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光纖激光器

光纖激光器在網(wǎng)紋輥雕刻中的應(yīng)用

星之球激光 來源:激光網(wǎng)2011-09-13 我要評論(0 )   

網(wǎng)紋輥是柔性印刷機的核心部分,主要的應(yīng)用場合有寬幅柔版印刷機、窄幅柔版印刷機、凹板機、上光機、涂布機、瓦楞紙箱印刷機及其它印刷機等。如何生產(chǎn)出高質(zhì)量的網(wǎng)紋輥...

       網(wǎng)紋輥是柔性印刷機的核心部分,主要的應(yīng)用場合有寬幅柔版印刷機、窄幅柔版印刷機、凹板機、上光機、涂布機、瓦楞紙箱印刷機及其它印刷機等。如何生產(chǎn)出高質(zhì)量的網(wǎng)紋輥,如何使網(wǎng)紋輥的幾何尺寸精度,耐磨性,耐蝕性,載墨量,釋墨量,使用壽命等達到很高的要求,而使其能滿足向印刷版定時,場勻地供應(yīng)油墨的要求,將直接關(guān)系到印刷品的質(zhì)量。而選擇網(wǎng)紋輥的加工生產(chǎn)方式對網(wǎng)紋輥的質(zhì)量起決定性的作用。

  目前生產(chǎn)網(wǎng)紋輥的方法有兩種,一種是機械加工的方法,一種是傳統(tǒng)的激光加工的方法,現(xiàn)分別介紹如下:

     一、機械加工的方法:機械加工的方法主要是對金屬輥體進行加工,對高硬度的陶瓷輥則因為輥的高硬度問題致使加工速度非常慢,對加工的器具的要求非常高而無法進行加工,而且加工出來的輥精度很差,線數(shù)受限(指每英寸長度上網(wǎng)孔的數(shù)量),無法適應(yīng)對印刷上多品種及對印刷質(zhì)量的越來越高的要求,主要應(yīng)用于稍大的紙箱或塑料的印刷加工和涂布。機械加工主要有3種方法:

     1、直接用機床加工,在金屬輥上車出紋路或用鉆床鉆出網(wǎng)孔。這種方法加工的精度低,加工速度慢,是一種比較落后的處于被淘汰的加工方式,但被國內(nèi)廠家大量采用。

  2、滾壓法制金屬網(wǎng)紋輥:是在已加工好的金屬輥體上,用專用的滾壓工具在輥面上滾壓出所需的網(wǎng)穴,然后再對輥面鍍鉻,以提高耐磨性和耐蝕性,此法存在的問題是:

  1)鍍鉻層的硬度不夠高,耐磨性不夠好,一根金屬網(wǎng)紋輥一般只能使用一個多月至三個月,換輥很頻繁,影響正常生產(chǎn),生產(chǎn)成本很高。

  2)用滾壓方法,滾壓工具上必須制作出許許多多凸出的硬壓頭,每個壓頭應(yīng)有較大的錐度,才能使之順利壓入和退出金屬輥面,因此輥面上所形成的網(wǎng)孔的錐度相應(yīng)也比較大,處于錐尖端的油墨不容易傳出,一旦此處的油墨干枯,并漸擴大,就會堵塞網(wǎng)孔,使網(wǎng)紋輥失去傳墨的能力。

  3)每種不同的輥需要換不同的壓頭,影響加工速度,滾壓工具上的硬壓頭,而且用機械的制作方法不可能做得很細小,排列得非常密,因此金屬網(wǎng)紋輥的線數(shù)不可能做得比較高。一般僅為200L/in,難以滿足印刷上多品種及高印刷質(zhì)量的要求。

     3、電子雕刻金屬網(wǎng)紋輥,主要問題也是速度慢,成本高,線數(shù)受限(500L/in),難以滿足高印刷質(zhì)量的要求。

     二、傳統(tǒng)激光制輥技術(shù)

  激光雕刻網(wǎng)紋輥技術(shù)是以高功率密度激光束作用在網(wǎng)紋輥的表面上直接雕刻出網(wǎng)紋的一種先進應(yīng)用技術(shù)。整個生產(chǎn)工序涉及到激光微加工技術(shù)、計算機控制技術(shù)、高精度檢測及機械精密加工技術(shù)等領(lǐng)域的高新技術(shù),是多學科的高科技產(chǎn)品。

     對比機械加工網(wǎng)紋輥,它的優(yōu)點是非接觸性加工,既能加工金屬輥,又能加工像陶瓷等高硬度的輥,而且通過數(shù)控系統(tǒng)改變控制參數(shù),能非常方便的加工各種不同型號、不同大小、不同孔型的產(chǎn)品,即能進行柔性加工;具有孔形清晰、傳墨量可選、耐磨等特點。傳統(tǒng)激光加工的方法有如下兩種。

