Na produção de chapas de impressão de rotogravura industrial, uma ampla área de superfície requer uma alta resolução espacial. O rápido ciclo de fluxo de trabalho dos rolos de impressão requer uma gravação eficaz de uma área de vários metros quadrados com precisão no nível de mícrons em um curto período de tempo. A aplicação do laser nesse campo possui as seguintes características: alta taxa de processamento, foco preciso e as vantagens da modulação digital. Devido à maior precisão, repetibilidade, flexibilidade e produtividade, a microestrutura direta a laser está substituindo as técnicas tradicionais de produção de chapas de gravura (como gravação mecânica com canetas de diamante ou gravação química).
A placa rotativa de impressão por rotogravura consiste em um rolo uniforme de cobre ou aço galvanizado. As informações da imagem são gravadas em minúsculas cavidades em camadas de cobre ou galvanizadas para transferir a tinta para o substrato (consulte a Figura 1). Uma fina camada de cromo garante uma longa vida útil da impressora em condições severas de retificação. Usando uma lâmina raspadora, é possível garantir que apenas a quantidade de tinta determinada pelo tamanho da célula seja entregue.
O cilindro de impressão por rotogravura tem 0,3-4,4 metros de comprimento, a circunferência é de 0,3-2,2 metros e a área da superfície pode chegar a 10 metros quadrados. Quando a resolução da tela é de 60 a 400 linhas / cm, o número de células no tambor é geralmente de 108 a 1010. Para fazer o processamento da imagem no tempo mais econômico, é necessário que os lasers tenham alta taxa de repetição de pulso e alta potência média .
Para microgravura em larga escala por ablação termo-óptica, o método mais eficaz é usar um feixe de laser pulsado, cujo único pulso de laser cria uma cavidade de malha completa. Um sistema laser Nd: YAG com Q-switched com uma potência de foco média de 500 watts e uma taxa de repetição de 70 kHz (consulte a Figura 3) pode atingir uma taxa de ablação volumétrica de zinco de 1 cm / min e uma taxa de ablação de área de 0,1 M / min. A forma das células é determinada pela forma de onda de intensidade do feixe de laser.
As células semi-autotípicas (profundidade e diâmetro são variáveis em escala de cinza) podem ser geradas por um laser com forma de onda de feixe gaussiano, enquanto células tradicionais (com diâmetro constante de mudança de profundidade em cada valor cinza) são geradas usando formas de onda de fundo plano ( veja a figura 2). O tamanho da cavidade da malha depende da energia do pulso e é controlado pelos dados da imagem digital configurados usando um modulador acústico-óptico. O diâmetro varia de 25 a 150 metros, o que pode definir a resolução da tela da imagem; a profundidade varia de 1 metro a 40 metros, o que pode definir o valor de cinza dos pontos impressos.
A transferência de calor e a convecção do fundido devem ser minimizadas. Portanto, a Daetwyler desenvolveu um material eletrogalvanizado especial com aditivos orgânicos, que possui uma condutividade térmica mais baixa do que as estruturas comuns de zinco. Ao vaporizar e eliminar este zinco especial, a área de fusão e as rebarbas podem ser reduzidas a uma fina camada de sedimento (entre 2 a 3 metros em torno da célula).
Toda a superfície do tambor é gravada alternadamente por uma faixa contínua de cavidade em malha espiral. Quando a velocidade do tambor atinge 20 rpm, a cabeça de processamento se move com uma alimentação transversal de 15-150 mícrons / rotação, paralela ao eixo do tambor (dependendo da resolução da tela). A espessura da parede da malha entre as células é de apenas 4-6 mícrons no valor máximo do tom. Isso requer que a precisão da mira do rolo de irradiação do feixe seja de cerca de 1 mícron.
Outro método é usar um laser de fibra de alta potência com modulação por pulso (potência média de 500 watts), cuja frequência de repetição de pulso pode ser modulada na faixa de 30 a 100 kHz. Quando a frequência é de 35 kHz, há mais energia em cada pulso, de modo que um único disparo pode perfurar um grande buraco (como um diâmetro de 140 mícrons quando a tela tem 70 linhas / cm). Quando a frequência é de 100 kHz, a energia em cada pulso diminui, de modo que uma pequena malha é esculpida (por exemplo, uma tela com um diâmetro de 25 mícrons é de 400 linhas / cm).
A operação do raio laser chilreado é sem contato, o que é uma vantagem importante em comparação com a gravação eletromecânica usando uma caneta de diamante. Desde que o processo de impressão seja previsível e repetível, a uniformidade da gravação pode ser garantida em toda a largura do cilindro. Devido à alta repetibilidade, o processo a laser single-hole single-shot é cerca de 10 vezes mais rápido que a gravação eletromecânica.
