Lasergraveertechnologie: Een uitgebreid overzicht

Sinds de introductie in 1960 heeft lasertechnologie snel toepassingen gevonden in de productie. Naarmate het inzicht in de onderliggende theorie zich heeft verdiept, zijn verschillende soorten lasers geëvolueerd, waardoor hun toepassingsbereik is verbreed en de schaal waarop ze worden gebruikt geleidelijk is toegenomen, wat heeft geleid tot aanzienlijke maatschappelijke en economische voordelen.

Als een van de hoogwaardige technologieën is lasertechnologie een belangrijk kenmerk van de wetenschappelijke en technologische vooruitgang in de 20e eeuw en vormt een integraal onderdeel van opto-elektronica in de moderne informatiemaatschappij.

Het krijgt niet alleen veel aandacht van technologisch geavanceerde landen, maar ook van veel ontwikkelingslanden, die er veel in investeren.

Sinds de jaren 1980 hebben veel regeringen lasertechnologie opgenomen in hun nationale ontwikkelingsplannen. Bijvoorbeeld het Britse AWE, het laserfusieprogramma van de VS en het vijfjarige laseronderzoeksplan van Japan.

De uitvoering van deze plannen heeft de ontwikkeling van lasertechnologie versneld en een levendige en opkomende industrie bevorderd.

Tegelijkertijd heeft de vooruitgang van de lasertechnologie de vooruitgang en verbeteringen in verschillende technologieën, disciplines en productieniveaus aanzienlijk gestimuleerd, wat een wereldwijde impact heeft.

In het buitenland worden keramische rasterwalsen met lasergravure voor flexodruk al vele jaren gebruikt, waarbij kwaliteit de sleutel tot succes is. Lasergraveermachines kunnen doorlopende, naadloze patronen op drukcilinders graveren.

Voor niet-continue patronen kunnen de kosten van lasergraveerplaten en -cilinders echter hoger liggen. Hoewel de lange levensduur en hoge afdrukkwaliteit van de platen en cilinders de hogere kosten voor het maken van platen kunnen compenseren, kan deze uitgave de ontwikkeling van lasergraveertechnologie nog steeds vertragen.

Momenteel blijft kwaliteit een cruciale factor, maar de focus is verschoven naar productiviteit. Drukkerijen eisen rasterwalsen met een hoge lijncapaciteit en een goede graveerkwaliteit, wat veel tijd kost.

Om de kwaliteit te verhogen en de kosten te verlagen, moet de lasergraveertechnologie worden verbeterd en de graveersnelheid worden verhoogd. Er is in dit opzicht grote vooruitgang geboekt.

In principe is het eenvoudig om een laser te gebruiken om een rasterpatroon te graveren op een keramische wals. De keramische rol wordt op een draaibank geplaatst en gedraaid, een laserstraal wordt op het oppervlak van de rol gericht en de straal beweegt over de lengte van de rol, waarbij hij continu aan en uit gaat.

Hierdoor wordt het oppervlak van de wals gevuld met kleine gaatjes. De grootte en het patroon van het raster zijn afhankelijk van veel variabele factoren.

Voor ruw rastergraveren, zoals lijmwalsen, is een kleine verbetering van het proces voldoende. Het graveren van rasterwalsen van hoge kwaliteit is echter een heel ander verhaal. Flexografische drukkerijen hebben rasterwalsen nodig die consistente inktprestaties leveren.

Dit betekent dat de rastervorm uniform moet zijn en dat volumeverschillen geminimaliseerd moeten worden. Het rasterpatroon moet ook regelmatig zijn om een gelijkmatige inktoverdracht te garanderen, vooral bij het printen van effen gebieden.

Lasergraveren is een veelgebruikte techniek in de lasertechnologie. Er zijn drie soorten lasers graveren: CO2 lasergraveren, Nd: YAG lasergraveren en excimer lasergraveren. Elk van deze lasergraveertechnieken heeft zijn eigen unieke kenmerken en voordelen, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende toepassingsgebieden.

Eind jaren 1970 begonnen Buekley en Jenkins met de ontwikkeling van lasergegraveerde rasterwalsen. Daarvoor werden de meeste rasterwalsen gegraveerd met CO2 lasers met kooldioxide op gasbasis als lasermedium.

CO2 laser gegraveerde rasterwalsen hebben grotendeels voldaan aan de ontwikkelingsbehoeften van de flexografische drukindustrie, vooral de verpakkingsdrukindustrie.

De succesvolle toepassing van lasergegraveerde keramische rasterwalsen in flexodrukpersen kan worden beschouwd als een van de belangrijkste factoren die hebben bijgedragen aan de snelle ontwikkeling van flexodruk in de afgelopen jaren.

Hierdoor kon flexografie concurreren met lithografie en diepdruk. De CO2 lasergraveermachine heeft drie ontwikkelingsstadia doorlopen:

De eerste generatie lasergraveermachines gebruikte lasers in wezen als versterkte schalen van lichtpennen, bestuurd door een voetschakelaar, waarmee kalligrafie, kromlijnige afbeeldingen en portretten konden worden nagemaakt. De laser etst een afbeelding die lijkt op het origineel op het werkstuk. Dit is een eenvoudige, primitieve en goedkope CO2 lasergraveur.

De tweede generatie CO2 lasergraveersystemen is ontworpen voor het graveren van houtsnedes, bestuurd door een single-chip machine die de lichtvlek lijn voor lijn scant op het XY platform. De laser wordt uitgeschakeld op de heldere delen van het origineel en ingeschakeld op de donkere delen, waardoor een zwart-witafbeelding ontstaat.

De focusdiameter van de laser is 0,4 mm en de zwarte gebieden van het beeld bestaan in wezen uit een reeks lijnen van 0,4 mm breed en 2,2 mm diep.

Een beeld kan in 550 lijnen worden verdeeld en de leeskop kan ook synchroon scannen. De leeskop heeft een opening van 0,4 mm en bestaat uit een halfgeleiderlichtbuis en een ontvangstbuis, die het gereflecteerde licht van het door de emissiebuis verlichte beeld ontvangt en de schakelaar van de CO2 laser regelt na het nemen van de drempelwaarde via de single-chip machine.

De derde generatie CO₂ lasergraveermachines vervangt de single-chip door een personal computer in het besturingssysteem, vandaar dat het ook bekend staat als een microcomputergestuurde CO2 lasergraveermachine.

Het gebruikt een CCD-camera om 512*512 pixels en hun grijswaardenniveaus in één keer in te lezen. De dithering-methode wordt gebruikt om 256 grijswaardenniveaus om te zetten in de zwarte puntdichtheid van het gebied, waardoor de informatiecapaciteit sterk wordt gecomprimeerd, de helderheid en grijswaardenniveaus van het beeld worden overwonnen, het probleem van beeldvergroting en -verkleining wordt opgelost en het inlezen van driedimensionale en grootschalige beelden en de opslag en verwerking van meervoudige beeldinformatie wordt voltooid.

Er worden voortdurend inspanningen geleverd om de kwaliteit van lasergegraveerde keramische rasterwalsen te verbeteren, zodat de kwaliteit van flexodrukproducten de offset en diepdruk kan inhalen of zelfs overtreffen.

Door de precisie bij het maken van platen te verbeteren en door strenge eisen te stellen aan de fijnheid (aantal lijnen) en de inktopslagcapaciteit van keramische rasterwalsen, werden na enkele jaren van onderzoek en inspanning uiteindelijk rond 1996 Nd: YAG lasergegraveerde keramische rasterwalsen gelanceerd.

Nd: YAG-lasers worden gemaakt door het yttriumaluminiumgranaatsubstraat (Y3AL3O12) te doteren met neodymiumoxide (Nd: YAG).₂O₃). De geactiveerde ionen zijn ook neodymium ionen, met een uitgangsgolflengte van 1,06um.

Vanwege de smalle fluorescentiespectraallijn van Nd: YAG, de hoge kwantumefficiëntie en het goede thermische geleidingsvermogen, is het de enige vastestoflaser van de drie types vastestoflasers die continu kunnen werken, en wordt vaak gebruikt bij thermische laserverwerking.

De excimer laser is een ultraviolette laser met een hoog vermogen en een hoog rendement. Door zijn vele eigenschappen speelt hij een belangrijke rol bij de microfabricage van keramiek, polymeren en andere materialen. Met de voortdurende groei van microfabricage en hoge precisie-eisen, is de excimer laser sinds de komst van de excimer laser zeer gewaardeerd door landen over de hele wereld.

Het Eureka-plan van de Europese Gemeenschap (EREKA), het Advanced Manufacturing and Mechatronics Towards the 21st Century (AMMTRI) van de Japanse regering en het 863-programma en Super 863-programma van China geven allemaal prioriteit aan de ontwikkeling van excimerlasers, die snel is gevorderd.

Het mechanisme van excimer lasergraveren: Excimer lasergraveren is een direct fotochemisch proces op materialen. Het mechanisme waarbij de excimer-laser interageert met het bewerkte materiaal wordt ablatie genoemd, inclusief foto-geïnduceerde bindingsbreuk en productexplosie.

Wanneer de energie van het excimerlaserfoton groter is dan de chemische bindingsenergie van het polymeer, wordt de chemische binding verbroken, neemt het specifieke volume van een klein gebied op het materiaaloppervlak plotseling toe en wanneer de verbrekingssnelheid van de binding een bepaalde drempel overschrijdt, pellen de oppervlaktefragmenten af en is het etsen voltooid.

De komst en evolutie van excimer lasers hebben krachtige hulpmiddelen opgeleverd voor een breed scala aan industriële toepassingen en wetenschappelijk onderzoek.

Door hun golflengte in het ultraviolette en diepe ultraviolette spectrum, hoge pulsenergie en fotonenenergie, hoge herhalingssnelheid en smalle pulsbreedte absorberen de meeste metalen en niet-metalen sterk ultraviolet licht. Door deze absorptie kunnen excimerlasers taken uitvoeren die andere lasers niet kunnen uitvoeren. laserwarmte behandelingen niet kunnen, waardoor het toepassingsgebied van laserbewerking wordt uitgebreid.

Omdat de stabiliteit en betrouwbaarheid van excimerlasers de afgelopen jaren zijn verbeterd, hebben ze uiteenlopende toepassingen gevonden in de biomedische wetenschap, materiaalkunde, microfabricage en fotochemie.

Na analyse is het duidelijk dat YAG-lasers uitblinken in de verwerking van metaalachtige materialenterwijl CO₂ lasers zijn superieur voor niet-metalen materialen. Excimer lasers hebben daarentegen een voordeel bij microfabricage en taken met hoge precisie.

Het gebruik van de Nd: YAG-lasergraveertechnologie bij de productie van flexodrukrollen heeft de prestaties van gegraveerde producten aanzienlijk verbeterd en de aanzet gegeven tot vooruitgang in de lasergraveertechnologie zelf. Naarmate de technologie op dit gebied zich verder ontwikkelt, verwachten we nog grotere prestaties in de toekomst.

Als we kijken naar de huidige stand van de wereldwijde lasergraveertechnologie, dan zien we dat CO₂ lasergraveren, YAG-lasergraveren en excimer-lasergraveren hebben elk hun eigen sterke punten en hun eigen tekortkomingen.

De gecoördineerde werking van deze drie verwerkingsmethoden, het uitbreiden van de productvariëteit en het verbeteren van de prestaties van gegraveerde producten, zijn ongetwijfeld de beste keuzes voor de huidige lasergraveerverwerking van keramische rasterwalsen.

Daarom leveren leveranciers van lasergraveerapparatuur meestal zowel CO₂ en YAG-lasers in hun pakketten, terwijl bij het graveren met hoge precisie excimer lasers gebruikt moeten worden. Excimer lasergraveren is de primaire onderzoeksrichting voor hoge-precisie fabricage.