Технология лазерной гравировки: Исчерпывающий обзор

С момента своего появления в 1960 году лазерная технология быстро нашла применение в производстве. Впоследствии, по мере углубления понимания лежащей в основе теории, развивались различные типы лазеров, расширяя область их применения и постепенно увеличивая масштабы их использования, что привело к значительным социальным и экономическим выгодам.

Как одна из высоких технологий, лазерная технология является главной отличительной чертой научно-технического прогресса XX века и составляет неотъемлемую часть оптоэлектроники в современном информационном обществе.

Она привлекает внимание не только технологически развитых стран, но и многих развивающихся, которые вкладывают в нее значительные средства.

С 1980-х годов правительства многих стран включили лазерные технологии в свои национальные планы развития. Например, британская программа AWE, американская программа лазерного синтеза и японский пятилетний план лазерных исследований.

Реализация этих планов ускорила развитие лазерных технологий, способствуя появлению динамично развивающейся отрасли.

Одновременно с этим развитие лазерных технологий значительно ускорило прогресс и усовершенствование различных технологий, дисциплин и уровней производства, оказав глобальное влияние.

За рубежом керамические анилоксовые валы с лазерной гравировкой для флексографической печати используются уже много лет, и залогом их успеха является качество. Лазерные гравировальные машины могут наносить на печатные цилиндры непрерывные, бесшовные рисунки.

Однако в случае с непоследовательными рисунками стоимость пластин и цилиндров для лазерной гравировки может быть выше. Хотя долгий срок службы и высокое качество печати пластин и цилиндров могут компенсировать более высокую стоимость изготовления пластин, эти расходы все равно могут замедлить развитие технологии лазерной гравировки.

В настоящее время качество остается важнейшим фактором, но акцент смещается в сторону производительности. Типографиям требуются анилоксовые валы с высокой линиатурой и хорошим качеством гравировки, что занимает значительное количество времени.

Чтобы повысить качество и снизить затраты, необходимо усовершенствовать технологию лазерной гравировки и увеличить ее скорость. В этом направлении достигнут значительный прогресс.

В принципе, с помощью лазера можно выгравировать сетку на ролике, покрытом керамикой. Керамический ролик помещается на токарный станок и вращается, лазерный луч фокусируется на поверхности ролика, и луч перемещается по длине ролика, непрерывно включаясь и выключаясь.

В результате на поверхности валика образуются мелкие отверстия. Размер и рисунок сетки зависят от множества переменных факторов.

Для гравировки грубых сеток, например, клеевых валов, достаточно небольшого усовершенствования процесса. Однако гравировка высококачественных анилоксовых валов - это совершенно другая история. Флексографическим типографиям нужны анилоксовые валы, которые обеспечивают стабильную производительность краски.

Это означает, что форма сетки должна быть равномерной, а колебания объема должны быть сведены к минимуму. Рисунок сетки также должен быть регулярным, чтобы обеспечить равномерный перенос чернил, особенно при печати сплошных областей.

Лазерная гравировка - распространенная техника в лазерной технологии. Существует три типы лазеров гравировка: CO2-лазерная гравировка, Nd: YAG-лазерная гравировка и эксимерная лазерная гравировка. Каждый из этих методов лазерной гравировки имеет свои уникальные характеристики и преимущества, что делает их подходящими для различных областей применения.

В конце 1970-х годов Бьюкли и Дженкинс начали разработку анилоксовых валов с лазерной гравировкой. До этого большинство из них гравировалось с помощью CO2-лазеров с газообразным диоксидом углерода в качестве лазерной среды.

Анилоксовые валы с лазерной гравировкой CO2 в значительной степени отвечают потребностям развития флексографической печати, особенно упаковочной.

Успешное применение керамических анилоксовых валов с лазерной гравировкой в флексографических печатных машинах можно считать одним из ключевых факторов, способствующих быстрому развитию флексографической печати в последние годы.

Это позволило флексографии конкурировать с литографией и глубокой печатью. Лазерный гравировальный станок CO2 прошел три этапа развития:

Первое поколение гравировальных станков с углекислотным лазером по сути использовало лазеры в качестве усиленных шкал световых ручек, управляемых педальным переключателем, с помощью которых можно было воспроизводить каллиграфию, криволинейные изображения и портреты. Лазер вытравливает на заготовке изображение, похожее на оригинал. Это простой, примитивный лазерный гравер на CO2, не требующий больших затрат.

Второе поколение лазерных граверов CO2 предназначено для гравировки изображений на дереве, управляемых однокристальной машиной для сканирования светового пятна построчно на платформе XY. Лазер выключается на светлых участках оригинала и включается на темных, таким образом, получается черно-белое изображение.

Диаметр фокуса лазера составляет 0,4 мм, а черные области изображения состоят, по сути, из серии линий шириной 0,4 мм и глубиной 2,2 мм.

Изображение может быть разделено на 550 строк, а считывающая головка также может выполнять синхронное сканирование. Считывающая головка имеет апертуру 0,4 мм, состоит из полупроводниковой световой трубки и приемной трубки, которая принимает отраженный свет изображения, освещенного эмиссионной трубкой, и управляет переключением CO2-лазера после принятия порогового значения с помощью однокристальной машины.

