În producerea plăcilor de tipărire a gravurilor industriale, o suprafață largă necesită o rezoluție spațială ridicată. Ciclul rapid de lucru al rolelor de imprimare necesită o gravare eficientă a unei zone de câțiva metri pătrați, cu o precizie la nivel de micron într-o perioadă scurtă de timp. Aplicarea laserului în acest domeniu are următoarele caracteristici: rata mare de procesare, focalizarea precisă și avantajele modulației digitale. Datorită preciziei, repetabilității, flexibilității și productivității sporite, microstructurarea directă cu laser înlocuiește tehnicile tradiționale de realizare a gravurilor (cum ar fi gravura mecanică cu stilouri cu diamant sau gravură chimică).
Placa de imprimare cu gravură rotativă constă dintr-un role uniform din cupru sau din oțel zincat. Informațiile imaginii sunt gravate în cavități minuscule din straturi de cupru sau galvanizate pentru a transfera cerneala în substrat (a se vedea figura 1). Un strat subțire de crom asigură o durată lungă de viață a imprimantei în condiții severe de șlefuire. Folosind o lamă de medic, este posibil să se asigure că este livrată numai cantitatea de cerneală determinată de mărimea celulei.
Cilindrul de tipărire a gravurii are o lungime de 0,3-4,4 metri, circumferința este de 0,3-2,2 metri, iar suprafața poate atinge 10 metri pătrați. Când rezoluția ecranului este de 60-400 de linii / cm, numărul de celule de pe tambur este de obicei de 108 până la 1010. Pentru a face procesarea imaginilor în cel mai economic timp, laserele trebuie să aibă o rată de repetare puls mare și o putere medie ridicată. .
Pentru micro-gravură la scară largă prin ablație termo-optică, cea mai eficientă metodă este utilizarea unui fascicul laser cu puls, al cărui impuls laser unic creează o cavitate completă a ochiurilor de plasă. Un sistem laser Q-Y Nd: YAG cu o putere de focalizare medie de 500 wați și o rată de repetiție de 70 kHz (a se vedea figura 3) poate atinge o viteză de ablație volumetrică a zincului de 1 cm / min și o rată de ablare a zonei de 0,1 M / min. Forma celulelor este determinată de forma de undă a intensității fasciculului laser.
Celulele semiautotipice (atât adâncimea cât și diametrul sunt variabile în scala de gri) pot fi generate de un laser cu o formă de undă gaussiană, în timp ce celulele tradiționale (cu diametru constant de schimbare a adâncimii la fiecare valoare gri) sunt generate prin utilizarea unor forme de undă cu fund plat ( vezi figura 2). Mărimea cavității ochiurilor de plasă depinde de energia pulsului și este controlată de datele de imagine digitale setate cu ajutorul unui modulator acousto-optic. Diametrul este cuprins între 25 de metri și 150 de metri, ceea ce poate defini rezoluția ecranului imaginii; adâncimea este cuprinsă între 1 metru și 40 de metri, ceea ce poate defini valoarea gri a punctelor tipărite.
Transferul de căldură și convecția topiturii trebuie să fie reduse la minimum. Prin urmare, Daetwyler a dezvoltat un material electro-galvanizat special cu aditivi organici, care are o conductivitate termică mai mică decât structurile obișnuite de zinc. Prin vaporizarea și ablarea acestui zinc special, zona de topire și burrs pot fi reduse la un strat subțire de sediment (la 2-3 metri în jurul celulei).
Întreaga suprafață a tamburului este gravată alternativ de o pistă continuă a cavității cu ochiuri de spirală. Când viteza tamburului atinge 20 rpm, capul de procesare se deplasează la o alimentare transversală de 15-150 microni / revoluție, paralel cu axa tamburului (în funcție de rezoluția ecranului). Grosimea peretelui de plasă dintre celule este de doar 4-6 microni la valoarea maximă a tonului. Acest lucru necesită ca precizia de vizare a rolei de iradiere a fasciculului să fie de aproximativ 1 micron.
O altă metodă este utilizarea unui laser cu fibre de înaltă putere, modulat prin impulsuri (putere medie de 500 wați), a cărui frecvență de repetare a impulsului poate fi modulată în intervalul de 30-100 kHz. Când frecvența este de 35 kHz, există mai multă energie pe fiecare impuls, astfel încât o singură lovitură poate găuri o gaură mare (cum ar fi un diametru de 140 microni când ecranul are 70 de linii / cm). Când frecvența este de 100 kHz, energia de pe fiecare impuls devine mai mică, astfel încât o plasă mică este sculptată (de exemplu, un ecran cu un diametru de 25 microni este de 400 de linii / cm).
Funcționarea fasciculului laser chircuit este fără contact, ceea ce reprezintă un avantaj esențial în comparație cu gravura electromecanică folosind un stilou de diamant. Atâta timp cât procesul de imprimare este previzibil și repetabil, uniformitatea gravurii poate fi garantată pe întreaga lățime a cilindrului. Datorită repetabilității ridicate, procesul laser cu o singură lovitură cu o singură gaură este de aproximativ 10 ori mai rapid decât gravura electromecanică.
