En la producción de planchas de impresión de huecograbado industrial, una amplia superficie requiere una alta resolución espacial. El ciclo de flujo de trabajo rápido de los rodillos de impresión requiere un grabado efectivo de un área de varios metros cuadrados con precisión de nivel de micras en un corto período de tiempo. La aplicación de láser en este campo tiene las siguientes características: alta velocidad de procesamiento, enfoque preciso y las ventajas de la modulación digital. Debido a la mayor precisión, repetibilidad, flexibilidad y productividad, la microestructuración láser directa está reemplazando las técnicas tradicionales de fabricación de placas de grabado (como el grabado mecánico con rotuladores de diamante o grabado químico).
La placa de impresión de huecograbado rotativo consiste en un rodillo uniforme de cobre o acero galvanizado. La información de la imagen está grabada en pequeñas cavidades en capas de cobre o galvanizadas para transferir la tinta al sustrato (ver Figura 1). Una fina capa de cromo garantiza una larga vida útil de la impresora en condiciones severas de rectificado. Al usar una cuchilla dosificadora, es posible garantizar que solo se entregue la cantidad de tinta determinada por el tamaño de la celda.
El cilindro de impresión de huecograbado tiene una longitud de 0.3-4.4 metros, la circunferencia es de 0.3-2.2 metros y la superficie puede alcanzar los 10 metros cuadrados. Cuando la resolución de la pantalla es de 60-400 líneas / cm, el número de celdas en el tambor generalmente es de 108 a 1010. Para realizar el procesamiento de imágenes en el tiempo más económico, se requiere que los láseres tengan una alta tasa de repetición de pulso y una alta potencia promedio .
Para el micrograbado a gran escala por ablación termoóptica, el método más efectivo es utilizar un rayo láser pulsado, cuyo pulso láser único crea una cavidad de malla completa. Un sistema láser Nd: YAG con conmutación Q con una potencia de enfoque promedio de 500 vatios y una tasa de repetición de 70 kHz (ver Figura 3) puede lograr una tasa de ablación volumétrica de zinc de 1 cm / min y una tasa de ablación de área de 0.1 M / min. La forma de las células está determinada por la forma de onda de intensidad del rayo láser.
Las células semiautotípicas (tanto la profundidad como el diámetro son variables en escala de grises) pueden generarse mediante un láser con una forma de onda de haz gaussiano, mientras que las células tradicionales (con un diámetro de cambio de profundidad constante en cada valor gris) se generan utilizando formas de onda de fondo plano ( ver figura 2). El tamaño de la cavidad de la malla depende de la energía del pulso y se controla mediante el conjunto de datos de imagen digital mediante un modulador acústico-óptico. El diámetro varía de 25 metros a 150 metros, lo que puede definir la resolución de pantalla de la imagen; la profundidad varía de 1 metro a 40 metros, lo que puede definir el valor de gris de los puntos impresos.
La transferencia de calor y la convección de la masa fundida deben minimizarse. Por lo tanto, Daetwyler ha desarrollado un material electro-galvanizado especial con aditivos orgánicos, que tiene una conductividad térmica más baja que las estructuras de zinc ordinarias. Al vaporizar y eliminar este zinc especial, el área de fusión y las rebabas se pueden reducir a una capa delgada de sedimento (dentro de 2-3 metros alrededor de la celda).
Toda la superficie del tambor está grabada alternativamente por una pista de cavidad de malla espiral continua. Cuando la velocidad del tambor alcanza las 20 rpm, el cabezal de procesamiento se mueve a una velocidad transversal de 15-150 micras / revolución, paralela al eje del tambor (según la resolución de la pantalla). El grosor de la pared de malla entre las celdas es de solo 4-6 micras con el valor de tono máximo. Esto requiere que la precisión de puntería del rodillo de irradiación del haz sea de aproximadamente 1 micra.
Otro método es utilizar un láser de fibra de alta potencia con modulación de pulso (potencia promedio de 500 vatios), cuya frecuencia de repetición de pulso se puede modular en el rango de 30-100 kHz. Cuando la frecuencia es de 35 kHz, hay más energía en cada pulso, de modo que un solo disparo puede perforar un gran agujero (como un diámetro de 140 micras cuando la pantalla es de 70 líneas / cm). Cuando la frecuencia es de 100 kHz, la energía en cada pulso se reduce, por lo que se talla una malla pequeña (por ejemplo, una pantalla con un diámetro de 25 micras es de 400 líneas / cm).
El funcionamiento del rayo láser picado es sin contacto, lo cual es una ventaja clave en comparación con el grabado electromecánico con un lápiz de diamante. Mientras el proceso de impresión sea predecible y repetible, la uniformidad del grabado puede garantizarse en todo el ancho del cilindro. Debido a la alta repetibilidad, el proceso láser de un solo orificio y un solo orificio es aproximadamente 10 veces más rápido que el grabado electromecánico.
