제판 용 레이저 미세 구조 기술
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산업용 그라비어 플레이트 제조에서, 넓은 표면적은 고도의 공간 해상도를 요구한다. 인쇄 롤러의 빠른 작동주기는 짧은 시간에 수 미터의 정밀도로 수 평방 미터의 효과적인 조각 작업이 필요합니다. 이 분야의 레이저 응용 분야는 높은 처리 속도, 정밀한 집속 및 디지털 변조와 같은 특성을 가지고 있습니다. 다이렉트 레이저 미세 구조 기술은 정밀도, 반복성, 유연성 및 생산성 향상으로 전통적인 그라비어 제조 기술 (예 : 다이아몬드 펜 또는 화학 에칭과 같은 기계 조각)을 대체합니다.
회전 그라비어 판은 균일 한 구리 또는 아연 도금 강 롤로 구성됩니다. 이미지 정보는 기판에 잉크를 전사하는 구리 또는 아연 도금층의 작은 셀에 새겨 져 있습니다 (그림 1 참조). 크롬의 얇은 층은 심각한 연삭 조건에서 프레스의 긴 수명을 보장합니다. 닥터 블레이드 (doctor blade)를 사용함으로써, 셀의 크기에 의해 결정되는 잉크의 양만이 전달되도록 보장된다.
그라비어 인쇄 실린더는 0.3 내지 4.4 미터의 길이, 0.3 내지 2.2 미터의 원주 및 10 평방 미터의 표면적을 갖는다. 화면 해상도가 60 ~ 400 라인 / cm 인 경우 드럼의 셀 수는 일반적으로 108 ~ 1010입니다. 가장 경제적 인 시간에 이미지 처리를 수행하려면 레이저에 높은 펄스 반복률과 높은 평균 전력.
열 제거 방식의 대규모 마이크로 조각의 경우 가장 효과적인 방법은 단일 레이저 펄스로 펄스 레이저 빔을 사용하여 완전한 셀을 만드는 것입니다. 500 와트의 평균 작동 전력 및 70 kHz의 반복율을 갖는 Q- 스위치드 Nd : YAG 레이저 시스템 (도 3 참조)은 아연의 부피 제거율이 1 cm3 / min에 도달하고 면적 절삭 율이 0.1 m2 / 분. 셀의 모양은 레이저 빔의 강도 파형에 의해 결정됩니다.
Gaussian 빔 파형을 사용하여 레이저로 반자동 셀 (깊이와 지름 모두 가변적)을 생성 할 수 있지만 평면형 파형을 사용하여 전통적인 셀 (회색 값마다 다양한 깊이가 있음)을 생성합니다 (그림 2 참조). 세포의 크기는 펄스 에너지에 의존하며, 음향 - 광 변조기를 사용하여 디지털 이미지 데이터 세트에 의해 제어된다. 직경 25m에서 150m 범위는 이미지의 화면 해상도를 정의합니다. 1 미터에서 40 미터 사이의 깊이는 인쇄 된 점의 회색 값을 정의합니다.
열전달 및 용융물의 열 대류는 최소화되어야합니다. 결과적으로, Daetwyler는 일반적인 아연 구조보다 열 전도성이 적은 유기 첨가제를 사용하여 특수 전기 갈바 라이즈 재료를 개발했습니다. 이 특별한 아연을 증발로 제거하면 용융 구역과 버가 얇은 증착 층 (셀 주변 2 ~ 3m 이내)으로 줄일 수 있습니다.
전체 드럼 표면은 연속 나선형 메쉬 트랙에 의해 교대로 새겨 져 있습니다. 드럼 속도가 20 rpm에 도달하면 가공 헤드가 드럼 축과 평행 한 15 ~ 150 μm / rev의 이송 피드로 이동합니다 (화면 해상도에 따라 다름). 톤 값이 최대 인 경우 셀 사이의 메쉬 벽 두께는 4 ~ 6 마이크론입니다. 이는 드럼을 약 1 미크론으로 비추기 위해 빔의 목표 정확성을 요구한다.
또 다른 방법은 30-100 kHz의 펄스 반복 주파수 변조 범위를 갖는 펄스 변조 된 고전력 파이버 레이저 (평균 전력 500 와트)를 사용하는 것입니다. 주파수가 35 kHz 인 경우 펄스 당 더 많은 에너지가있어 한 번에 큰 셀을 칠할 수 있습니다 (예 : 화면이 70 라인 / cm 인 경우 140 마이크론의 화면). 주파수가 100 kHz 인 경우, 펄스 당 에너지가 작아지고, 따라서 작은 셀이 조각된다 (예를 들어, 스크린이 400 라인 / cm 일 때 직경이 25 ㎛ 인 스크린).
레이저 빔의 작동은 비접촉식이며 다이아몬드 펜을 사용하는 전자 기계 판화보다 중요한 이점입니다. 인쇄 프로세스가 예측 가능하고 반복 가능한 한, 드럼의 전체 폭에 걸쳐 조각의 균일 성을 보장 할 수 있습니다. 반복성이 높기 때문에 싱글 샷 단일 홀 레이저 공정은 전자 기계 조각보다 약 10 배 빠릅니다.
