آلة طباعة الأكواب البلاستيكية مقابل آلة طباعة الأكواب الورقية: الفروق الرئيسية

تكوين المادة وتحديات الركيزة حول آلة طباعة الأكواب البلاستيكية

البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) البلاستيكي مقابل الورق المطلي بالبولي: الفروق الهيكلية والكيميائية

تواجه آلات الطباعة الخاصة بالأكواب البلاستيكية بعض المشكلات المحددة مقارنةً بتلك المستخدمة في المنتجات الورقية، وذلك بسبب اختلاف سلوك المواد المختلفة. فخذ على سبيل المثال مادة البولي إيثيلين تيرفثالات (PET)، فهي تمتلك سطحًا ناعمًا جدًا وغير ماص، وطاقة سطحية تتراوح بين 35 و40 داين/سم. وهذا يختلف تمامًا عن الورق المطلي بطبقة بولي، والذي يتكون في الواقع من عدة طبقات تشمل ألياف السليلوز مع طلاءات LDPE بسماكة حوالي 45 إلى 50 ميكرومترًا. وبما أن مادة PET تطرد الماء بشكل طبيعي، فإن الطابعات تحتاج إلى أصباغ خاصة قابلة للذوبان في المذيبات كي تلتصق بشكل مناسب. أما الورق فمن ناحية أخرى، فهو يعمل بكفاءة عالية مع الأصباغ القائمة على الماء، لأن طبقة التغليف تسمح لها بالاختراق. هذا الاختلاف الجوهري في طريقة تفاعل هذه المواد مع الحبر هو ما يقود في الواقع معظم قرارات الهندسة وراء تصميم معدات الطباعة الحديثة.

تقنيات الطلاء في الأكواب الورقية وطاقة السطح في البلاستيك

تُغطي معدات طباعة الأكواب الورقية هذه الأيام البولي إيثيلين على الأسطح باستخدام طرق البثق عند درجات حرارة تتراوح بين 180 إلى 200 درجة مئوية، مما يساعد في تشكيل الحواجز المقاومة للرطوبة المهمة التي نحتاجها. أما بالنسبة للمواد البلاستيكية، فإن الأمور تختلف. تعتمد معظم الأنظمة البلاستيكية على ما يُعرف بمعالجة الكورونا، وعادةً ما تكون في نطاق يتراوح بين 2 إلى 4 كيلوواط لكل متر مربع. ترفع هذه العملية من طاقة السطح لمادة الـPET بنسبة تقارب 40 بالمئة، مما يضمن التصاق الحبر بشكل جيد أثناء الطباعة. فبدون هذه المعالجة، تُظهر مادة الـPET العادية التصاقًا أقل بنسبة 25 بالمئة تقريبًا وفقًا لاختبارات ASTM D3359-23 القياسية الخاصة باختبار الشبكة العرضية التي يُعتمد عليها جميعًا. ولهذا السبب يحرص معظم المصنّعين على اتخاذ هذه الخطوة الإضافية قبل الطباعة على أي حال.

تأثير خصائص المادة على التصاق الطباعة ومتانتها

تظهر الفروق في المتانة بين المواد بشكل واضح جدًا. يمكن للطباعة المعالجة بضوء الأشعة فوق البنفسجية على البلاستيك أن تدوم حوالي 50 دورة غسيل صناعي قبل أن تبدأ في التآكل، في حين أن الورق ذو الطلاءات القابلة للتحلل البيولوجي لا يصمد بنفس القدر أمام التآكل. وفقًا لأرقام أداء طابعات الفلكسوغرافية الواردة في تقرير الجمعية الفنية للطباعة (FTA) لعام 2023، نلاحظ كفاءة نقل حبر تبلغ نحو 94٪ عند العمل مع الورق المصقول، مقارنة بـ 82٪ فقط على البلاستيك العادي. ونتيجة لهذه التحديات، تأتي معظم معدات الطباعة الحديثة للأكواب البلاستيكية مزودة إما بوحدات علاج بالبلازما أو وحدات كورونا مدمجة مباشرة في النظام. تساعد هذه الإضافات في الحفاظ على جودة طباعة جيدة على الرغم من الصعوبات المتأصلة في طباعة الأسطح البلاستيكية.