     1、CO2激光雕刻網(wǎng)紋輥:
  為了提高制輥速度,并可以進行柔性制輥,可以利用激光的高能量,高單色性,高方向性配以高精度,高性能的數(shù)控機床,來對金屬輥進行加工。

  為了提高金屬網(wǎng)紋輥的的耐磨性,在金屬輥體上噴涂一層陶瓷層,制成陶瓷輥,因為陶瓷的硬度很高,所有耐磨性大大提高。這時用機械方法已無法雕刻這么硬的輥子,必須用激光方法才能雕刻。用此法生產(chǎn)的陶瓷網(wǎng)紋輥的耐磨性能比金屬網(wǎng)紋輥提高很多,是網(wǎng)紋輥的主要發(fā)展方向。

  用激光加工金屬網(wǎng)紋輥與陶瓷網(wǎng)紋輥,目前使用最多的是CO2氣體激光雕刻,能滿足中低檔紙箱印刷的基本需要,可印刷全色調(diào)及較粗的文字,但這種方法仍存在很大的問題,表現(xiàn)在:

  1)CO2激光的波長較長,其波長為10.6微米,聚焦后光斑比較大,因此適用于雕刻網(wǎng)孔比較大,網(wǎng)孔排列不太密的網(wǎng)紋輥,即線數(shù)不太高的網(wǎng)紋輥,此類型的有效網(wǎng)線約為80-300lpi。

  2)CO2激光在雕刻陶瓷時, CO2激光的峰值功率密度與能量密度還不是很高,在雕刻時,部分陶瓷材料氣化,還有部分陶瓷材料仍處于熔覆狀態(tài),在網(wǎng)孔內(nèi)壁不可避免地留下了巖漿狀的表面,容易引起油墨或水墨的堵塞;而且因為金屬對長波長的CO2激光的反射率很高,因此對金屬輥的加工也不是很合適,對激光要求的功率較高,增加相應(yīng)的運行成本。

  3)較大功率的CO2激光器,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,體積較大,運行時需消耗氦氣、氮氣、CO2、所以運行費用較大,相應(yīng)的生產(chǎn)成本較高。

  2 、Nd:YAG激光雕刻網(wǎng)紋輥:

  用Nd:YAG激光雕刻網(wǎng)紋輥,因為YAG激光器的波長為1.06微米,通過聚焦后光斑的大小可以減小到CO2激光器的十分之一,提高了功率密度,但因光束模式不好,聚焦后光斑還是較大,也使加工的線數(shù)只能提高到600---800線左右。在加工金屬輥時克服因CO2激光對金屬材料的高反射率問題,在加工陶瓷輥時克服了網(wǎng)孔和網(wǎng)墻殘存陶瓷熔融物造成網(wǎng)孔輪廓不夠清晰和輥面不夠平整的問題,使激光雕刻之后無需再精整加工。YAG激光技術(shù)的出現(xiàn)使網(wǎng)線數(shù)及網(wǎng)孔清晰度得到了一定的改善,可以配合清晰度稍高的柔版印刷。

但是用Nd:YAG激光雕刻網(wǎng)紋輥也存在相應(yīng)的問題,主要表現(xiàn)在:

  輸出功率不穩(wěn)定,不能長期連續(xù)運行,使其較難控制整個網(wǎng)紋輥的網(wǎng)孔形狀的一致性,易引起不同部位的供墨量不平均,因而制約其在精細雕刻中的使用。

     1) 因為幾十及上百瓦量級的Nd:YAG激光器都是多模激光器,激光光束質(zhì)量較差,光斑形狀不好,因而雕刻出來的網(wǎng)孔質(zhì)量不是很理想;而且其激光輸出的是多模光束限制了聚焦的光斑不能更小。這兩方面的因素同樣限制了其在精細雕刻中的應(yīng)用。

  由于YAG激光器的轉(zhuǎn)換效率非常低,不超過3%,可靠性低,維護周期短(幾百小時需維護一次),造成用戶使用時的運行成本如電費、維護費用非常高,不能24小時連續(xù)運行,對精密制輥是一個致命的缺陷。

