Bei der Herstellung von industriellen Tiefdruckplatten erfordert eine große Oberfläche eine hohe räumliche Auflösung. Der schnelle Arbeitsablauf von Druckwalzen erfordert eine effektive Gravur einer Fläche von mehreren Quadratmetern mit einer Genauigkeit von Mikrometern in kurzer Zeit. Die Anwendung von Laser auf diesem Gebiet weist die folgenden Eigenschaften auf: hohe Verarbeitungsrate, präzise Fokussierung und die Vorteile der digitalen Modulation. Aufgrund der erhöhten Präzision, Wiederholbarkeit, Flexibilität und Produktivität ersetzt die direkte Lasermikrostrukturierung herkömmliche Techniken zur Herstellung von Tiefdruckplatten (z. B. mechanische Gravur mit Diamantstiften oder chemisches Ätzen).
Die Rotations-Tiefdruckplatte besteht aus einer einheitlichen Kupfer- oder verzinkten Stahlwalze. Die Bildinformationen werden in winzige Hohlräume in Kupfer- oder verzinkten Schichten eingraviert, um die Tinte auf das Substrat zu übertragen (siehe Abbildung 1). Eine dünne Chromschicht gewährleistet eine lange Lebensdauer des Druckers unter schwierigen Schleifbedingungen. Durch die Verwendung einer Rakel kann sichergestellt werden, dass nur die durch die Zellgröße bestimmte Tintenmenge abgegeben wird.
Der Tiefdruckzylinder ist 0,3 bis 4,4 Meter lang, der Umfang beträgt 0,3 bis 2,2 Meter und die Oberfläche kann 10 Quadratmeter erreichen. Wenn die Bildschirmauflösung 60 bis 400 Zeilen / cm beträgt, beträgt die Anzahl der Zellen auf der Trommel normalerweise 108 bis 1010. Um die Bildverarbeitung in der wirtschaftlichsten Zeit durchzuführen, müssen Laser eine hohe Pulswiederholungsrate und eine hohe Durchschnittsleistung aufweisen .
Für die Mikrogravur in großem Maßstab durch thermooptische Ablation ist die effektivste Methode die Verwendung eines gepulsten Laserstrahls, dessen einzelner Laserpuls einen vollständigen Maschenhohlraum erzeugt. Ein gütegeschaltetes Nd: YAG-Lasersystem mit einer durchschnittlichen Fokusleistung von 500 Watt und einer Wiederholungsrate von 70 kHz (siehe Abbildung 3) kann eine volumetrische Zinkablationsrate von 1 cm / min und eine Flächenablationsrate von 0,1 M erreichen / Mindest. Die Form der Zellen wird durch die Intensitätswellenform des Laserstrahls bestimmt.
Halbautotypische Zellen (sowohl Tiefe als auch Durchmesser sind in Graustufen variabel) können von einem Laser mit einer Gaußschen Strahlwellenform erzeugt werden, während herkömmliche Zellen (mit konstantem Tiefenänderungsdurchmesser bei jedem Grauwert) unter Verwendung von Wellenformen mit flachem Boden erzeugt werden ( siehe Abbildung 2). Die Größe des Maschenhohlraums hängt von der Impulsenergie ab und wird durch den digitalen Bilddatensatz unter Verwendung eines akustooptischen Modulators gesteuert. Der Durchmesser reicht von 25 Metern bis 150 Metern, wodurch die Bildschirmauflösung des Bildes definiert werden kann. Die Tiefe reicht von 1 Meter bis 40 Meter, wodurch der Grauwert der gedruckten Punkte definiert werden kann.
Die Wärmeübertragung und Konvektion der Schmelze muss minimiert werden. Aus diesem Grund hat Daetwyler ein spezielles galvanisch verzinktes Material mit organischen Additiven entwickelt, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit als gewöhnliche Zinkstrukturen aufweist. Durch Verdampfen und Ablatieren dieses speziellen Zinks können der Schmelzbereich und die Grate zu einer dünnen Sedimentschicht (innerhalb von 2-3 Metern um die Zelle herum) reduziert werden.