Третье поколение CO₂ Лазерные граверы заменяют однокристальную систему управления персональным компьютером, поэтому они также известны как лазерные граверы CO2 с микрокомпьютерным управлением.

В нем используется CCD-камера для одновременного считывания 512*512 пикселей и их уровней серого. Метод дизеринга используется для преобразования 256 уровней серого в плотность черных точек в области, что значительно сжимает информационную емкость, преодолевает разброс яркости и уровней серого изображения, решает проблему увеличения и уменьшения изображения, завершает считывание трехмерных и крупномасштабных изображений, а также хранение и обработку информации о нескольких изображениях.

Постоянно ведутся работы по улучшению качества керамических анилоксовых валов с лазерной гравировкой, чтобы качество флексографической печатной продукции могло догнать или даже превзойти офсетную и глубокую печать.

Поэтому, улучшив точность изготовления пластин, предъявив строгие требования к тонкости (количеству линий) и емкости для хранения краски керамических анилоксовых валов, после нескольких лет исследований и усилий, керамические анилоксовые валы с лазерной гравировкой Nd: YAG были наконец запущены в производство около 1996 года.

Nd: YAG-лазеры изготавливаются путем легирования подложки из иттрий-алюминиевого граната (Y3AL3O12) оксидом неодима (Nd₂O₃). Активированные ионы также являются ионами неодима, с длиной волны на выходе 1,06um.

Благодаря узкой спектральной линии флуоресценции, высокой квантовой эффективности и хорошей теплопроводности Nd: YAG является единственным полупроводниковый лазер способен работать в непрерывном режиме среди трех типов твердотельных лазеров и широко используется в лазерной термической обработке.

Эксимерный лазер - это мощный, высокоэффективный ультрафиолетовый лазер. Благодаря своим многочисленным характеристикам он играет важную роль в микрофабрикации керамики, полимеров и других материалов. С непрерывным ростом микрофабрикации и требований к высокой точности, с момента появления эксимерного лазера, он был высоко оценен странами по всему миру.

План Европейского сообщества "Эврика" (EREKA), программа японского правительства "Передовое производство и мехатроника на пути к XXI веку" (AMMTRI), а также китайские программы "863" и "Супер 863" - все они уделяют приоритетное внимание развитию эксимерных лазеров, которое идет быстрыми темпами.

Механизм эксимерного лазерного гравирования: Травление эксимерным лазером - это прямой фотохимический процесс воздействия на материалы. Механизм, посредством которого эксимерный лазер взаимодействует с обрабатываемым материалом, называется абляцией, включая фотоиндуцированный разрыв связей и взрыв продукта.

Когда энергия фотона эксимерного лазера превышает энергию химической связи полимера, химическая связь разрывается, удельный объем небольшой области на поверхности материала внезапно увеличивается, и когда скорость разрыва связи превышает определенный порог, фрагменты поверхности отслаиваются, завершая травление.

Появление и развитие эксимерных лазеров позволило создать мощные инструменты для широкого спектра промышленных применений и научных исследований.

Благодаря длине волны в ультрафиолетовой и глубокой ультрафиолетовой области спектра, высокой энергии импульса и энергии фотона, высокой частоте повторения и узкой ширине импульса, большинство металлов и неметаллов сильно поглощают ультрафиолетовый свет. Это поглощение позволяет эксимерным лазерам выполнять задачи, которые другие лазерное тепло Обработка не может быть выполнена, что расширяет область применения лазерной обработки.

Благодаря повышению стабильности и надежности эксимерных лазеров в последние годы они нашли широкое применение в биомедицине, материаловедении, микрофабрикации и фотохимии.

При анализе становится очевидным, что YAG-лазеры лучше всего подходят для обработки металлические материалы, в то время как CO₂ Лазеры лучше подходят для работы с неметаллическими материалами. Эксимерные лазеры, с другой стороны, имеют преимущество при микрофабрикации и выполнении высокоточных задач.

Использование технологии лазерной гравировки Nd: YAG в производстве флексографических печатных валов значительно улучшило характеристики гравированных изделий и стимулировало прогресс в самой технологии лазерной гравировки. По мере развития технологий в этой области мы ожидаем еще больших достижений в будущем.

Если посмотреть на текущее состояние мировой технологии лазерной гравировки, то CO₂ Лазерная гравировка, гравировка YAG-лазером и эксимерная лазерная гравировка имеют как свои уникальные достоинства, так и определенные недостатки.

Скоординированная работа этих трех методов обработки, расширение ассортимента продукции и повышение производительности гравированных изделий, несомненно, являются лучшим выбором для текущей обработки керамических анилоксовых роликов с помощью лазерной гравировки.

Поэтому поставщики оборудования для лазерной гравировки обычно предоставляют как CO₂ и YAG-лазеры в своих пакетах, в то время как для высокоточной гравировки должны использоваться эксимерные лазеры. Обработка гравировки эксимерным лазером является основным направлением исследований для высокоточного производства.