Modulação da forma de onda da intensidade do feixe
Existem muitos materiais de substrato diferentes no mercado de impressão (como papel ou papel flexível), cada um com características de superfície diferentes. O método de otimização da transferência de tinta depende de: superfície do substrato (como rugosidade, capacidade de absorção de tinta), parâmetros de tinta (como viscosidade ou modelo do pigmento) e chapa de impressão. Para cada situação diferente, diferentes formas de cavidades de malha esculpidas podem ser usadas para alcançar o melhor.
Além da condução e convecção de calor, as células representam com precisão a forma de onda da intensidade focal do feixe de laser. Para fazer com que cada célula atinja uma forma específica, a forma de onda tridimensional de intensidade do feixe é ativamente formada em tempo real e a frequência controlada pelos dados da imagem é de até 100 kHz.
Através da modulação ativa da forma de onda de intensidade e da mudança independente da energia de cada pulso do laser, a forma, o diâmetro e a profundidade de cada célula podem ser determinados independentemente. Esse novo tipo de malha no processo de fabricação de chapas de impressão é chamado de malha super halfautotípica (SHC), que é uma extensão da malha halfautotípica (a profundidade e o diâmetro da malha semiautomática são variáveis, mas não podem ser controlados independentemente).
A modulação SHC permite que um único sistema a laser esculpe várias malhas (tradicional, autotípica, halfautotípica). No passado, eram necessários diferentes processos (gravação eletromecânica, gravação química). Agora, novas formas de malha podem ser geradas para otimizar as características de transferência de tinta e a capacidade de impressão para cada valor de% de tom de cor e substrato impresso.
Estratégia e aplicação
Além do método "tiro único e furo único" da modulação da forma de onda do feixe SHC, também é possível projetar malhas de gravação sobrepondo pulsos de laser contínuos, mas o diâmetro do ponto de luz é menor que o tamanho de malha necessário (como diâmetro do ponto de luz 10-15 Micron, tamanho da célula 100 microns). A forma e a estrutura interna da cavidade formada dependem do esquema de varredura de modulação, sobreposição e pulsos de laser (como o algoritmo de varredura da máquina de composição de imagens).
Os lasers de ondas contínuas chirped são comutados ou modulados em escala de cinza e podem gravar pequenas faixas sobrepostas para formar orifícios de malha em forma de diamante. Sua vantagem está na alta resolução da imagem (por exemplo, a resolução atinge 1000 linhas / cm e o diâmetro do ponto de luz é de 15 a 20 mícrons quando o tamanho da etapa de transporte frontal é de 10 mícrons). A desvantagem está na perda de capacidade de produção, que precisa ser compensada usando uma frequência de modulação mais alta (cerca de 1 MHz) e uma cabeça de gravação de feixe múltiplo.
Devido ao seu alto poder de pico ao focalizar, lasers de fibra de alto brilho (200-600 watts, onda contínua, modulação de pulso) ou lasers de pulso ultra-curto podem obter esse método avançado de gravação. Além do zinco, esse alto brilho também pode ser usado para gravar outros materiais, como cobre e cerâmica.
O algoritmo do processo de digitalização da máquina de composição tipográfica é adequado para muitas aplicações bidimensionais (impressão) e impressão tridimensionais de alta resolução. Como a gravação do rolo de rotogravura RFID.
A tecnologia eletrônica impressa é uma nova tecnologia futura. A alta precisão exigida pelos componentes e circuitos eletrônicos definirá uma nova referência para a precisão e uniformidade da impressão. A maioria das tintas orgânicas e inorgânicas para condutores e semicondutores são pastosas e difíceis de imprimir.
Para camadas uniformes e não porosas dessas tintas, é essencial um controle preciso da geometria das células e da textura da superfície das placas de rotogravura. A Fig. 5C mostra o teste de gravação da antena da etiqueta RFID, e a largura da linha de contorno é de apenas 10 mícrones.
A tecnologia a laser Holmium combina métodos de imagem digital, melhora o processo tradicional de impressão de chapas e melhora a eficiência, o alcance da tela, a precisão e a qualidade da impressão. Algoritmos correspondentes podem ser usados para utilizar diferentes tipos de laser. Utilizando a forma de onda do feixe de laser modulado, o processo SHC de um único furo é atualmente o processo mais rápido para rotogravura, que pode ser usado para vários substratos, tintas e impressões. Um novo algoritmo de gravação usando uma fonte TEM00 de alta potência estende a aplicação de métodos de ablação a laser para uma variedade de aplicações industriais, como rolos anilox para transferência de materiais em áreas grandes, padrões de impressão de alta precisão para impressão eletrônica e impressão 3D Ferramentas. Quando a potência necessária do laser e o novo algoritmo maduro de gravação forem alcançados, o laser de pulso ultra curto poderá promover e melhorar o método acima. O desafio a seguir será o uso de lasers de pulso ultracurtos de picossegundos para otimizar o processo de ablação.