Die gesamte Oberfläche der Trommel wird abwechselnd von einer durchgehenden Spiralgitter-Hohlraumspur graviert. Wenn die Trommeldrehzahl 20 U / min erreicht, bewegt sich der Verarbeitungskopf mit einem Verfahrvorschub von 15 bis 150 Mikrometern / Umdrehung parallel zur Trommelachse (abhängig von der Bildschirmauflösung). Die Dicke der Maschenwand zwischen den Zellen beträgt bei maximalem Tonwert nur 4 bis 6 Mikrometer. Dies erfordert, dass die Zielgenauigkeit der Strahlbestrahlungswalze etwa 1 Mikron beträgt.
Ein anderes Verfahren besteht darin, einen pulsmodulierten Hochleistungsfaserlaser (durchschnittliche Leistung von 500 Watt) zu verwenden, dessen Impulswiederholungsfrequenz im Bereich von 30 bis 100 kHz moduliert werden kann. Wenn die Frequenz 35 kHz beträgt, gibt es bei jedem Impuls mehr Energie, so dass mit einem einzigen Schuss ein großes Loch gebohrt werden kann (z. B. ein Durchmesser von 140 Mikrometern, wenn der Bildschirm 70 Linien / cm beträgt). Wenn die Frequenz 100 kHz beträgt, wird die Energie bei jedem Impuls geringer, so dass ein kleines Netz geschnitzt wird (beispielsweise beträgt ein Bildschirm mit einem Durchmesser von 25 Mikrometern 400 Linien / cm).
Der Betrieb des gechirpten Laserstrahls ist berührungslos, was ein wesentlicher Vorteil gegenüber der elektromechanischen Gravur mit einem Diamantstift ist. Solange der Druckvorgang vorhersehbar und wiederholbar ist, kann die Gleichmäßigkeit der Gravur über die gesamte Breite des Zylinders gewährleistet werden. Aufgrund der hohen Wiederholgenauigkeit ist der Single-Shot-Single-Hole-Laserprozess etwa zehnmal schneller als die elektromechanische Gravur.
Wellenintensitätswellenmodulation
Auf dem Druckmarkt gibt es viele verschiedene Substratmaterialien (wie Papier oder flexible Folie) mit jeweils unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften. Die Optimierungsmethode für die Tintenübertragung hängt ab von: Substratoberfläche (wie Rauheit, Tintenabsorptionskapazität), Tintenparametern (wie Pigmentviskosität oder Modell) und Druckplatte. Für jede unterschiedliche Situation können unterschiedliche Formen von geformten Netzhohlräumen verwendet werden, um das Beste zu erzielen.
Zusätzlich zur Wärmeleitung und Konvektion repräsentieren die Zellen genau die Fokusintensitätswellenform des Laserstrahls. Damit jede Zelle eine bestimmte Form erreicht, wird die dreidimensionale Intensitätswellenform des Strahls in Echtzeit aktiv gebildet, und die von den Bilddaten gesteuerte Frequenz beträgt bis zu 100 kHz.
Durch die aktive Modulation der Intensitätswellenform und die unabhängige Änderung der Energie jedes Laserpulses können Form, Durchmesser und Tiefe jeder einzelnen Zelle unabhängig bestimmt werden. Dieser neue Maschentyp im Druckplattenherstellungsprozess wird als Super Halfautotypical Mesh (SHC) bezeichnet. Dies ist eine Erweiterung des Halfautotypical Mesh (Tiefe und Durchmesser des halbautomatischen Netzes sind variabel, können jedoch nicht unabhängig voneinander gesteuert werden).
Die SHC-Modulation ermöglicht es einem einzelnen Lasersystem, verschiedene Netze (traditionell, autotypisch, halbautotypisch) zu formen. In der Vergangenheit waren verschiedene Prozesse erforderlich (elektromechanische Gravur, chemisches Ätzen). Es können jetzt neue Netzformen generiert werden, um die Tintenübertragungseigenschaften und die Bedruckbarkeit für jeden Farbtonwert und jedes bedruckte Substrat zu optimieren.