تقنيات الطباعة على الأكواب البلاستيكية والورقية

الطباعة بالفلكسوغرافيا والنافثة للحبر في آلة طباعة الأكواب البلاستيكية النظم

تعتمد معدات طباعة الأكواب البلاستيكية اليوم إما على تقنية الفلكسوغرافية أو تقنية الحبر النفاث. وتُعد أنظمة الفلكسو الخيار المفضل للعمليات الكبيرة نظرًا لفعاليتها مع البلاستيك الشائع مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين. ويمكن لهذه الآلات إنتاج أكثر من 1,200 كوب في الدقيقة الواحدة وفقًا لمجلة Packaging World الصادرة العام الماضي، مما يفسر سبب تفضيل المصانع لها في الإنتاج الضخم. من ناحية أخرى، تمتلك الطابعات الصناعية بالحبر النفاث مزاياها الخاصة أيضًا. فهي تستخدم رؤوس طباعة كهربائية حيوية خاصة تُنتج صورًا زاهية وذات جودة فوتوغرافية مباشرة على الأكواب. كما أن هذه الطابعات قادرة على طباعة البيانات المتغيرة، ما يمكن الشركات من تنفيذ تصاميم محدودة الإصدار دون عناء كبير ضمن جهودها التسويقية.

تعديلات لأنظمة الأحبار القائمة على الماء والأرضيات الورقية المطلية

تتطلب الطباعة على الأكواب الورقية إجراء تعديلات خاصة بسبب أسطحها المسامية والمغلفة بالبولي إيثيلين في الوقت نفسه. قبل الطباعة، تستخدم معظم المنشآت وحدات طلاء مسبقًا لوضع مواد مانعة للتسرب تمنع أصباغ القاعدة المائية من التسرّب إلى الألياف. ويُشير تقرير التعبئة المستدامة لعام 2024 فعليًا إلى أن هذه الخطوة مهمة جدًا بالنسبة للتحكم في الجودة. أما بالنسبة للأكواب البلاستيكية، فإن لدى المصنّعين تحديات مختلفة. فهم عادةً يستخدمون مواد معززة للالتصاق نظرًا لأن البلاستيك يقاوم التصاق الحبر بطبيعته. وقد ظهرت مؤخرًا بعض التطورات المثيرة للاهتمام. فقد أصبح هناك الآن أصباغ هجينة تعطي مظهرًا جيدًا على المواد الورقية والبلاستيكية معًا دون أن تتلاشى بسرعة. بالإضافة إلى أن هذه التركيبات الجديدة تقلل من انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة الضارة بنسبة تتراوح بين 18 و22 بالمئة تقريبًا مقارنةً بالبدائل القائمة على المذيبات القديمة. وهذا أمر منطقي عندما ترغب الشركات في عمليات إنتاج أكثر نظافة دون التضحية بجودة الطباعة.

آليات المعالجة المسبقة والتجفيف: تعزيز جودة الطباعة

تختلف تحضيرات السطح والمعالجات الجافة بشكل كبير بين المواد:

• أكواب البلاستيك تخضع لـ المعالجة بالكرون (3.8 - 4.2 كيلوواط/م²)، مما يرفع مستويات الدين من 30-34 إلى 40-44 لتثبيت الحبر بشكل موثوق
• تستخدم آلات أكواب الورق أنفاق تجفيف بالأشعة تحت الحمراء (70-90°م) لتجفيف الأحبار دون تشويه الجدران الرقيقة
• يقلل التصلب باستخدام الأشعة فوق البنفسجية LED من استهلاك الطاقة بنسبة 37%في طابعات ذات ركائز مزدوجة (التحالف البيئي للطباعة 2023)

تتيح هذه العمليات المُحسّنة لآلات طباعة أكواب البلاستيك تحقيق مقاومة للخدوش تتجاوز 500 دورة في اختبارات التآكل، مع الحفاظ على سلامة التلامس الغذائي وفقًا للمعايير الصادرة عن هيئة الغذاء والدواء (FDA) في الأنظمة الورقية.

