在工业凹版印版制造中,广大的外表区域要求高度的空间分辨率。而印刷辊的快速作业流程周期要求在很短的时间内,以微米级精度有用地雕琢若干平方米的面积。激光雕刻机在这一范畴的运用有如下特色:加工率高,聚集准确以及具有数字调制的优势。因为精密度、可重复性、灵活性和生产率的提高,直接激光微结构技能正在替代传统的凹版制版技能(例如用金刚石笔或化学蚀刻进行机械雕琢)。
旋转型凹版印版由一个均匀镀铜或镀锌的钢辊组成。图画信息被雕琢到镀铜或镀锌层里的细小网穴,将印墨搬运到基底上。一层薄的铬层可确保在剧烈研磨条件下印刷机仍具较长的运用寿命。经过运用刮刀,能够确保只传递网穴尺度断定的油墨量。
凹版印刷滚筒长0.3-4.4米,圆周长0.3-2.2米,外表积可达10平方米。当网屏分辨率为60-400线/厘米时,滚筒上的网穴数量一般为108到1010。为了在最经济的时间内做好图画处理,要求激光具有高脉冲重复率和高平均功率。
关于以热光烧蚀为途径的大规模微雕琢来说,最有用的办法是:选用一束脉冲激光光束,其单个激光脉冲创立一个完好的网穴。一种作业聚集平均功率为500瓦、重复频率为70千赫的调Q Nd:YAG激光体系能够使锌的体积烧蚀率到达1立方厘米/分钟,面积烧蚀率到达0.1平方米/分钟。网穴的形状由激光光束的强度波形决议。
Half-autotypical网穴(深度和直径在灰阶上均可变)能够由高斯光束波形的激光发生,而传统网穴(每一灰度值上深度改变直径不变)经过运用平底波形发生。网穴的巨细取决于脉冲能量,经过运用声光调制器由数字图画数据组操控。规模为25米到150米的直径,能够界说图画的网屏分辨率;规模为1米到40米的深度,能够界说印刷点的灰度值。
熔料的热传导和热对流有必要减至最低极限。因此,Daetwyler公司开发了一种顺便有机添加剂的特别电镀锌资料,其热传导性比一般锌结构更低。经过汽化烧蚀这种特别锌,熔化区域和毛刺能够被减至一层薄薄的沉积物(网穴周围2-3米内)。
整个滚筒外表经过一条接连的螺旋状网穴轨迹进行替换雕琢。当滚筒转速到达20转/秒时,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时只有4-6微米。这要求光束照耀滚筒的瞄准精度到达约1微米。
另一种办法是运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规模为30-100千赫。当频率为35千赫时,每次脉冲上有更多能量,然后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,因而雕琢出小网穴(如网屏为400线/厘米时直径为25微米)。
激光光束的操作对错触摸式的,与运用金刚石笔的机电雕琢比较,这是一个要害的优势。只要印刷工艺具有可猜测性和可重复性,就能在滚筒整个宽度上确保雕琢的均匀性。正是因为高可重复率,单发单穴激光工艺大约比机电雕琢快10倍。
光束强度波形调制
印刷商场上有许多不同的基底资料(比方纸张或弹性箔),每种资料有着不同的外表特性。油墨搬运的优化办法依赖于:基底外表(如粗糙度、油墨吸收能力)、油墨参数(如颜料的粘度或类型)、印版。关于每种不同状况,能够运用不同形状的雕琢网穴以到达最优。
除热传导和对流之外,网穴准确表示了激光光束的焦点强度波形。为了让每个网穴都到达特定形状,光束的立体强度波形是自动实时构成的,由图画数据操控的频率高达100千赫。
经过强度波形的自动调制以及每次激光脉冲能量的独立改变,每一单网穴的形状、直径和深度都能够独立决议。印版制造工艺中的这一新式网穴叫做超级Halfautotypical网穴(SHC),是Halfautotypical网穴的延伸(半自动型网穴的深度和直径是改变的,但不能独立操控)。
SHC调制使得一台激光体系就能雕琢各种网穴(传统的、Autotypical、Halfautotypical)。曩昔则需求不同的工艺(机电雕琢、化学蚀刻)。现在,能够生成全新网穴形状,然后为每种颜色%-阶调值和印刷基底优化油墨搬运特性和适印功能。
战略与运用
除了SHC光束波形调制的“单发单穴”办法外,还能够经过叠加接连激光脉冲的办法来规划雕琢网穴,只不过光点直径比要求的网穴尺度小(比方光点直径10-15微米,网穴尺度100微米)。所构成网穴的形状和内部结构有赖于调制、堆叠以及激光脉冲的扫描计划(如图画排版机扫描算法)。
接连波激光器是开关或灰阶调制的,能够雕琢出细小的堆叠条纹,构成菱形网穴。其优势在于图画的高分辨率(例如正向输送步长为10微米时分辨率到达1000线/厘米,光点直径为15-20 微米)。其下风在于生产能力的损耗,需求经过运用更高的调制频率(约1兆赫)以及多光束雕琢头来补偿。
因为其聚集时的高峰值功率,高亮度光纤激光器(200-600瓦,接连波,脉冲调制)或者超短脉冲激光器能够完成这种先进的雕琢办法。除了锌之外,这种高亮度相同能够用于雕琢其他资料,比方铜和陶瓷。
图画排版机扫描进程算法适用于许多高分辨率二维(印刷)运用和三维(印花)运用。例如雕琢RFID凹印辊。
印制电子技能是一项行将到来的新技能,电子元件和电路要求的高精度将为打印输出的准确性和均匀性设定新的基准。导体及半导体的有机或无机油墨大部分都是糊状的,印刷起来很费力。
关于这些油墨的均匀无孔分层来说,准确操控网穴几何形状和凹版印版的外表纹路对错常要害的。
总结与展望
激光技能结合了数字成像办法,改善了传统印刷制版工艺,提升了打印输出的功率、网屏规模、准确性和质量。能够运用相应的算法,使用不同的激光器类型。使用调制的激光光束波形,目前单发单穴SHC工艺是用于凹版的速度最快的工艺,可用于各种基底、油墨和印刷。运用高功率TEM00源的新式雕琢算法,将激光烧蚀办法的运用规模扩展至一系列的工业运用,如用于大面积资料转印的网纹辊、用于印刷电子的高精度凹版印刷图画以及用于三维印花东西。当必需的激光功率以及新式雕琢老练算法这两个条件都满意时,超短脉冲激光将能够推进和改善上述办法。将来所面对的挑战将是:运用皮秒超短脉冲激光来优化烧蚀工艺。
