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          Révision : 28 janvier 2002 
Flexographie UV : quel avenir ?
 
Vanessa Durrieu et Marie-Charlotte Gasquet (étudiantes EFPG)
Ce texte a reçu le second prix du Grand Prix des Couleurs 1999
      
 
  Plan  
I -  Introduction
II -  Les presses
III -  Les encres UV
IV -  L'Anilox et les clichés
V -  Le séchage
VI -  L'avenir de la flexo UV
  VII - Conclusion  
  VIII - Bibliographie  
 
        
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I - Introduction
Sommaire
Les plaques ou clichés sur base photopolymère adaptés aux encres UV sont apparus sur le marché dès 1992. Grâce à ce développement, l'impression flexo utilisant des encres UV découvre un nouveau créneau.
impression flexoD'après certaines sources, la flexographie représente environ 50 % du marché de l'impression des emballages. Si, actuellement, on considère que 5 % seulement du marché de la flexographie emploie des encres UV (contre 82 % pour les encres à l'eau), ce chiffre devrait atteindre 45 % d'ici l'an 2000. Ce sera sans doute l'une des évolutions majeures de la flexographie. La flexographie devrait à terme rivaliser avec l'offset, après avoir pris une part très importante à l'héliogravure.
 
La figure ci-contre illustre le principe de fonctionnement de la flexographie.
Dans ce rapport, nous allons dans un premier temps présenter la technologie de la flexographie UV. Ensuite, nous étudierons l'évolution des encres, des clichés et de l'anilox, ainsi que du séchage adaptés à la flexographie UV. Enfin, nous terminerons par l'avenir de l'impression flexo UV.
 
II - Les presses
Sommaire
Les machines flexo sont d'une très grande diversité, leur prix variant d'un facteur 100 lié aux différences de configurations et d'équipements.
En règle générale, une presse flexo comporte les éléments suivants :
    un dérouleur chargé de délivrer le support d'impression en entrée de machine ;
  un enrouleur qui récupère le produit imprimé sous forme de bobine en sortie de machine ;
  un système de transport et de régulation de la tension de bande ;
  un bâti d'impression ;
  plusieurs groupes d'encrage ;
  un système de repérage des couleurs ;
  un ou plusieurs sécheurs.
Il existe trois types de configuration de presses flexo :
    à cylindres de contre-pression séparés (un seul sécheur pour tous les groupes) en ligne ou en U ;
  à éléments séparés (un sécheur pour chaque groupe d'impression) ;
  à tambour central.
L'impression flexo UV ne nécessite pas de configuration spéciale. Actuellement, deux modèles sont utilisés : les presses à unités d'impression séparées et les presses à tambour central.
II-1 Les presses à éléments séparés
Ces presses sont conçues sur le même modèle "en ligne" que les presses offset et, bien souvent, elles permettent des procédés d'impression mixtes. Tous les groupes imprimants sont en ligne, séparés les uns des autres, et chacun est suivi d'un sécheur. Ces machines ont en général des laizes allant de 200 à 800 mm.
Les avantages de ces presses sont la modularité et la flexibilité du système, une bonne qualité d'impression, et une vitesse d'impression assez élevée rendue possible par la présence d'un sécheur après chaque groupe.
Ces presses présentent aussi quelques inconvénients, notamment le risque de variations de repérage, et leur prix élevé dû à la présence des sécheurs.
Ces presses trouvent leurs applications dans l'impression des étiquettes, du carton plat en bobines, ainsi que des petits produits pour l'emballage souple (sachets, etc.).
II-2 Les presses à tambour central
Dans ces presses, les cylindres porte-cliché sont disposés en satellites autour d'un même cylindre de contre-pression. L'énorme avantage de cette configuration réside dans le contrôle des valeurs de tension de bande sur la totalité du parcours. Ces presses sont utilisées pour la production de sacs et pour l'impression de films, de cartons, de papiers divers (emballages souples, papiers peints, etc.).
De la même façon que pour les configurations des presses, les systèmes d'encrage de la flexographie traditionnelle conviennent parfaitement à la flexographie UV. Ainsi, les systèmes barboté-raclé sont utilisés pour les laizes inférieures à 500 mm, et les chambres à racle pour les laizes supérieures à 500 mm.
 