المرونة في التصميم وقدرات العلامات التجارية المخصصة

رسومات كاملة تغطي الكوب على أكواب البلاستيك مقابل علامات تجارية على أكواب الورق

يمكن لأجهزة الطباعة الخاصة بالأكواب البلاستيكية أن تقوم بالطباعة بزاوية 360 درجة على المواد البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) لأن السطح لا يمتص الحبر، وبالتالي تبقى الصور واضحة دون تلطيخ. أما بالنسبة للأكواب الورقية، فإن الأمور تصبح أكثر تعقيدًا. إذ يجب أن تعمل الطابعات مع هذه الأسطح المغلفة بطبقة بوليمرية التي تستغرق وقتًا أطول في الجفاف، ما يجعل سرعة الطباعة أبطأ بنسبة 32 بالمئة تقريبًا وفقًا لبحث أجرته شركة FlexoTech العام الماضي. بالنسبة للشركات التي ترغب في تمييز علامتها التجارية، فإن الخيار البلاستيكي هو بالتأكيد الأفضل. فتصاميم الطباعة الكاملة (Full wrap) على الأسطح البلاستيكية تحافظ على دقة لونية تبلغ حوالي 98% عبر جميع الأسطح، في حين لا تحقق الأكواب الورقية سوى حوالي 76% من الدقة اللونية عند الحديث عن طباعات جزئية، وهي النسبة التي تكتفي بها معظم العلامات التجارية.

دقة الطباعة، وثبات الألوان، وخيارات التخصيص

يمكن لأفضل آلات طباعة الأكواب البلاستيكية إنتاج الصور بدقة تصل إلى حوالي 1200 نقطة في البوصة بفضل تقنية الحبر العاكس للأشعة فوق البنفسجية، مما يجعل من الممكن إنشاء تأثيرات معدنية لامعة وتدرجات ناعمة لا تعمل بشكل جيد على السطح الخشن للورق. وعند النظر إلى الأنظمة القائمة على الورق والتي تعتمد على الطباعة بالتنقل، فإنها عادةً ما تصل إلى دقة حوالي 600 نقطة في البوصة، ويكون نطاق الألوان لديها أصغر بنسبة 18 بالمئة تقريبًا بسبب امتصاص الورق لكمية كبيرة من الحبر. ومع ذلك، يُظهر المصنعون الإبداع حاليًا. فقد بدأت معدات الطباعة على البلاستيك الآن في دمج خيارات قابلة للتحلل البيولوجي من أجل الصديقة للبيئة، في حين بدأت العديد من أنظمة الورق باستخدام معالجات بالليزر قبل الطباعة لتحسين التصاق الحبر بالأسطح، مما يمنحها تحسنًا يقارب 40 بالمئة في التصاق الحبر وفقًا للاختبارات الحديثة.

إدراك المستهلك: الوسم البيئي مقابل القابلية الفعلية لإعادة التدوير

على الرغم من أن حوالي 67٪ من الأشخاص يعتقدون أن الأكواب الورقية صديقة للبيئة وفقًا لتقرير EcoPack لعام 2023، فإن الحقيقة مختلفة تمامًا. ففقط 12 كوبًا من كل 100 كوب ورقي مغلف بالبولي إيثيلين يتم إعادة تدويرها فعليًا، في حين تصل نسبة الأكواب المصنوعة من مادة الـPET إلى نحو 29٪. ومع ذلك، يحاول القطاع تجربة شيء جديد. فكثير من العاملين على آلات طباعة الأكواب البلاستيكية يضعون الآن رموزًا استجابة سريعة (QR) على منتجاتهم ليتسنى للمستهلكين معرفة ما يحدث بعد التخلص منها. كما شهدت الشركات نتائج أفضل أيضًا، حيث ازداد مستوى الثقة بنسبة تقارب 22٪ عندما توضح هذه الرموز وجهة المنتجات في النهاية. ومع ذلك، لا يزال الشكل الجذاب مهمًا جدًا في قرارات الشراء الاندفاعية. إذ تعتمد حوالي نصف عمليات الشراء الاندفاعية بشكل كبير على مدى جاذبية المنتج عند النظر إليه لأول مرة.

