激光微构造技术将取代传统的凹版制版技术

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时间:2019-03-24

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1、激光微构造技术将取代传统的凹版制版技术核心提示:由于精密度、可重复性、灵活性和生产率的提高,直接激光微构造技术正在取代传统的凹版制版技术(例如用金刚石笔或化学蚀刻进行机械雕刻)。将激光应用到工业凹版印版制作中有如下特点:加工率高,聚焦精确以及具备数字调制的优势。在工业凹版印版制作中,宽大的表血区域要求高度的空间分辨率。而印刷辘的快速工作流程周期要求在很短的时间内,以微米级精度有效地雕刻若干平方米的面积。激光在这一领域的应用有如下特点:加工率高,聚焦精确以及具备数字调制的优势。由于精密度、可重复性、灵活性和生产率的提高,直接激光微

2、构造技术正在取代传统的凹版制版技术(例如用金刚石笔或化学蚀刻进行机械雕刻)。旋转型凹版印版由一个均匀镀铜或镀锌的钢辗组成。图像信息被雕刻到镀铜或镀锌层里的微小网穴,将印墨转移到基底上。一层薄的縮层可确保在剧烈研磨条件下印刷机仍具较长的使用寿命。通过使用刮刀,能够确保只传递网穴尺寸确立的油墨量。凹版印刷滚筒长0.3〜4.4米,圆周长0.3—2.2米,表面积可达10平方米。当网屏分辨率为60〜400线厘米时,滚筒上的网穴数量通常为108〜1010。为了在最经济的吋间内做好图像处理,要求激光具有高脉冲重复率和高平均功率。对于以热光烧蚀

3、为途径的大规模微雕刻来说,最有效的方法是:采用一束脉冲激光光束,其单个激光脉冲创建一个完整的网穴。一种工作聚焦平均功率为500瓦、重复频率为70千赫的调QNdYAG激光系统(参见图3)能够使锌的体积烧蚀率达到lcm3分钟,面积烧蚀率达到0.1m2分钟。网穴的形状由激光光束的强度波形决定。Half-autotypical网穴(深度和直径在灰阶上均可变)可以由高斯光束波形的激光产生,而传统网穴(每一灰度值上深度变化直径不变)通过使用平底波形产生。网穴的大小取决于脉冲能量,通过使用声光调制器由数字图像数据组控制。范围为25米到150米

4、的直径,可以定义图像的网屏分辨率;范围为1米到40米的深度,可以定义印刷点的灰度值。熔料的热传导和热对流必须减至最低限度。因此,Daetwyler公司开发了一种附带有机添加剂的特殊电镀锌材料,其热传导性比普通锌结构更低。通过汽化烧蚀这种特殊锌,熔化区域和毛刺可以被减至一层薄薄的沉积物(网穴周围2〜3米内)。整个滚筒表面通过一条连续的螺旋状网穴轨道进行交替雕刻。当滚筒转速达到20转秒吋,加工头以15〜150微米转的横移进给量,平行于滚筒轴线移动(取决于网屏分辨率)。网穴之间的网墙厚度在阶调值最大吋只有4〜6微米。这要求光束照射滚筒

5、的瞄准精度达到约1微米。另一种方法是使用脉冲调制的高功率光纤激光器(平均功率500瓦),其脉冲重复频率可调制范围为30-100千赫。当频率为35千赫吋,每次脉冲上有更多能量,从而使得单次击发能够钻出大网穴(如网屏为70线厘米时直径为140微米)。当频率为100千赫时,每次脉冲上的能量变少,因而雕刻出小网穴(如网屏为400线厘米时直径为25微米)。激光光束的操作是非接触式的,与使用金刚石笔的机电雕刻相比,这是一个关键的优势。只要印刷工艺具备可预测性和可重复性,就能在滚筒整个宽度上保证雕刻的均匀性。正是因为高可重复率,单发单穴激光工

6、艺大约比机电雕刻快10倍。光束强度波形调制印刷市场上有许多不同的基底材料(比如纸张或弹性箔),每种材料有着不同的表面特性。油墨转移的优化方法依赖于:基底表面(如粗糙度、油墨吸收能力)、油墨参数(如颜料的粘度或型号)、印版。对于每种不同情况,可以使用不同形状的雕刻网穴以达到最优。除热传导和对流之外,网穴精确表示了激光光束的焦点强度波形。为了让每个网穴都达到特定形状,光束的立体强度波形是主动实时形成的,由图像数据控制的频率高达wor赫。这一立体调制技术的总体方案如图4所示。通过强度波形的主动调制以及每次激光脉冲能量的独立变化,每一单

7、网穴的形状、玄径和深度都可以独立决定。印版制作丁艺中的这一新型网穴叫做超级Halfautotypical网穴(SHC),是Halfautotypical网穴的延伸(半口动型网穴的深度和直径是变化的,但不能独立控制)OSHC调制使得一台激光系统就能雕刻各种网穴(传统的、Autotypical>Halfautotypical)o过去则需要不同的工艺(机电雕刻、化学蚀刻)。现在,能够生成金新网穴形状,从而为每种颜色%■阶调值和印刷基底优化油墨转移特性和适印性能。战略与应用除了SHC光束波形调制的“单发单穴"方法外,述可以通过叠加连续激

8、光脉冲的方式来设计雕刻网穴,只不过光点直径比要求的网穴尺寸小(比如光点直径10〜15微米,网穴尺寸100微米)。所形成网穴的形状和内部结构有赖于调制、重叠以及激光脉冲的扫描方案(如图像排版机扫描算法)。连续波激光器是开关或灰阶调制的,可以雕刻出细小的重叠条纹,形

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