III - Les encres UV
Sommaire
Les encres UV sont constituées de 100 % de matières sèches. Ces encres présentent de nombreux avantages par rapport aux encres conventionnelles.
III-1 Les avantages des encres UV
Les encres UV sont plus polyvalentes que les encres traditionnelles. En effet, pour imprimer sur différents supports, une seule encre est nécessaire (voire 2 ou 3), alors qu'il en aurait fallu une dizaine en utilisant des encres conventionnelles.
On serait tenté de dire que de telles encres peuvent être appliquées sur tous types de supports. Or, ce n'est pas exactement le cas, même si de nombreux supports peuvent être imprimés par de telles encres. En effet, certaines précautions doivent être prises pour le polyéthylène, par exemple. Une règle prédit que le support doit avoir une énergie de surface plus élevée d'au moins 10 mJ/m2 que celle de l'encre. La tension de surface d'une encre UV est supérieure à 30 mJ/m2, et si on traite la surface d'un support de polyéthylène afin que son énergie de surface atteigne 44 mJ/m2, sa surface est alors attaquée.
De plus, les films secs d'encre UV ont une très grande résistance à la chaleur, aux abrasions physiques et chimiques. De même, ils présentent des atouts tels qu'un très bon brillant et une très haute densité des couleurs obtenues.
Comme les encres UV sèchent uniquement sous des lampes UV, elles ne sèchent pas sur la presse, ce qui réduit les temps de nettoyage. Les encres ayant déjà été utilisées lors d'une impression peuvent être réutilisées comme des encres d'origine pour le travail suivant, car elles n'ont subi aucune modification lors de l'impression précédente.
La plus grande force poussant le développement des encres UV en flexographie est, sans conteste, le fait qu'il n'y a pas évaporation de COV.
Enfin, l'utilisation des encres séchées par UV réduit légèrement l'engraissement du point. Certaines études effectuées aux États-Unis expliquent cela par la viscosité élevée des encres UV et par la réaction de réticulation.
III-2 Les limites des encres UV
Cependant les encres flexo UV ont quelques limites. Le séchage des encres sous UV est utilisé depuis plus de 25 ans en offset. Actuellement, 60 % de l'impression offset sur carton utilise ce système. Leur premier avantage est leur très court temps de séchage ne pouvant pas encore être atteint dans les autres procédés d'impression tels que la flexographie.
Les encres UV sont très chères par rapport aux encres traditionnelles. Elles peuvent coûter 3 à 4 fois plus cher. De plus, la haute viscosité des encres pose un problème dans les procédés d'impression flexo.
La santé est un argument souvent utilisé contre l'utilisation des encres UV ou en faveur du système cationique (que nous détaillerons plus loin) par rapport au système de radicaux libres. En effet, certains acrylates de faible poids moléculaire peuvent être cancérigènes, aussi de tels composants ne sont plus utilisés. Par contre, des allergies dues aux encres UV sont possibles.
III-3 Les systèmes radicalaires
La majorité des encres flexo à séchage UV sont des systèmes à radicaux libres basés sur la chimie des acrylates. Quand l'encre est exposée à des radiations UV, le photo-amorceur rompt une liaison pour former un radical libre entraînant la réaction en chaîne du processus de séchage.
III-4 Les avantages des systèmes cationiques
Bien que la majorité des travaux soit effectuée avec des systèmes radicalaires, l'alternative d'un séchage basé sur les systèmes cationiques a suscité un certain intérêt. Le plus répandu fait appel aux résines époxy qui, lorsqu'un photo-catalyseur est ajouté, forment des molécules acides.
Une fois démarrée, la réaction cationique continue même lorsque l'on coupe la source de radiations UV, contrairement à ce qui se passe lors du séchage des systèmes à base de radicaux libres. Aussi une encre à base de radicaux libres ne séchera pas complètement si l'énergie fournie est insuffisante. Il peut donc rester des traces de photo-amorceur dans le film d'encre et s'il s'agit d'un emballage alimentaire, celui-ci ne sera pas acceptable.
De plus, les systèmes cationiques ont une viscosité plus basse, une plus grande flexibilité et une meilleure adhésion entre le film et le support.
Enfin, grâce à leur très faible odeur résiduelle, les encres cationiques peuvent être utilisées pour l'impression des emballages alimentaires.
III-5 Les inconvénients des systèmes cationiques
Les inconvénients de ces systèmes semblent encore importants pour le moment mais les recherches tendent à les diminuer.
Le taux de séchage de ces encres est plus faible, ce qui pose certains problèmes sur les presses à très grande vitesse. Deux causes à cet effet :
    les ions H+ peuvent être capturés par des amines très souvent utilisées dans la composition des pigments. Dans ce cas, la réaction de séchage est stoppée ;
  la réaction de polymérisation des époxy est inhibée par l'humidité de l'atmosphère ou celle des papiers et cartons. Pour cette raison, les systèmes cationiques ne sont pas adaptés pour les papiers et cartons couchés.
Ces problèmes doivent être pris en compte lorsque la grande flexibilité et la très bonne adhésion des encres à polymérisation cationique sont nécessaires.
On peut penser que la flexo UV s'orientera vers ces systèmes cationiques. De nombreuses recherches sont effectuées dans ce domaine et il est probable que l'avenir des encres utilisées pour la flexo UV s'inscrira dans cette voie.
 