مقارنة الكفاءة الإنتاجية والتكلفة والاستدامة

سرعة التصنيع، والإنتاجية، وقدرات الدمج

يمكن لآلات طباعة الأكواب البلاستيكية إنتاج ما بين 1,200 إلى 1,500 كوب كل دقيقة بفضل أنظمة الطباعة الفليكسو الدوارة. وتتفوق هذه الآلات على نظيراتها التي تستخدم الورق بنسبة تتراوح بين 25 إلى 30 بالمئة، لأن البلاستيك يُعالج بشكل أفضل أثناء الإنتاج. ورغم أن أنظمة الورق تعمل أيضًا بسرعات عالية، إلا أنها تحتاج إلى محاذاة دقيقة جدًا عند التعامل مع المواد المطلية، مما يقلل من إنتاجها ليصل إلى حوالي 900 إلى 1,100 كوب في الدقيقة. والآن، تأتي الآلات التي تعالج كلا النوعين من الأكواب مزودة بذراع روبوتية مدمجة. ويقلل هذا التكوين من الوقت اللازم للتبديل بين المواد بنسبة تقارب أربعين بالمئة، ما يجعل العمليات أكثر مرونة بشكل عام وفقًا لأبحاث حديثة من ScienceDirect عام 2023.

استهلاك الطاقة والأثر الكربوني في إنتاج الأكواب

عندما يتعلق الأمر بصنع الأكواب، فإن البلاستيك في الواقع يتطلب طاقة أقل بنسبة 40 بالمئة تقريبًا مقارنة بالمنتجات الورقية. ومع ذلك، توجد نقطة خلاف عند النظر إلى الانبعاثات الكربونية. فالأكواب البلاستيكية تطلق حوالي 2.1 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون المكافئ لكل 1000 وحدة يتم إنتاجها، في حين تبلغ الأكواب الورقية 1.4 كغ وفقًا لأبحاث نُشرت في مجلة Journal of Cleaner Production عام 2023. وتكمن причина هذا الفرق بشكل رئيسي في الطريقة التي يُعامل بها الورق قبل أن يصبح أكوابًا. إذ يحتاج الورق إلى طلاءات شرهة للطاقة تُطبّق أثناء التصنيع، في حين أن للبلاستيك مشكلاته البيئية الخاصة الناتجة عن الاعتماد على الوقود الأحفوري منذ البداية. ومع ذلك، بدأ بعض المصنّعين في تنفيذ تقنية التجفيف الحراري الشمسي، والتي تساعد في خفض استهلاك الطاقة الإجمالي بنسبة 18% تقريبًا بغض النظر عما إذا كانوا يعملون بمواد بلاستيكية أو ورقية.

تحليل التكلفة على نطاق واسع: آلات طباعة الأكواب البلاستيكية مقابل الورقية

عند أحجام إنتاج تبلغ 10 ملايين وحدة، تكون تكلفة طباعة الأكواب الورقية أعلى بنسبة 18٪ من البلاستيك بسبب ما يلي:

• بنية تحتية لتجفيف الحبر القائم على الماء (بزيادة تتراوح بين 220 ألف و350 ألف دولار)
• أجهزة طلاء بطبقة البولي إيثيلين التي تتطلب صيانة أكثر بنسبة 30٪
• نسبة فاقد أعلى في المادة الأساسية (6.2٪ مقابل 4.1٪ للبلاستيك)

تُقلل الأنظمة ذات المواد المزدوجة التكلفة لكل وحدة بنسبة 12٪ عند التشغيل بنسب 60/40 ورق إلى بلاستيك (ScienceDirect 2023).

اتجاهات الاستدامة: الطلاءات القابلة للتحلل والمواد الهجينة

تشمل الابتكارات في عام 2024 ما يلي:

• طبقات قابلة للتحلل مصنوعة من مادة PLA تحل محل 82٪ من مادة البولي إيثيلين في الأكواب الورقية
• مركبات هجينة من مادة PET ومادة اللب توفر متانة تشبه البلاستيك مع احتواء 50٪ من المواد البيولوجية
• نظام تجفيف بالأشعة فوق البنفسجية LED الذي يلغي 90٪ من انبعاثات المذيبات

تُظهر تحليل دورة حياة لعام 2023 أن المواد من الجيل التالي يمكن أن تقلل البصمة الكربونية لطباعة الأكواب بنسبة 34٪ بحلول عام 2026 من خلال تعزيز ألياف النانو السليلوزية وأحبار مشتقة من الطحالب.