Modulación de forma de onda de intensidad de haz
Existen muchos materiales de sustrato diferentes en el mercado de la impresión (como papel o papel de aluminio flexible), cada uno con diferentes características de superficie. El método de optimización de la transferencia de tinta depende de: la superficie del sustrato (como la rugosidad, la capacidad de absorción de tinta), los parámetros de la tinta (como la viscosidad o el modelo del pigmento) y la placa de impresión. Para cada situación diferente, se pueden usar diferentes formas de cavidades de malla esculpidas para lograr lo mejor.
Además de la conducción de calor y la convección, las células representan con precisión la forma de onda de intensidad focal del rayo láser. Para que cada celda alcance una forma específica, la forma de onda de intensidad tridimensional del haz se forma activamente en tiempo real, y la frecuencia controlada por los datos de la imagen es de hasta 100 kHz.
Mediante la modulación activa de la forma de onda de intensidad y el cambio independiente de la energía de cada pulso láser, se puede determinar de forma independiente la forma, el diámetro y la profundidad de cada célula individual. Este nuevo tipo de malla en el proceso de fabricación de planchas de impresión se denomina malla Super Halfautotypical (SHC), que es una extensión de la malla Halfautotypical (la profundidad y el diámetro de la malla semiautomática son variables, pero no se pueden controlar de forma independiente).
La modulación SHC permite que un solo sistema láser esculpe varias mallas (tradicional, autotípica, halfautotípica). En el pasado, se requerían diferentes procesos (grabado electromecánico, grabado químico). Ahora se pueden generar nuevas formas de malla para optimizar las características de transferencia de tinta y la capacidad de impresión para cada valor de% de tono de color y sustrato impreso.
Estrategia y aplicación
Además del método de "disparo único y agujero único" de la modulación de la forma de onda del haz SHC, también es posible diseñar mallas de grabado superponiendo pulsos láser continuos, pero el diámetro del punto de luz es menor que el tamaño de malla requerido (como el diámetro del punto de luz 10-15 micras, tamaño de celda 100 micras). La forma y la estructura interna de la cavidad formada depende del esquema de escaneo de modulación, superposición y pulsos láser (como el algoritmo de escaneo de la máquina de composición de imágenes).
Los láseres de onda continua son modulados o modulados en escala de grises, y pueden grabar pequeñas franjas superpuestas para formar agujeros de malla en forma de diamante. Su ventaja radica en la alta resolución de la imagen (por ejemplo, la resolución alcanza 1000 líneas / cm y el diámetro del punto de luz es de 15-20 micras cuando el tamaño del paso de transporte hacia adelante es de 10 micras). La desventaja radica en la pérdida de capacidad de producción, que debe compensarse mediante el uso de una frecuencia de modulación más alta (aproximadamente 1 MHz) y un cabezal de grabado de haces múltiples.
Debido a su alta potencia máxima al enfocar, los láseres de fibra de alto brillo (200-600 vatios, onda continua, modulación de pulso) o los láseres de pulso ultracortos pueden lograr este método de grabado avanzado. Además del zinc, este alto brillo también se puede utilizar para grabar otros materiales, como el cobre y la cerámica.
El algoritmo de proceso de escaneo de la máquina de composición de imágenes es adecuado para muchas aplicaciones bidimensionales (impresión) de alta resolución y aplicaciones tridimensionales (impresión). Como el grabado de rodillos de huecograbado RFID.
La tecnología electrónica impresa es una nueva tecnología próxima. La alta precisión requerida por los componentes y circuitos electrónicos establecerá un nuevo punto de referencia para la precisión y uniformidad de la salida de impresión. La mayoría de las tintas orgánicas e inorgánicas para conductores y semiconductores son pastosas y difíciles de imprimir.
Para la estratificación uniforme y no porosa de estas tintas, es crítico el control preciso de la geometría celular y la textura de la superficie de las placas de huecograbado. La figura 5C muestra la prueba de grabado de la antena de etiqueta RFID, y el ancho de la línea de contorno es de solo 10 micras.
La tecnología láser Holmium combina métodos de imágenes digitales, mejora el proceso tradicional de fabricación de planchas de impresión y mejora la eficiencia, el alcance de la pantalla, la precisión y la calidad de la impresión. Los algoritmos correspondientes se pueden utilizar para utilizar diferentes tipos de láser. Utilizando la forma de onda modulada del rayo láser, el proceso SHC de un solo orificio y un solo orificio es actualmente el proceso más rápido para el grabado, que se puede utilizar para varios sustratos, tintas e impresión. Un nuevo algoritmo de grabado que utiliza una fuente TEM00 de alta potencia extiende la aplicación de métodos de ablación por láser a una gama de aplicaciones industriales, como rodillos anilox para transferencia de material de gran área, patrones de impresión de huecograbado de alta precisión para impresión electrónica y para impresión 3D herramientas. Cuando se cumplen tanto la potencia láser necesaria como el nuevo algoritmo maduro de grabado, el láser de pulso ultracorto podrá promover y mejorar el método anterior. El desafío futuro será utilizar láseres de pulso ultracortos de picosegundos para optimizar el proceso de ablación.
