Nella produzione di lastre per rotocalco industriali, un'ampia superficie richiede un'elevata risoluzione spaziale. Il rapido ciclo del flusso di lavoro dei rulli di stampa richiede un'efficace incisione di un'area di diversi metri quadrati con precisione a livello di micron in un breve periodo di tempo. L'applicazione del laser in questo campo ha le seguenti caratteristiche: alta velocità di elaborazione, messa a fuoco precisa e vantaggi della modulazione digitale. A causa della maggiore precisione, ripetibilità, flessibilità e produttività, la microstrutturazione laser diretta sta sostituendo le tradizionali tecniche di produzione di lastre rotocalco (come l'incisione meccanica con penne diamantate o attacco chimico).
La lastra rotativa per rotocalco è costituita da un rullo uniforme in rame o acciaio zincato. Le informazioni sull'immagine sono incise in minuscole cavità in strati di rame o zincati per trasferire l'inchiostro sul substrato (vedere la Figura 1). Un sottile strato di cromo garantisce una lunga durata della stampante in condizioni di macinazione severe. Utilizzando una racla, è possibile garantire che venga erogata solo la quantità di inchiostro determinata dalla dimensione della cella.
Il cilindro per rotocalco è lungo 0,3-4,4 metri, la circonferenza è 0,3-2,2 metri e la superficie può raggiungere i 10 metri quadrati. Quando la risoluzione dello schermo è di 60-400 linee / cm, il numero di celle sul tamburo è generalmente compreso tra 108 e 1010. Per eseguire l'elaborazione delle immagini nel tempo più economico, è necessario che i laser abbiano una frequenza di ripetizione degli impulsi elevata e un'alta potenza media .
Per la microincisione su larga scala mediante ablazione termo-ottica, il metodo più efficace consiste nell'utilizzare un raggio laser pulsato, il cui singolo impulso laser crea una cavità a maglia completa. Un sistema laser Nd: YAG con commutazione Q con una potenza di messa a fuoco media di 500 watt e una frequenza di ripetizione di 70 kHz (vedere la Figura 3) può raggiungere un tasso di ablazione volumetrica di zinco di 1 cm / min e un tasso di ablazione dell'area di 0,1 M / min. La forma delle cellule è determinata dalla forma d'onda dell'intensità del raggio laser.
Le celle semiautotipiche (sia la profondità che il diametro sono variabili in scala di grigi) possono essere generate da un laser con una forma d'onda del fascio gaussiana, mentre le celle tradizionali (con diametro variabile in profondità ad ogni valore di grigio) sono generate utilizzando forme d'onda a fondo piatto ( vedi figura 2). La dimensione della cavità della mesh dipende dall'energia dell'impulso ed è controllata dal set di dati di immagini digitali utilizzando un modulatore acusto-ottico. Il diametro varia da 25 metri a 150 metri, il che può definire la risoluzione dello schermo dell'immagine; la profondità varia da 1 metro a 40 metri, che può definire il valore di grigio dei punti stampati.
Il trasferimento di calore e la convezione del fuso devono essere ridotti al minimo. Pertanto, Daetwyler ha sviluppato uno speciale materiale elettro-zincato con additivi organici, che ha una conduttività termica inferiore rispetto alle normali strutture di zinco. Vaporizzando e ablando questo zinco speciale, l'area di fusione e le sbavature possono essere ridotte a un sottile strato di sedimento (entro 2-3 metri attorno alla cellula).
L'intera superficie del tamburo è alternativamente incisa da una pista cavità a maglie continue. Quando la velocità del tamburo raggiunge i 20 giri / min, la testa di elaborazione si sposta con un'alimentazione trasversale di 15-150 micron / giro, parallela all'asse del tamburo (a seconda della risoluzione dello schermo). Lo spessore della parete della maglia tra le celle è di soli 4-6 micron al valore di tono massimo. Ciò richiede che la precisione di puntamento del rullo di irradiazione del fascio sia di circa 1 micron.
Un altro metodo consiste nell'utilizzare un laser a fibra ad alta potenza modulato a impulsi (potenza media di 500 watt), la cui frequenza di ripetizione degli impulsi può essere modulata nell'intervallo 30-100 kHz. Quando la frequenza è di 35 kHz, c'è più energia su ciascun impulso, in modo che un singolo colpo possa praticare un grande foro (come un diametro di 140 micron quando lo schermo è di 70 linee / cm). Quando la frequenza è di 100 kHz, l'energia su ciascun impulso diminuisce, quindi viene scolpita una piccola maglia (ad esempio, uno schermo con un diametro di 25 micron è di 400 linee / cm).
Il funzionamento del raggio laser cinguettato è senza contatto, il che rappresenta un vantaggio chiave rispetto all'incisione elettromeccanica che utilizza una penna diamantata. Finché il processo di stampa è prevedibile e ripetibile, l'uniformità dell'incisione può essere garantita su tutta la larghezza del cilindro. A causa dell'alta ripetibilità, il processo laser a singolo foro a colpo singolo è circa 10 volte più veloce dell'incisione elettromeccanica.