IV - L'anilox et les clichés
Sommaire
IV-1 L'anilox
L'application du procédé flexo UV entraîne quelques adaptations au niveau de l'anilox, que l'on peut résumer de la façon suivante :
    pour une impression en quadrichromie : un anilox en céramique, de 200 à 260 l/cm, un angle de gravure de 60 degrés et un volume de 2,6 à 5 cm3/m2 ;
  pour de l'aplat : un anilox en céramique, de 80 à 120 l/cm, un angle de gravure de 60 degrés et un volume de 8 à 12 cm3/m2 ;
  pour des vernis : un anilox en céramique, de 60 à 120 l/cm, un angle de gravure de 60 degrés et un volume d'encre de 12 à 20 cm3/m2.
Ces valeurs diffèrent peu de celles couramment employées dans le procédé classique, sauf lorsqu'il s'agit de l'angle de gravure du rouleau anilox et de la profondeur de cette gravure. En effet, les volumes d'encre transférés dans le système UV sont d'environ 50 % inférieurs aux volumes des encres classiques.

De plus, les encres UV sont beaucoup plus visqueuses. Il faut donc veiller à ce que les alvéoles des anilox soient plus élargies et moins profondes que celles des anilox traditionnels.
IV-2 Les clichés
Pour être utilisés en flexographie UV, les clichés photopolymères doivent présenter une bonne résistance aux divers composants des encres, vernis et solutions de nettoyage adaptés, c'est-à-dire présenter une formulation compatible avec ces composants pour éviter le gonflement du cliché. Ils doivent aussi posséder une résistance à l'ozone générée par les puissantes sources de rayonnement ultra-violet qui polymérisent l'encre ou le vernis.
De plus, la dureté des clichés UV doit être supérieure à celle des clichés traditionnels pour la réalisation des trames, afin de permettre une bonne adhérence des encres UV qui sont plus visqueuses que les autres encres flexo. La linéature des clichés, dans le cas d'une impression en quadrichromie, est supérieure à 40 l/cm.
Les clichés sont en général constitués d'un photopolymère fixé sur un support polyester et recouvert d'une feuille protectrice en mylar.
L'évolution des clichés flexo UV se situe au niveau de la gravure au laser. La difficulté est de trouver une matière synthétique gravable au laser, compatible avec les encres UV, capable de supporter de très longs tirages et de transcrire efficacement les détails les plus fins des images.
Actuellement, les seuls polymères gravables directement au laser sont les caoutchoucs élastomères, qui certes résistent aux encres et solvants UV, mais par contre ne permettent pas l'utilisation d'une trame de linéature élevée. Les photopolymères, eux, ne sont pas gravables directement au laser. Aussi on utilise une technique de gravure indirecte. Le photopolymère est recouvert d'un masque noir (2 µm de liant polymère et de noir de carbone). C'est ce masque qui est gravé au laser. Le cliché dit "numérique" est alors exposé aux UV à travers son masque, puis développé comme un cliché conventionnel.
 
V - Le séchage en flexo UV
Sommaire
V-1 Le séchage UV
Les encres UV sont séchées par réticulation sous rayonnement UV C (100 à 280 nm), réticulation majoritairement radicalaire (95 %), et cationique pour un marché spécifique (5 %), notamment pour l'impression UV en grande laize.
Les deux paramètres principaux du séchage UV sont la capacité et l'emplacement des lampes UV. En effet, l'efficacité de la polymérisation des encres est régie par deux règles :
    les teintes sombres et denses polymérisent plus difficilement que les teintes claires. Il faut donc prévoir des lampes plus puissantes sur les groupes d'encres foncées ;
  le volume d'encre apporté pour la reproduction d'une quadrichromie est relativement faible, alors que pour un aplat en argent ou un vernissage final les volumes sont relativement importants. Or, ces volumes importants nécessitent un certain temps pour s'étaler sur le support ou pour pénétrer avant le passage sous le sécheur. La distance de la lampe au point de l'impression joue donc un rôle primordial dans le procédé.
Ces deux points indiquent qu'une presse flexo UV efficace demande lors de sa conception, qu'une place suffisante soit laissée entre les groupes permettant la mise en place correcte des lampes et du système UV modulaire. Il est aussi indispensable d'installer des systèmes de refroidissements adaptés à ces lampes.
Des fabricants proposent actuellement des barres de séchage équipées de lampes plus ou moins puissantes et couvrant des zones imprimées plus ou moins importantes. Un de ces fabricants propose une véritable analyse sur mesure du séchage à effectuer, en étudiant le spectre d'absorption des encres pour en déduire la puissance du séchage à installer et la distance de lampes à la zone imprimée. On obtient ainsi un mode de séchage optimisé, efficace et rentable, qui ne dégage ni trop de chaleur ni de rejet nocif pour l'environnement, et ne nécessite aucun refroidissement.
L'inconvénient principal du séchage UV est son prix, de loin supérieur à tous les autres modes de séchage. Se pose aussi le problème de savoir si l'encre, polymérisée, est sèche à 100 %. Il peut enfin y avoir des problèmes d'odeurs, d'adhésion et de blocking.
IV-2 Le séchage mixte
Les presses flexo exclusivement UV sont encore très rares, notamment à cause de leur prix et du prix des consommables associés. En réalité, la grande majorité des presses flexo UV sont en fait des presses à séchage mixte, en général UV et air chaud, pour permettre l'utilisation d'encres autres que les encres UV, en particulier les encres à l'eau.
La flexo UV semble prédite à un bel avenir, mais de nombreux professionnels pensent qu'on aboutira en fait à un séchage mixte UV et EB (Electron Beam - faisceau d'électrons). Le séchage UV est assez coûteux et de plus, il ne permet pas un séchage complet de l'encre entre chaque groupe mais simplement une polymérisation solidifiant suffisamment la surface du film d'encre pour qu'elle accepte le film du groupe suivant. La tendance actuelle est de prévoir des machines flexo qui sècheront aux UV entre les groupes et qui seront dotées d'un système de séchage EB en sortie. Ce séchage mixte consommerait beaucoup moins d'énergie que le séchage exclusivement UV et permettrait de sécher totalement l'encre.
 
