Você já se perguntou como desenhos complexos são gravados em superfícies metálicas com extrema precisão? A tecnologia de gravação a laser revoluciona esse processo ao usar feixes de laser concentrados para esculpir padrões detalhados. Este artigo explora a história, os tipos e as aplicações da gravação a laser, destacando seu impacto nos setores, desde a manufatura até a impressão. Mergulhe de cabeça e descubra como essa tecnologia aumenta a qualidade e a eficiência e o que os futuros avanços podem trazer.
Desde sua introdução em 1960, a tecnologia laser encontrou rapidamente aplicações na fabricação. Posteriormente, à medida que a compreensão da teoria subjacente se aprofundou, vários tipos de lasers evoluíram, ampliando sua gama de aplicações e aumentando progressivamente sua escala de uso, levando a benefícios sociais e econômicos substanciais.
Como uma das tecnologias de ponta, a tecnologia laser é uma das principais marcas dos avanços científicos e tecnológicos do século XX e é parte integrante da optoeletrônica na moderna sociedade da informação.
Ele não apenas atrai a atenção de nações tecnologicamente avançadas, mas também de muitos países em desenvolvimento, que investem pesadamente nele.
Desde a década de 1980, muitos governos incorporaram a tecnologia laser em seus planos de desenvolvimento nacional. Por exemplo, o AWE do Reino Unido, o programa de fusão a laser dos EUA e o plano quinquenal de pesquisa a laser do Japão.
A implementação desses planos acelerou o desenvolvimento da tecnologia laser, promovendo um setor vibrante e emergente.
Simultaneamente, a progressão da tecnologia a laser impulsionou significativamente os avanços e as melhorias em várias tecnologias, disciplinas e níveis de produção, causando um impacto global.
No exterior, os cilindros anilox de cerâmica gravados a laser para impressão flexográfica são usados há muitos anos, sendo a qualidade a chave do seu sucesso. As máquinas de gravação a laser podem inscrever padrões contínuos e sem emendas nos cilindros de impressão.
Entretanto, para padrões não contínuos, o custo das chapas e cilindros gravados a laser pode ser mais alto. Embora a longa vida útil e a alta qualidade de impressão das chapas e cilindros possam compensar o custo mais alto de fabricação de chapas, essa despesa ainda pode retardar o desenvolvimento da tecnologia de gravação a laser.
Atualmente, a qualidade continua sendo um fator crucial, mas o foco mudou para a produtividade. As gráficas exigem cilindros anilox de alta contagem de linhas com boa qualidade de gravação, o que leva um tempo considerável.
Para aumentar a qualidade e reduzir os custos, a tecnologia de gravação a laser precisa ser aprimorada, e a velocidade da gravação a laser deve ser aumentada. Houve um grande progresso nesse sentido.
Em princípio, é fácil usar um laser para gravar um padrão de grade em um rolo revestido de cerâmica. O rolo de cerâmica é colocado em um torno e girado, um feixe de laser é focalizado na superfície do rolo e o feixe se move ao longo do comprimento do rolo, ligando e desligando continuamente.
Consequentemente, a superfície do rolo é preenchida com pequenos orifícios. O tamanho e o padrão da grade dependem de muitos fatores variáveis.
Para a gravação de grades brutas, como rolos de cola, uma pequena melhoria no processo é suficiente. No entanto, a gravação de rolos anilox de alta qualidade é uma história completamente diferente. As gráficas flexográficas precisam de cilindros anilox que ofereçam um desempenho consistente da tinta.
Isso significa que o formato da grade deve ser uniforme e as variações de volume devem ser minimizadas. O padrão da grade também precisa ser regular para garantir a transferência uniforme da tinta, especialmente ao imprimir áreas sólidas.
A gravação a laser é uma técnica comum na tecnologia a laser. Existem três tipos de laser gravação: Gravação a laser CO2, gravação a laser Nd: YAG e gravação a laser excimer. Cada uma dessas técnicas de gravação a laser tem suas características e vantagens exclusivas, o que as torna adequadas para diferentes áreas de aplicação.
No final da década de 1970, Buekley e Jenkins começaram a desenvolver cilindros anilox gravados a laser. Antes disso, a maioria era gravada usando lasers de CO2 com dióxido de carbono à base de gás como meio de laser.
Os cilindros anilox gravados a laser de CO2 atenderam amplamente às necessidades de desenvolvimento do setor de impressão flexográfica, especialmente o setor de impressão de embalagens.
A aplicação bem-sucedida de cilindros anilox de cerâmica gravados a laser em prensas de impressão flexográfica pode ser considerada um dos principais fatores que contribuíram para o rápido desenvolvimento da impressão flexográfica nos últimos anos.
Isso permitiu que a flexografia competisse com a litografia e a rotogravura. A máquina de gravação a laser de CO2 passou por três estágios de desenvolvimento:
A primeira geração de máquinas de gravação a laser de dióxido de carbono usava essencialmente lasers como escalas amplificadas de canetas de luz, controladas por um pedal, que podiam ser empregadas para replicar caligrafia, imagens curvilíneas e retratos. O laser grava uma imagem semelhante à original na peça de trabalho. Esse é um gravador a laser de CO2 simples e primitivo, de baixo custo.
A segunda geração de gravadores a laser de CO2 foi projetada para gravar imagens em madeira, controlada por uma máquina de chip único para escanear o ponto de luz linha por linha na plataforma XY. O laser é desligado nas partes claras do original e ligado nas partes escuras, processando assim uma imagem em preto e branco.
O diâmetro do foco do laser é de 0,4 mm, e as regiões pretas da imagem são essencialmente compostas por uma série de linhas de 0,4 mm de largura e 2,2 mm de profundidade.
