2: So sánh kích thước các hạt mực trong các phương pháp in

3. Cách thức truyền mực in:

Một điểm quan trọng nữa của công nghệ in nano chính là cách thức và hiệu quả truyền mực lên vật liệu. Như chúng ta đã biết, trong bất kỳ phương pháp in nào từ trước đến nay, muốn truyền các hạt mực lên vật liệu, người ta phải phân tán chúng trong một loại dung môi như dầu, nước, dung môi gốc xăng thơm … và nhiều loại dung dịch khác kèm theo. Ví dụ, trong phương pháp in offset, các hạt mực được trộn đều trong dung môi gốc dầu để có thể truyền lên cao su và sau đó là lên giấy, quá trình truyền mực sẽ kèm theo truyền nước để bảo vệ phần tử không in, kết quả là truyền được mực in nhưng lại có những thứ không cần thiết đi kèm là dung môi và nước khiến cho tờ giấy bị đẫm nước và dung môi. Hậu quả tất yếu là việc truyền lớp mực tiếp theo sẽ khó khăn, giấy bị biến dạng khó khô và hàng loạt các khuyết điểm khác.

Hình 3: Khả năng phân tán và phủ lên bề mặt của mực in thông thường và mực in nano

Trong in nano của Landa, hàng tỉ các giọt mực không được phun trực tiếp vào bề mặt vật liệu như phương pháp in phun thông thường mà được phun lên bề mặt của tấm cao su được đặt cách đầu phun 1-2mm, sau đó mực được truyền từ tấm cao su lên vật liệu giống như in offset.

Máy in Landa có 8 thanh in (print bar) được bố trí theo chiều ngang của tờ in, mỗi thanh có nhiệm vụ in một màu cụ thể. Như vậy, ngoài 4 màu cơ bản CMYK, ta có thể in thêm 3 màu pha và 1 màu trắng đục (cho các loại màng trong hay metalize). Hiện nay các máy in Landa còn bố trí từng cặp thanh in cho mỗi màu nhằm tăng gấp đôi tốc độ in.

Trong quá trình in, các hạt mực được phun ra từ các thanh in sẽ được sắp xếp chồng lên nhau một cách chính xác trên tấm cao su để tạo ra hình ảnh in hoàn chỉnh. Các hạt mực nano được phân tán trong môi trường nước, sau khi mực được truyền sang tấm cao su được gia nhiệt, lượng nước còn lại trong các hạt mực sẽ bị bốc hơi ngay. Lúc này, mực in trở thành lớp màng cực mỏng trên bề mặt của tấm cao su. Khi được truyền sang giấy, các màng mực được truyền trọn vẹn và tạo thành các màng mực cực mỏng, phủ đều lên bề mặt và có độ cứng rất cao đồng thời không tạo ra các ảnh hưởng cơ học đến bề mặt giấy in.

Hình 4: Mực in nano (bên trái) và mực in phun thông thường (bên phải)

4. Các điểm tram nano

Trong quá trình in phun mực thông thường, khi các điểm in tiếp xúc với bề mặt của giấy sẽ bị dẫn động do tính thấm hút được tạo ra bởi các mao dẫn, điều này khiến cho các điểm in bị răng cưa và biến dạng. Các điểm in offset ít bị biến đổi hơn so với in phun nhưng vẫn bị ảnh hưởng bởi đặc tính thấm hút trên vật liệu. Các điểm in nano do được truyền lên tấm cao su được gia nhiệt nên lượng nước trong mực đã bị bốc hơi, khi được truyền từ cao su sang giấy sẽ không bị ảnh hưởng như các loại mực in phun thông thường hay in offset.

Hình 5: Điểm tram nano (bên trái) so với điểm tram offset (bên phải) trên giấy không tráng phủ.

Do không bị ảnh hưởng bởi dung môi và tác động hoá lý với bề mặt vật liệu, mực in nano cho phép tạo ra một khoảng không gian màu rộng hơn không gian màu in Offset 85% và bao phủ khoảng 75% các màu pantone.

Hình 6: Không gian màu Nano và Offset

5. Các ưu điểm do khả năng tương tác tốt của mực nano với bề mặt tờ in:

Theo lý thuyết, để hình ảnh truyền đến mắt người quan sát ánh sáng cần đi qua các lớp mực để đến đế giấy, sau đó ánh sáng sẽ phản xạ từ đế giấy đi qua các lớp mực rồi mới đến mắt người quan sát. Trong quá trình này, nếu các lớp mực không tinh khiết, sắp xếp không hợp lý hay mực bị sai màu sẽ làm cho hình ảnh in ra bị đục và sai màu. Mặt khác, trong các vùng ảnh tối, việc truyền được hình ảnh lên tờ in đôi khi cũng cần có sự thoả hiệp của các yếu tố bên trong và bên ngoài quá trình in. Yếu tố bên trong chính là khả năng lớp mực in trước cho phép lớp mực in sau chồng lên, yếu tố bên ngoài là khả năng truyền nước lên các vùng tối và tác động của chúng đến tính chất lý-hoá của tờ in.

Hình 7: Tương tác của mực in nano với tấm cao su được gia nhiệt tạo ra lớp mực in rất mỏng và ổn định trước khi truyền sang vật liệu in.

Trong in nano của Landa, lớp mực truyền lên bề mặt tờ in rất mỏng và qua trình truyền mực loại bỏ được nhiều yếu tố trung gian nên hình ảnh sẽ có độ bão hoà màu và độ bóng rất cao. Ngoài ra, như đã nêu ở phần trước, đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này. Ở mực in nano, tính chất khác lạ chính là độ rắn của màng mực cho phép kháng lại các tác động bề mặt của quá trình gia công thành phẩm tiếp theo.

Hình 8: Máy in KTS Landa S10 Nanographic

Kết luận:

Phương pháp in offset truyền thống có nhiều ưu điểm nhưng lại có 3 khuyết điểm quan trọng: (1) hệ thống lô mực phức tạp (2) truyền mực qua trung gian tấm cao su và (3) Có sự tham gia của nước trong quá trình truyền mực. Các nhà chế tạo máy in offset trước đây đã có những nỗ lực để khắc phục giới hạn này. Heidelberg đã đưa ra các máy in offset khô ghi bản tại máy và thay hệ thống lô mực bằng lô anilox như in Flexo nhưng không hiểu sao vẫn không thành công.

Các sáng chế của Berna Landa trong việc thiết kế chế tạo mực in nano và nguyên lý truyền mực qua tấm cao su gia nhiệt của Ông kết hợp với năng lực chế tạo của hãng máy in nổi tiếng Komori đã và đang tạo ra một cuộc cách mạng thực sự trong ngành in. Chúng ta hy vọng rằng sự liên kết này sẽ tận dụng các ưu điểm do mực in nano kết hợp với sự linh hoạt của công nghệ in Offset khắc phục được các khuyết điểm của các công nghệ in trước đây, đặc biệt là trong việc truyền mực và tương tác giữa lớp mực với vật liệu in…

Máy in Landa tuy vẫn trong giai đoạn thử nghiệm và chuyển giao nhưng bước đầu đã tạo nên một cuộc cách mạng thực sự của ngành In. Chính tài năng và sự sáng tạo không ngừng của Berna Landa đã tạo ra những động lực hấp dẫn ngành in đi theo một hướng mới với những trật tự và chuẩn mực mà trước đây chúng ta chưa từng nghĩ đến.

PGS. TS. Ngô Anh Tuấn

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM