Technologie de gravure au laser : Une vue d'ensemble

Depuis son introduction en 1960, la technologie laser a rapidement trouvé des applications dans la fabrication. Par la suite, à mesure que la compréhension de la théorie sous-jacente s'est approfondie, divers types de lasers ont évolué, élargissant leur champ d'application et augmentant progressivement leur échelle d'utilisation, ce qui a entraîné des avantages sociétaux et économiques substantiels.

La technologie laser, qui fait partie des technologies de pointe, est l'une des principales caractéristiques des avancées scientifiques et technologiques du XXe siècle et fait partie intégrante de l'optoélectronique dans la société de l'information moderne.

Il suscite l'attention non seulement des nations technologiquement avancées, mais aussi de nombreux pays en développement, qui investissent massivement dans ce domaine.

Depuis les années 1980, de nombreux gouvernements ont intégré la technologie laser dans leurs plans de développement nationaux. C'est le cas de l'AWE au Royaume-Uni, du programme de fusion laser aux États-Unis et du plan quinquennal de recherche sur les lasers au Japon.

La mise en œuvre de ces plans a accéléré le développement de la technologie laser, favorisant ainsi l'émergence d'une industrie dynamique.

Simultanément, la progression de la technologie laser a propulsé de manière significative les avancées et les améliorations dans diverses technologies, disciplines et niveaux de production, ce qui a eu un impact mondial.

Outre-mer, les cylindres tramés en céramique gravés au laser pour l'impression flexographique sont utilisés depuis de nombreuses années, la qualité étant la clé de leur succès. Les machines de gravure au laser permettent d'inscrire des motifs continus et sans couture sur les cylindres d'impression.

Toutefois, pour les motifs non continus, le coût des plaques et des cylindres gravés au laser peut être plus élevé. Bien que la longue durée de vie et la haute qualité d'impression des plaques et des cylindres puissent compenser le coût plus élevé de la fabrication des plaques, cette dépense pourrait encore ralentir le développement de la technologie de la gravure au laser.

Actuellement, la qualité reste un facteur crucial, mais l'accent a été mis sur la productivité. Les imprimeries exigent des cylindres tramés à grand nombre de lignes avec une bonne qualité de gravure, ce qui prend un temps considérable.

Pour augmenter la qualité et réduire les coûts, la technologie de la gravure laser doit être améliorée et la vitesse de la gravure laser doit être augmentée. Des progrès notables ont été réalisés dans ce domaine.

En principe, il est facile d'utiliser un laser pour graver un quadrillage sur un rouleau recouvert de céramique. Le rouleau en céramique est placé sur un tour et tourné, un faisceau laser est focalisé sur la surface du rouleau et le faisceau se déplace sur la longueur du rouleau, s'allumant et s'éteignant continuellement.

Par conséquent, la surface du rouleau est remplie de petits trous. La taille et la configuration de la grille dépendent de nombreux facteurs variables.

Pour la gravure de grilles grossières, comme les rouleaux de colle, une légère amélioration du processus est suffisante. En revanche, la gravure de cylindres tramés de haute qualité est une tout autre histoire. Les ateliers d'impression flexographique ont besoin de cylindres anilox qui offrent une performance d'encre constante.

Cela signifie que la forme de la grille doit être uniforme et que les variations de volume doivent être minimisées. Le motif de la grille doit également être régulier pour assurer un transfert d'encre homogène, en particulier lors de l'impression de zones pleines.

La gravure laser est une technique courante de la technologie laser. Il existe trois types de laser gravure : gravure au laser CO2, gravure au laser Nd : YAG et gravure au laser excimer. Chacune de ces techniques de gravure au laser présente des caractéristiques et des avantages uniques, ce qui les rend adaptées à différents domaines d'application.

À la fin des années 1970, Buekley et Jenkins ont commencé à développer des rouleaux anilox gravés au laser. Auparavant, la plupart des cylindres étaient gravés à l'aide de lasers CO2 utilisant du dioxyde de carbone gazeux comme médium laser.

Les cylindres anilox gravés au laser CO2 ont largement répondu aux besoins de développement de l'industrie de l'impression flexographique, en particulier de l'industrie de l'impression d'emballages.

L'application réussie des cylindres anilox en céramique gravés au laser dans les presses flexographiques peut être considérée comme l'un des facteurs clés contribuant au développement rapide de l'impression flexographique au cours des dernières années.

Cela a permis à la flexographie de concurrencer la lithographie et l'héliogravure. La machine de gravure laser CO2 a connu trois phases de développement :

La première génération de machines de gravure laser au dioxyde de carbone utilisait essentiellement des lasers comme des échelles amplifiées de stylos lumineux, contrôlés par une pédale, qui pouvaient être utilisés pour reproduire des calligraphies, des images curvilignes et des portraits. Le laser grave une image similaire à l'original sur la pièce. Il s'agit d'un graveur laser CO2 simple et primitif, peu coûteux.

La deuxième génération de graveurs laser CO2 est conçue pour la gravure d'images sur bois. Elle est commandée par une machine à puce unique qui balaie le point lumineux ligne par ligne sur la plate-forme XY. Le laser est éteint dans les parties claires de l'original et allumé dans les parties sombres, ce qui permet d'obtenir une image en noir et blanc.

Le diamètre de focalisation du laser est de 0,4 mm, et les régions noires de l'image sont essentiellement composées d'une série de lignes de 0,4 mm de large et de 2,2 mm de profondeur.

Une image peut être divisée en 550 lignes et la tête de lecture peut également effectuer un balayage synchrone. La tête de lecture a une ouverture de 0,4 mm et se compose d'un tube lumineux à semi-conducteur et d'un tube récepteur, qui reçoit la lumière réfléchie de l'image éclairée par le tube d'émission et commande le commutateur du laser CO2 après avoir pris la valeur seuil par l'intermédiaire de la machine à puce unique.