Uma imagem pode ser dividida em 550 linhas, e o cabeçote de leitura também pode executar a varredura síncrona. O cabeçote de leitura tem uma abertura de 0,4 mm e consiste em um tubo de luz semicondutor e um tubo receptor, que recebe a luz refletida da imagem iluminada pelo tubo de emissão e controla o interruptor do laser de CO2 depois de obter o valor limite por meio da máquina de chip único.
A terceira geração de sistemas de controle de CO2 substitui o chip único por um computador pessoal no sistema de controle, por isso também é conhecido como gravador a laser de CO2 controlado por microcomputador.
Ele usa uma câmera CCD para ler 512*512 pixels e seus níveis de escala de cinza de uma só vez. O método de dithering é usado para converter 256 níveis de escala de cinza na densidade de pontos pretos da área, comprimindo bastante a capacidade de informação, superando o brilho e os níveis de escala de cinza da imagem, resolvendo o problema de ampliação e redução da imagem e concluindo a leitura de imagens tridimensionais e de grande escala, bem como o armazenamento e o processamento de várias informações de imagem.
Esforços estão sendo feitos constantemente para melhorar a qualidade dos cilindros anilox de cerâmica gravados a laser, de modo que a qualidade dos produtos de impressão flexográfica possa alcançar ou até mesmo superar a impressão offset e de gravura.
Portanto, ao melhorar a precisão da fabricação de chapas, exigindo rigorosamente a finura (número de linhas) e a capacidade de armazenamento de tinta dos cilindros anilox de cerâmica, após vários anos de exploração e esforço, os cilindros anilox de cerâmica gravados a laser com Nd: YAG foram finalmente lançados por volta de 1996.
Os lasers Nd: YAG são fabricados dopando o substrato de granada de ítrio e alumínio (Y3AL3O12) com óxido de neodímio (Nd2O3). Os íons ativados também são íons de neodímio, com um comprimento de onda de saída de 1,06um.
Devido à estreita linha espectral de fluorescência do Nd: YAG, à alta eficiência quântica e à boa condutividade térmica, ele é o único laser de estado sólido capaz de operação contínua entre os três tipos de lasers de estado sólido, e é comumente usado no processamento térmico a laser.
O excimer laser é um laser ultravioleta de alta potência e alta eficiência. Ele desempenha um papel importante na microfabricação de cerâmicas, polímeros e outros materiais devido às suas diversas características. Com o crescimento contínuo da microfabricação e das demandas de alta precisão, desde o advento do excimer laser, ele tem sido altamente valorizado por países de todo o mundo.
O Plano Eureka da Comunidade Europeia (EREKA), o Advanced Manufacturing and Mechatronics Towards the 21st Century (AMMTRI) do governo japonês, bem como o Programa 863 e o Programa Super 863 da China, todos priorizam o desenvolvimento de lasers de excímero, que tem progredido rapidamente.
O mecanismo de gravação com excimer laser: A gravação com excimer laser é um processo fotoquímico direto em materiais. O mecanismo pelo qual o excimer laser interage com o material processado é chamado de ablação, incluindo a quebra de ligação fotoinduzida e a explosão do produto.
Quando a energia do fóton do laser de excímero é maior do que a energia da ligação química do polímero, a ligação química é quebrada, o volume específico de uma pequena área na superfície do material aumenta repentinamente e, quando a taxa de quebra da ligação excede um determinado limite, os fragmentos da superfície se desprendem, completando a gravação.
O advento e a evolução dos excimer lasers proporcionaram ferramentas poderosas para uma ampla gama de aplicações industriais e pesquisas científicas.
Devido ao seu comprimento de onda no espectro ultravioleta e ultravioleta profundo, alta energia de pulso e energia de fótons, alta taxa de repetição e largura de pulso estreita, a maioria dos metais e não metais absorve fortemente a luz ultravioleta. Essa absorção permite que os lasers de excímero realizem tarefas que outros lasers de excímero não realizam. calor do laser não é possível, expandindo assim a gama de aplicações do processamento a laser.
Como a estabilidade e a confiabilidade dos excimer lasers melhoraram nos últimos anos, eles encontraram amplas aplicações em ciências biomédicas, ciência dos materiais, microfabricação e fotoquímica.
Após a análise, fica evidente que os lasers YAG são excelentes no processamento de materiais metálicosenquanto o CO2 são superiores para materiais não metálicos. Os lasers Excimer, por outro lado, têm uma vantagem na microfabricação e em tarefas de alta precisão.
O uso da tecnologia de gravação a laser Nd: YAG na produção de rolos de impressão flexográfica melhorou significativamente o desempenho dos produtos gravados e estimulou avanços na própria tecnologia de gravação a laser. Como a tecnologia nessa área continua a amadurecer, prevemos conquistas ainda maiores no futuro.
Analisando o estado atual da tecnologia global de gravação a laser, o CO2 A gravação a laser, a gravação a laser YAG e a gravação a laser excimer demonstram seus pontos fortes exclusivos, bem como algumas deficiências.
A operação coordenada desses três métodos de processamento, a expansão da variedade de produtos e o aprimoramento do desempenho dos produtos gravados são, sem dúvida, as melhores opções para o atual processamento de gravação a laser de cilindros anilox de cerâmica.
Portanto, os fornecedores de equipamentos de gravação a laser normalmente fornecem tanto o CO2 e YAG em seus pacotes, enquanto a gravação de alta precisão deve utilizar lasers excimer. O processamento de gravação a laser excimer é a principal direção de pesquisa para a fabricação de alta precisão.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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