Modulația formei de undă a intensității fasciculului
Există multe materiale de substrat diferite pe piața de imprimare (cum ar fi hârtie sau folie flexibilă), fiecare având caracteristici diferite ale suprafeței. Metoda de optimizare a transferului de cerneală depinde de: suprafața substratului (cum ar fi rugozitatea, capacitatea de absorbție a cernelei), parametrii de cerneală (precum vâscozitatea sau modelul pigmentului) și placa de imprimare. Pentru fiecare situație diferită, se pot utiliza diferite forme de cavități de plasă sculptate pentru a obține cele mai bune.
În plus față de conducta și convecția căldurii, celulele reprezintă cu exactitate forma de undă a intensității focale a fasciculului laser. Pentru a face ca fiecare celulă să atingă o formă specifică, forma de undă a intensității tridimensionale a fasciculului este formată activ în timp real, iar frecvența controlată de datele imaginii este de până la 100 kHz.
Prin modularea activă a formei de undă a intensității și schimbarea independentă a energiei fiecărui puls laser, forma, diametrul și adâncimea fiecărei celule pot fi determinate independent. Acest nou tip de plasă în procesul de fabricație a plăcilor de tipărire se numește o plasă Super Halfautotipă (SHC), care este o extensie a plasei Halfautotipice (adâncimea și diametrul ochiurilor semiautomate sunt variabile, dar nu pot fi controlate independent).
Modulația SHC permite unui singur sistem laser să sculpteze diverse ochiuri (tradiționale, Autotipice, Halfautotipice). În trecut, au fost necesare diferite procese (gravură electromecanică, gravură chimică). Noi forme de plasă pot fi acum generate pentru a optimiza caracteristicile de transfer de cerneală și imprimabilitatea pentru fiecare valoare% ton de culoare și substrat imprimat.
Strategie și aplicare
În plus față de metoda de tip „single shot and single trou” de modulare a formei de undă SHC, este posibilă și proiectarea ochiurilor de gravare prin suprapunerea impulsurilor laser continue, dar diametrul punctului de lumină este mai mic decât dimensiunea rețelei necesare (cum ar fi diametrul spotului luminos 10-15 Micron, dimensiunea celulei 100 microni). Forma și structura internă a cavității formate depind de schema de scanare a modulării, suprapunerii și impulsurilor laser (cum ar fi algoritmul de scanare al mașinii de tiparire a imaginilor).
Laserele cu undă continuă chirped sunt comutate sau modulate la scară gri, și pot înregistra mici dungi suprapuse pentru a forma găuri în formă de diamant. Avantajul său constă în rezoluția înaltă a imaginii (de exemplu, rezoluția atinge 1000 de linii / cm, iar diametrul punctului luminos este de 15-20 microni, când dimensiunea pasului de transport înainte este de 10 microni). Dezavantajul constă în pierderea capacității de producție, care trebuie compensată folosind o frecvență de modulație mai mare (aproximativ 1 MHz) și un cap de gravare cu mai multe raze.
Datorită puterii sale de vârf ridicate atunci când focalizarea, laserele cu fibre de înaltă luminozitate (200-600 wați, undă continuă, modulare puls) sau lasere cu impulsuri ultra-scurte pot realiza această metodă avansată de gravare. Pe lângă zinc, această luminozitate ridicată poate fi folosită și pentru gravarea altor materiale, cum ar fi cuprul și ceramica.
Algoritmul procesului de scanare a utilajelor de tiparire a imaginilor este potrivit pentru multe aplicații bidimensionale (imprimare) de înaltă rezoluție și aplicații tridimensionale (imprimare). Cum ar fi gravura rolei de gravură RFID.
Tehnologia electronică tipărită este o nouă tehnologie. Precizia ridicată cerută de componentele și circuitele electronice va stabili un nou punct de referință pentru exactitatea și uniformitatea producției de imprimare. Majoritatea cernelurilor organice și anorganice pentru conductoare și semiconductoare sunt pastoase și greu de imprimat.
Pentru stratificarea uniformă și non-poroasă a acestor cerneluri, un control precis al geometriei celulare și a texturii suprafeței plăcilor gravure este esențial. Fig. 5C prezintă testul de gravare al antenei cu etichete RFID, iar lățimea liniei de contur este de numai 10 microni.
Tehnologia cu laser Holmium combină metode de imagistică digitală, îmbunătățește procesul tradițional de realizare a tipăririi și îmbunătățește eficiența, gama de ecran, precizia și calitatea producției de imprimare. Algoritmii corespondenți pot fi folosiți pentru a utiliza diferite tipuri de laser. Folosind forma de undă cu raze laser modulate, procedeul SHC cu o singură poartă cu o singură gaură este în prezent cel mai rapid proces pentru gravură, care poate fi utilizat pentru diferite substraturi, cerneluri și imprimare. Un nou algoritm de gravare care utilizează o sursă TEM00 de mare putere extinde aplicarea metodelor de ablație cu laser la o serie de aplicații industriale, cum ar fi role de anilox pentru transfer de materiale cu suprafață mare, modele de imprimare gravure de înaltă precizie pentru electronice de imprimare și pentru imprimare 3D unelte. Când atât energia laser necesară, cât și noul algoritm matur de gravură sunt îndeplinite, laserul cu impuls ultra-scurt va putea promova și îmbunătăți metoda de mai sus. Provocarea viitoare va fi utilizarea laserelor cu impuls ultrashort picosecund pentru a optimiza procesul de ablație.