Modulazione della forma d'onda dell'intensità del fascio
Esistono molti materiali di supporto diversi sul mercato della stampa (come carta o fogli flessibili), ciascuno con caratteristiche superficiali diverse. Il metodo di ottimizzazione del trasferimento di inchiostro dipende da: superficie del substrato (come rugosità, capacità di assorbimento dell'inchiostro), parametri dell'inchiostro (come viscosità o modello del pigmento) e lastra di stampa. Per ogni diversa situazione, è possibile utilizzare diverse forme di cavità di maglie scolpite per ottenere il meglio.
Oltre alla conduzione del calore e alla convezione, le celle rappresentano accuratamente la forma d'onda dell'intensità focale del raggio laser. Per far sì che ogni cellula raggiunga una forma specifica, la forma d'onda di intensità tridimensionale del fascio viene attivamente formata in tempo reale e la frequenza controllata dai dati dell'immagine è fino a 100 kHz.
Attraverso la modulazione attiva della forma d'onda dell'intensità e il cambiamento indipendente dell'energia di ciascun impulso laser, la forma, il diametro e la profondità di ogni singola cella possono essere determinati in modo indipendente. Questo nuovo tipo di mesh nel processo di fabbricazione della lastra di stampa è chiamato Super Halfautotypical mesh (SHC), che è un'estensione della mesh Halfautotypical (la profondità e il diametro della mesh semiautomatica sono variabili, ma non possono essere controllati indipendentemente).
La modulazione SHC consente a un singolo sistema laser di scolpire varie maglie (tradizionale, Autotypical, Halfautotypical). In passato erano richiesti diversi processi (incisione elettromeccanica, incisione chimica). Ora è possibile generare nuove forme di mesh per ottimizzare le caratteristiche di trasferimento dell'inchiostro e la stampabilità per ogni valore di colore% -tona e substrato stampato.
Strategia e applicazione
Oltre al metodo "single shot e single hole" della modulazione della forma d'onda del fascio SHC, è anche possibile progettare mesh di incisione sovrapponendo impulsi laser continui, ma il diametro del punto luminoso è inferiore alla dimensione di mesh richiesta (come il diametro del punto luminoso 10-15 micron, dimensione della cella 100 micron). La forma e la struttura interna della cavità formata dipendono dallo schema di scansione di modulazione, sovrapposizione e impulsi laser (come l'algoritmo di scansione della macchina per la composizione di immagini).
I laser a onda continua cinguettati sono commutati o modulati in scala di grigi e possono incidere piccole strisce sovrapposte per formare fori a maglie a forma di diamante. Il suo vantaggio risiede nell'elevata risoluzione dell'immagine (ad esempio, la risoluzione raggiunge 1000 linee / cm e il diametro del punto luminoso è di 15-20 micron quando la dimensione del passo di trasporto in avanti è di 10 micron). Lo svantaggio risiede nella perdita della capacità di produzione, che deve essere compensata utilizzando una frequenza di modulazione più elevata (circa 1 MHz) e una testa di incisione a più raggi.
Grazie alla sua elevata potenza di picco durante la messa a fuoco, i laser a fibra ad alta luminosità (200-600 watt, onda continua, modulazione ad impulsi) o laser ad impulsi ultra-corti possono ottenere questo avanzato metodo di incisione. Oltre allo zinco, questa elevata luminosità può essere utilizzata anche per incidere altri materiali, come rame e ceramica.
L'algoritmo del processo di scansione della macchina per la composizione di immagini è adatto per molte applicazioni bidimensionali (stampa) ad alta risoluzione e applicazioni tridimensionali (stampa). Come l'incisione del rullo rotocalco RFID.
La tecnologia elettronica stampata è una nuova tecnologia imminente. L'alta precisione richiesta dai componenti e dai circuiti elettronici stabilirà un nuovo punto di riferimento per l'accuratezza e l'uniformità dell'output di stampa. La maggior parte degli inchiostri organici e inorganici per conduttori e semiconduttori sono pastosi e difficili da stampare.
Per una stratificazione uniforme e non porosa di questi inchiostri, è essenziale un controllo preciso della geometria delle celle e della struttura superficiale delle piastre rotocalco. La Fig. 5C mostra il test di incisione dell'antenna tag RFID e la larghezza della linea di contorno è di soli 10 micron.
La tecnologia laser a olmio combina metodi di imaging digitale, migliora il tradizionale processo di produzione delle lastre di stampa e migliora l'efficienza, la gamma dello schermo, l'accuratezza e la qualità della stampa. Algoritmi corrispondenti possono essere utilizzati per utilizzare diversi tipi di laser. Utilizzando la forma d'onda del raggio laser modulato, il processo SHC a foro singolo a colpo singolo è attualmente il processo più veloce per la rotocalco, che può essere utilizzato per vari substrati, inchiostri e stampa. Un nuovo algoritmo di incisione che utilizza una sorgente TEM00 ad alta potenza estende l'applicazione dei metodi di ablazione laser a una vasta gamma di applicazioni industriali, come i rulli anilox per il trasferimento di materiale su vasta area, i modelli di stampa rotocalco ad alta precisione per l'elettronica di stampa e per la stampa 3D utensili. Quando si incontrano sia la potenza laser necessaria sia il nuovo algoritmo di incisione maturo, il laser a impulsi ultra-corti sarà in grado di promuovere e migliorare il metodo sopra descritto. La sfida futura sarà quella di utilizzare laser a impulsi ultracorti picosecondi per ottimizzare il processo di ablazione.