VI - L'avenir de la flexo UV
Sommaire
Actuellement, la flexo UV n'est utilisée que pour des petites laizes. De nombreux fabricants d'encres et d'équipement flexo pensent que la flexo UV sur grande laize a un gros potentiel mais ils se heurtent à des problèmes non encore résolus aujourd'hui. Tout d'abord, le prix des presses est très élevé. La flexo UV est utilisée pour les petites laizes depuis les 6 ou 7 dernières années, mais n'est utilisée pour les grandes laizes que depuis 2 ans.
De nombreuses expériences sont menées dans ce domaine. Bon nombre d'industriels montrent un optimisme mitigé à propos du futur de la flexo UV pour les grandes laizes, même s'ils encouragent les pionniers à faire des recherches dans ce sens. Les petits transformateurs ne peuvent pas prendre le risque d'investir des sommes aussi importantes dans leurs équipements.
Le marché dont le potentiel est le plus important, est l'alimentaire à cause des très bons brillants et rendus d'impression avec la flexo UV. La majorité des presses à grandes laizes sont des presses impliquées dans le marché des emballages pour produits alimentaires, or les encres UV contiennent encore certains produits qui ne sont pas acceptés pour être en contact direct avec les produits alimentaires. De plus, pour certains produits tels que le chocolat, le tabac, l'odeur résiduelle due aux photo-amorceurs n'ayant pas réagi est trop importante. Ces produits absorbent les odeurs de leur emballage.
Dans un sondage récent, 89 % des imprimeurs interrogés au sujet de l'impression flexo UV donnent la protection de l'environnement comme la première raison pour laquelle ils changeraient leur équipement pour imprimer avec des presses avec sécheurs UV. La deuxième raison est la rapidité du séchage augmentant largement la productivité de leur entreprise. De plus, cet argument entraîne le fait que toutes les opérations de finition peuvent être effectuées immédiatement après l'impression. Enfin, 52 % déclarent que les propriétés et la qualité du produit fini les convaincraient de s'équiper avec des presses flexo UV. Par exemple, les vernis UV tendent à jaunir mais moins vite que les vernis traditionnels.
Autrefois, les petite laizes étaient le marché le plus développé concernant la flexo UV et celui-ci est encore en croissance actuellement. Dans les années à venir, nous pouvons considérer que ce seront les presses de petites laizes qui vont continuer à se développer. Comme le brillant est élevé et que les encres UV confèrent à l'imprimé une plus grande résistance aux produits chimiques, le domaine des étiquettes pourrait très bien en profiter.
Concernant les presses à grandes laizes, la quantité est souvent plus importante que la qualité. Par conséquent, la très grande qualité et les propriétés de résistance ne sont pas suffisantes pour compenser le coût de l'investissement.
 
VII - Conclusion
Sommaire
Concernant l'avenir de la flexo UV, de nombreuses personnes prédisent que les fabricants de presses et de systèmes UV intègreront des systèmes UV dans leurs nouvelles presses. Les systèmes UV pour les nouvelles presses et les presses rénovées seront compacts et puissants. De plus les coûts devraient diminuer dans les années à venir, ce qui devrait permettre un développement plus important de l'impression flexo UV.
Mais il faut encore que les coûts d'investissement diminuent afin de permettre à une plus grande gamme de clients d'investir dans de tels équipements. L'avenir proche semble favoriser les presses à petites laizes mais dans un futur plus lointain, nous pouvons imaginer un développement de la flexo UV concernant les presses de plus grandes laizes.
Les systèmes semblant se développer concernant les encres sont les systèmes cationiques. L'évolution des clichés pour la flexo UV se situe au niveau de la gravure laser. On pourrait ainsi avoir des temps de préparation plus courts et une meilleure définition de l'imprimé. Enfin, le séchage mixte UV/EB semble être l'avenir de le flexographie, car il contribue à la protection de l'environnement, permet des économies d'énergie et un séchage complet de l'encre.
Afin de contribuer au développement de l'impression flexo UV, les fabricants de presses, d'encres, de plaques devraient travailler en collaboration sur ces systèmes. Dans ce cas là, nous pouvons imaginer un développement important de cette technologie encore nouvelle.
 
VIII - Bibliographie
Sommaire
Documents imprimés
    L'impression UV en flexo URBAIN Daniel Caractère 1994, n° 390, p. 50-51
  Flexographie et encres UV SCHNEIDER René Caractère 1996, n° 435, p. 52-54
  La flexographie sous UV VERGEZ Suzy Caractère 1997, n° 446, , p. 58-67
  Les produits de l'année Anonyme Caractère 1998, n° 488, p. 21
  Plaques photopolymères et encres à séchage UV DELCARTE J.P. Flexo Europe, 1997, n° 77, p. 20-22
  Thoug the future is bright for UV inks, wide web flexo market remains elusive CLINKUNBROOMER Jeannette American lnk Maker, 1998, vol. 76, n° 9, p. 23-26
  Wide web UV flexo adoption still winning adherents - but slowly SAWYER Richard American lnk Maker, 1997, vol. 75, n° 9, p. 23-28
  Cationic curing UV inks for flexography BURRI J., DETTLING A. Flexo Gravure Int., 1996, vol. 2, n° 4, p. 6-8
  The reality of UV flexography BRADLEY B. Package Print Des., 1997, p. 52-53, 56
  Will UV inks make it ? WILLIAM C.H. FlexoTech, 1995, n° 5, p. 10-11
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