الرواد في السوق والابتكارات في الطباعة ذات الركيزة المزدوجة

ZHEJIANG GUANGCHUAN MACHINERY CO LTD: حلول متكاملة لأكواب الورق والبلاستيك

أصبحت شركة ZHEJIANG GUANGCHUAN MACHINERY CO LTD لاعبًا رئيسيًا في تقنية الركيزة المزدوجة، حيث طوّرت أنظمة هجينة تجمع بين إنتاج أكواب الورق المطلي وبوليمر PET على منصة واحدة. ويُمكّن التصميم الخاص لفوهة الشركة من تحقيق استخدام بنسبة 98 بالمئة تقريبًا من المواد، وذلك بفضل قدرتها على تعديل سماكة الحبر ودرجات حرارة التصلب تلقائيًا وفقًا لما يُطلب في كل لحظة، كما ورد في أحدث نتائج دراسة سوق تقنيات الطباعة لعام 2024. وما يميز هذه التقنية حقًا هو تقليلها المزعج المتكرر لتغيير رؤوس الطباعة الذي كان يستغرق الكثير من الوقت سابقًا. فزمن الإعداد ينخفض بنحو 40%، ما يعني تشغيل خطوط الإنتاج بشكل أسرع. وبالنسبة لشركات المشروبات متوسطة الحجم، فإن ذلك يُرجم إلى توفير ما يقارب 32 طنًا متريًا من النفايات سنويًا مقارنة بالأساليب التقليدية.

آلات الطباعة الجديدة لأكواب الركيزة المزدوجة والنظرة المستقبلية

تأتي الأنظمة الحديثة مزودة بذكاء اصطناعي يمكنه التعرف على المواد المختلفة، وبالتالي يمكنها التبديل تلقائيًا بين البلاستيك والورق دون الحاجة إلى إعادة المعايرة يدويًا. فعلى سبيل المثال، تُجفف الآلات الهجينة التي تستخدم إضاءة الأشعة فوق البنفسجية من نوع LED المواد المغلفة بالشمع بسرعة أكبر بنسبة 27 بالمئة تقريبًا مقارنةً بالأنظمة القديمة التي تعتمد على الأشعة تحت الحمراء، ومع ذلك ما زالت قادرة على تحقيق دقة طباعة تصل إلى 1200 نقطة في البوصة على مواد البولي إيثيلين تيرفثاليت (PET). ووفقًا لتقرير توقعات التغليف المستدام لعام 2024، قد تصل الحصة السوقية للطلاءات القابلة للتحلل البيولوجي المصنوعة من مادة PLA إلى حوالي 58 بالمئة من سوق أكواب الورق بحلول عام 2027. ولهذا السبب يعمل المصنعون بجد على تطوير ألوان طباعة مستمدة من مصادر بيولوجية وتكون فعّالة مع كل من الأغشية البوليمرية وألياف السليلوز. ويحتاج قطاع الصناعة إلى هذا النوع من المرونة والاستدامة دون التأثير على سرعة الإنتاج.

الأسئلة الشائعة

ما أنواع الألوان المطلوبة للطباعة على بلاستيك PET والورق المطلي بالبولي إيثيلين؟

يتطلب بلاستيك PET استخدام ألوان ذات أساس مذيب بسبب سطحه الناعم غير الماص، في حين أن الورق المطلي بالبولي إيثيلين يعمل بشكل جيد مع الألوان ذات الأساس المائي.

كيف تؤثر معالجة الكورونا على آلة طباعة أكواب البلاستيك PET؟

تزيد معالجة الكورونا من طاقة سطح البلاستيك PET بنسبة حوالي 40٪، مما يحسن التصاق الحبر.

هل الأكواب البلاستيكية أكثر صداقة للبيئة من الأكواب الورقية؟

رغم أن إنتاج الأكواب البلاستيكية يتطلب طاقة أقل، فإنها تُطلق كميات أكبر من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالأكواب الورقية. ومع ذلك، لا يتم إعادة تدوير سوى 12% من الأكواب الورقية المطلية بالبولي إيثيلين، مقابل 29% من أكواب PET.