Strategie und Anwendung
Zusätzlich zum "Einzelschuss- und Einloch" -Verfahren der SHC-Strahlwellenformmodulation ist es auch möglich, Gravurnetze durch Überlagerung kontinuierlicher Laserpulse zu entwerfen, aber der Durchmesser des Lichtflecks ist kleiner als die erforderliche Maschengröße (wie z Durchmesser des Lichtflecks 10-15 Mikron, Zellgröße 100 Mikron). Die Form und innere Struktur des gebildeten Hohlraums hängt vom Abtastschema von Modulation, Überlappung und Laserpulsen ab (wie dem Abtastalgorithmus der Bildsetzmaschine).
Zwitschernde Dauerstrichlaser sind geschaltet oder grauwertmoduliert und können kleine überlappende Streifen gravieren, um rautenförmige Maschenlöcher zu bilden. Sein Vorteil liegt in der hohen Auflösung des Bildes (zum Beispiel erreicht die Auflösung 1000 Linien / cm und der Lichtfleckdurchmesser beträgt 15-20 Mikrometer, wenn die Vorwärtsförderschrittgröße 10 Mikrometer beträgt). Der Nachteil liegt im Verlust der Produktionskapazität, der durch die Verwendung einer höheren Modulationsfrequenz (ca. 1 MHz) und eines Mehrstrahl-Gravurkopfes ausgeglichen werden muss.
Hochhelle Faserlaser (200-600 Watt, Dauerstrich, Pulsmodulation) oder ultrakurze Pulslaser können aufgrund ihrer hohen Spitzenleistung beim Fokussieren diese fortschrittliche Gravurmethode erreichen. Neben Zink kann diese hohe Helligkeit auch zum Gravieren anderer Materialien wie Kupfer und Keramik verwendet werden.
Der Algorithmus zum Scannen von Bildsetzmaschinen ist für viele hochauflösende zweidimensionale (Druck-) und dreidimensionale (Druck-) Anwendungen geeignet. Wie Gravur RFID Tiefdruckwalze.
Die gedruckte elektronische Technologie ist eine neue Technologie. Die hohe Präzision, die elektronische Komponenten und Schaltungen erfordern, wird einen neuen Maßstab für die Genauigkeit und Gleichmäßigkeit der Druckausgabe setzen. Die meisten organischen und anorganischen Tinten für Leiter und Halbleiter sind pastös und schwer zu drucken.
Für eine gleichmäßige, nicht poröse Schichtung dieser Tinten ist eine genaue Kontrolle der Zellgeometrie und der Oberflächentextur von Tiefdruckplatten entscheidend. Fig. 5C zeigt den Gravurtest der RFID-Tag-Antenne, und die Konturlinienbreite beträgt nur 10 Mikrometer.
Die Holmium-Lasertechnologie kombiniert digitale Bildgebungsmethoden, verbessert das traditionelle Verfahren zur Herstellung von Druckplatten und verbessert die Effizienz, den Bildschirmbereich, die Genauigkeit und die Qualität der Druckausgabe. Entsprechende Algorithmen können verwendet werden, um verschiedene Lasertypen zu verwenden. Unter Verwendung der modulierten Laserstrahlwellenform ist das Single-Shot-Single-Hole-SHC-Verfahren derzeit das schnellste Verfahren für den Tiefdruck, das für verschiedene Substrate, Tinten und Drucke verwendet werden kann. Ein neuer Gravuralgorithmus unter Verwendung einer Hochleistungs-TEM00-Quelle erweitert die Anwendung von Laserablationsverfahren auf eine Reihe industrieller Anwendungen, wie z. B. Rasterwalzen für den großflächigen Materialtransfer, hochpräzise Tiefdruckmuster für die Druckelektronik und für den 3D-Druck Werkzeuge. Wenn sowohl die erforderliche Laserleistung als auch der neue ausgereifte Gravuralgorithmus erfüllt sind, kann der Ultrakurzpulslaser das obige Verfahren fördern und verbessern. Die vor uns liegende Herausforderung wird darin bestehen, ultrakurze Pikosekunden-Pulslaser zu verwenden, um den Ablationsprozess zu optimieren.