빔 강도 파형 변조
인쇄 시장에는 표면 특성이 서로 다른 다양한 소재 (예 : 종이 또는 탄성 호일)가 있습니다. 잉크 전달의 최적화는 기판 표면 (거칠기, 잉크 흡수 용량), 잉크 매개 변수 (안료의 점도 또는 모델), 인쇄판 등에 따라 달라집니다. 각각의 다른 경우에 대해, 새겨진 세포의 다른 형태가 최적을 달성하는 데 사용될 수 있습니다.
열전도 및 대류 이외에도 셀은 레이저 빔의 초점 강도 파형을 정확하게 나타냅니다. 각 셀의 구체적인 형상을 실현하기 위해, 빔의 입체 강도의 파형을 실시간으로 능동적으로 형성하고, 화상 데이터에 의해 제어되는 주파수는 100kHz 정도로 높다. 이 스테레오 변조 기술의 전반적인 구성이 그림 4에 나와 있습니다.
각 단일 셀의 모양, 직경 및 깊이는 강도 파형의 활성 변조와 각 레이저 펄스의 에너지의 독립적 인 변화에 의해 독립적으로 결정될 수 있습니다. 제판 공정에서의이 새로운 유형의 셀은 Halfautotypical 셀 (셀의 깊이와 직경은 다양하지만 독립적으로 제어되지는 않음)의 연장 인 Super Halfautotypical Cell (SHC)이라고합니다.
SHC 모듈레이션은 레이저 시스템이 다양한 셀 (전통적, Autotypical, Halfautotypical)을 새길 수있게합니다. 과거에는 여러 공정 (전자 기계 조각, 화학 에칭)이 필요했습니다. 이제는 새로운 셀 모양을 만들어 각 색상 % 톤 값 및 인쇄물에 대한 잉크 전송 특성과 인쇄 가능성을 최적화 할 수 있습니다.
전략 및 응용
SHC 빔 파형 변조의 "단일 샷 단일 홀"방법 이외에도, 스폿 직경이 필요한 셀 크기보다 작다는 점을 제외하고는 연속 레이저 펄스를 중첩하여 새겨진 셀을 설계하는 것도 가능합니다 (예 : 스팟 직경 10-15). Micron, 셀 크기 100 미크론). 형성된 셀의 모양 및 내부 구조는 레이저 펄스의 변조, 중첩 및 스캐닝 방식 (예 : 이미지 조판기 스캐닝 알고리즘)에 따라 달라집니다.
연속파 레이저는 다이아몬드 모양의 셀을 형성하는 작은 겹치는 줄무늬를 만들기 위해 스위치 또는 그레이 스케일 변조됩니다. 장점은 이미지의 고해상도입니다 (예를 들어, 10 미크론의 순 이송 단차 및 15-20 미크론의 스폿 직경을 갖는 1000 라인 / cm 해상도). 단점은 높은 변조 주파수 (약 1 MHz)와 멀티 빔 조각 헤드를 사용하여 보상해야하는 생산 능력의 손실입니다.
고휘도 파이버 레이저 (200-600 와트, 연속파, 펄스 변조) 또는 초단 펄스 레이저는 초점을 맞추는 동안 높은 피크 파워로 인해이 고급 조각 방법을 가능하게합니다. 아연 외에도이 고휘도는 구리 및 세라믹과 같은 다른 재료를 조각 할 때도 사용할 수 있습니다.
이미지 레이아웃 머신 스캐닝 프로세스 알고리즘은 많은 고해상도 2D (인쇄) 응용 프로그램 및 3D (인쇄) 응용 프로그램에 적합합니다. 예를 들어, RFID 그라비어 롤을 조각합니다.
인쇄 전자 제품은 곧 출시 될 신기술이며, 전자 부품 및 회로에 필요한 높은 정밀도는 인쇄 출력 정확도와 균일성에 대한 새로운 기준을 세울 것입니다. 도체 및 반도체의 대부분의 유기 또는 무기 잉크는 페이스트 상이며 인쇄하기가 매우 어렵습니다.
이러한 잉크의 균일하고 비 다공성 인 박리를 위해 그라비아 판의 셀 구조와 표면 질감을 정밀하게 제어하는 것이 중요합니다. 도 5c는 단지 10 미크론의 컨투어 폭을 갖는 RFID 태그 안테나의 조각 테스트를 도시한다.
요약 및 전망
레이저 기술은 디지털 이미징 방법을 결합하여 기존 인쇄 프로세스를 개선하고 인쇄 출력 효율, 화면 범위, 정확성 및 품질을 개선합니다. 다른 알고리즘을 사용하여 다양한 레이저 유형을 사용할 수 있습니다. 변조 된 레이저 빔 파형을 사용하여 단발 싱글 홀 SHC 공정은 현재 그라비아의 가장 빠른 공정이며 다양한 인쇄물, 잉크 및 인쇄에 사용될 수 있습니다. 고출력 TEM00 소스를 사용하는 새로운 조각 알고리즘은 레이저 절삭 방법의 범위를 대 면적 재료 전달 용 아닐 록스 롤, 인쇄 전자 용 고정밀 그라비어 인쇄 및 3D 인쇄 도구에 사용되는 등 다양한 산업 응용 분야로 확장합니다 . 초단 펄스 레이저는 필요한 레이저 파워와 새로운 조각 성숙 알고리즘이 모두 충족 될 때 위의 방법을 운전하고 개선 할 수 있습니다. 미래에 대한 도전은 절삭 공정을 최적화하기 위해 피코 초 초단 펄스 레이저를 사용하는 것입니다.