La troisième génération de capteurs de CO₂ remplace la puce unique par un ordinateur personnel dans le système de contrôle, c'est pourquoi il est également connu sous le nom de graveur laser CO2 contrôlé par micro-ordinateur.

Il utilise une caméra CCD pour lire 512*512 pixels et leurs niveaux de gris en une seule fois. La méthode de tramage est utilisée pour convertir 256 niveaux de gris en densité de points noirs de la zone, ce qui comprime considérablement la capacité d'information, surmonte les niveaux de luminosité et de gris de l'image, résout le problème de l'agrandissement et de la réduction de l'image et complète la lecture d'images tridimensionnelles et à grande échelle, ainsi que le stockage et le traitement d'informations d'images multiples.

Des efforts constants sont déployés pour améliorer la qualité des cylindres tramés en céramique gravés au laser, afin que la qualité des produits d'impression flexographique puisse rattraper, voire dépasser, celle de l'impression offset et de l'héliogravure.

Par conséquent, en améliorant la précision de la fabrication des plaques, en exigeant strictement la finesse (nombre de lignes) et la capacité de stockage de l'encre des cylindres tramés en céramique, après plusieurs années d'exploration et d'efforts, les cylindres tramés en céramique gravés au laser Nd : YAG ont finalement été lancés aux alentours de 1996.

Les lasers Nd : YAG sont fabriqués en dopant le substrat de grenat d'yttrium et d'aluminium (Y3AL3O12) avec de l'oxyde de néodyme (Nd : YAG).₂O₃). Les ions activés sont également des ions néodyme, avec une longueur d'onde de sortie de 1,06um.

En raison de l'étroitesse de la ligne spectrale de fluorescence du Nd : YAG, de son efficacité quantique élevée et de sa bonne conductivité thermique, il s'agit de la seule source d'énergie à base de Nd : YAG qui puisse être utilisée pour la production d'électricité. laser à semi-conducteurs Parmi les trois types de lasers à solide, c'est celui qui est le plus capable de fonctionner en continu, et il est couramment utilisé dans le traitement thermique par laser.

Le laser excimer est un laser ultraviolet à haute puissance et à haut rendement. Il joue un rôle important dans la microfabrication de céramiques, de polymères et d'autres matériaux en raison de ses nombreuses caractéristiques. Avec la croissance continue de la microfabrication et les exigences de haute précision, le laser excimer est très apprécié dans les pays du monde entier depuis son avènement.

Le plan Eureka de la Communauté européenne (EREKA), le programme Advanced Manufacturing and Mechatronics Towards the 21st Century (AMMTRI) du gouvernement japonais, ainsi que les programmes chinois 863 et Super 863, accordent tous la priorité au développement des lasers excimères, qui a progressé rapidement.

Le mécanisme de la gravure au laser excimer : La gravure au laser excimer est un processus photochimique direct sur les matériaux. Le mécanisme par lequel le laser excimer interagit avec le matériau traité est appelé ablation, y compris la rupture des liaisons photo-induites et l'explosion du produit.

Lorsque l'énergie du photon du laser excimer est supérieure à l'énergie de liaison chimique du polymère, la liaison chimique est rompue, le volume spécifique d'une petite zone de la surface du matériau augmente soudainement et, lorsque le taux de rupture de la liaison dépasse un certain seuil, les fragments de la surface se détachent, achevant ainsi la gravure.

L'avènement et l'évolution des lasers excimères ont fourni des outils puissants pour un large éventail d'applications industrielles et de recherches scientifiques.

Compte tenu de leur longueur d'onde dans le spectre ultraviolet et ultraviolet profond, de leur énergie d'impulsion et de photon élevée, de leur taux de répétition élevé et de leur faible largeur d'impulsion, la plupart des métaux et des non-métaux absorbent fortement la lumière ultraviolette. Cette absorption permet aux lasers à excimère d'accomplir des tâches que d'autres lasers à excimère ne peuvent pas accomplir. chaleur laser Ce qui élargit le champ d'application du traitement au laser.

La stabilité et la fiabilité des lasers excimères s'étant améliorées ces dernières années, ils ont trouvé de nombreuses applications dans les domaines de la science biomédicale, de la science des matériaux, de la microfabrication et de la photochimie.

Après analyse, il est évident que les lasers YAG excellent dans le traitement des produits suivants matériaux métalliques, tandis que le CO₂ sont supérieurs pour les matériaux non métalliques. Les lasers à excimère, quant à eux, ont un avantage pour la microfabrication et les tâches de haute précision.

L'utilisation de la technologie de gravure laser Nd : YAG dans la production de rouleaux d'impression flexographique a considérablement amélioré les performances des produits gravés et stimulé les progrès de la technologie de gravure laser elle-même. Comme la technologie dans ce domaine continue à mûrir, nous prévoyons des réalisations encore plus importantes à l'avenir.

Si l'on considère l'état actuel de la technologie mondiale de la gravure au laser, le CO₂ la gravure au laser, la gravure au laser YAG et la gravure au laser excimer présentent chacune des atouts uniques ainsi que certaines lacunes.

Le fonctionnement coordonné de ces trois méthodes de traitement, l'élargissement de la variété des produits et l'amélioration des performances des produits gravés sont sans aucun doute les meilleurs choix pour le traitement actuel de gravure au laser des cylindres anilox en céramique.

C'est pourquoi les fournisseurs d'équipements de gravure au laser fournissent généralement à la fois des informations sur les émissions de CO₂ et YAG dans leurs emballages, tandis que la gravure de haute précision devrait utiliser des lasers à excimère. La gravure au laser excimer est la principale voie de recherche pour la fabrication de haute précision.