  三.脈沖光纖激光器的特點及其在網(wǎng)紋輥中的應(yīng)用

  高檔柔版印刷技術(shù)日益向精細、高清晰方向發(fā)展,因而對陶瓷網(wǎng)紋輥的技術(shù)要求越來越高,需要高強度、高線數(shù)、網(wǎng)孔質(zhì)地均一、墨量足夠且穩(wěn)定、壽命長久的新型激光網(wǎng)紋輥。世界上最先進的激光器高功率脈沖光纖激光器20瓦脈沖的出現(xiàn),為高性能網(wǎng)紋輥的制作提供最理想的激光光源,主要體現(xiàn)在:#p#分頁標題#e#
  極其優(yōu)異的接近衍射極限的光束質(zhì)量,標準的TEM00單模輸出,輸出波長為1.06微米,單脈沖能量1MJ,準直后光束直徑10mm,M2<1.8,光束發(fā)散角0.24mrad;經(jīng)焦距為50mm的透鏡聚焦后,光斑直徑可以小于6微米(只有多模的Nd:YAG激光器的1/10左右),工作點的峰值功率密度非常高,達109W/cm2,使20瓦平均功率的脈沖光纖激光器用于激光制輥時的效果超過平均功率100瓦的YAG激光器,非常適合于進行精細網(wǎng)紋輥的精細打孔等應(yīng)用。

     1) 打出的網(wǎng)孔更加細膩,輪廓規(guī)則清晰,網(wǎng)孔的壁陡,光滑,孔底平整,載墨量大,而且墨容易傳出;

     2) 網(wǎng)線極大提高,有效網(wǎng)線為400-3000lpi,最高可達4000lpi,配以精密數(shù)控機床可以輕易做到目前實際應(yīng)用中的極限1500lpi的網(wǎng)輥,在相同網(wǎng)孔高度時,載墨量比其它網(wǎng)紋輥提高30%以上,特別在高線數(shù)時,其載墨量高出75%以上。而且導(dǎo)墨性能卓著,網(wǎng)點擴散極低,可完全勝任使用CTP精細版材的印刷要求。其印刷質(zhì)量完全可以達到膠印效果,使柔版印刷完全能夠勝任印精細包裝的要求,在化妝品盒、藥品盒、煙酒盒、豪華包裝盒、防偽印刷等領(lǐng)域,柔印第一次能與膠印分庭抗禮,使全球印刷界的“柔印大趨勢”成為可能。這一成果在柔印要求極高的歐洲、美國率先得到廣泛的應(yīng)用,繼而在香港及東南亞一些檔次較高的柔印廠得到普及。在我國,由于受過時的柔印技術(shù)及理論的束縛,很大部分業(yè)界人士認為當網(wǎng)線高至800lpi左右時,墨量必然降低(如有些印刷廠訂制的YAG型網(wǎng)紋輥,在800lpi時實際墨量僅為2.0BCM左右),所以只好將高線數(shù)時的實地與層次網(wǎng)分開印刷,即便如此,層次網(wǎng)的色彩濃度也偏淡,有時印刷廠為了取得足夠的墨量,不得不降低網(wǎng)紋輥線數(shù),卻往往又造成“堵版”等負面效應(yīng),影響印刷品的精致程度,而應(yīng)用脈沖光纖激光器制網(wǎng)紋輥則徹底解決了這個難題,高精度、獨特的雕刻技術(shù)使得在高線數(shù)時仍能保持高墨量(如在1000lpi時,仍能達到3.6-4.2BCM)。

     2.脈沖重復(fù)頻率高(20KHz到120KHz);而且輸出功率非常穩(wěn)定,單個脈沖的能量的波動不會超過1%;配以精密數(shù)控機床和適當?shù)目刂品绞?,可以實現(xiàn)多脈沖高速打孔,可精確控制打孔的大小、深度和形狀。

     3.高可靠性,采用免維護的主振蕩功率放大技術(shù)和種子光源脈沖產(chǎn)生技術(shù),平均無故障工作時間在10萬小時以上(燈泵YAG在幾百小時左右,DPSLL在3000小時左右);可在惡劣的環(huán)境下24小時連續(xù)工作(由于其光纖光柵的諧振腔置于光纖內(nèi)部,即使在高沖擊,高震動,高濕度,有灰塵的條件下皆可正常運轉(zhuǎn),而環(huán)境溫度范圍允許在-20C至+50C之間)。這些特點對進行高精細,高線數(shù)制輥至關(guān)重要,因為在進行大面積高精細,高線數(shù)制輥時,往往要求用于制輥的激光器必需連續(xù)10多小時運轉(zhuǎn),中間不能有任何停頓,單脈沖能量變化很小,否則加工出來的網(wǎng)孔會不均勻,影響質(zhì)量,需要返工。而使用脈沖光纖激光器可以完全避免因YAG激光器的輸出能量不穩(wěn)定所造成的網(wǎng)孔不均勻而造成的返工,極大的提高了網(wǎng)紋輥的質(zhì)量,避免了人力物力的極大浪費,極大的減低了廠家的生產(chǎn)成本,極大的縮短了加工時間,成倍的提高了工作效率。

     4.非常高的整體電光轉(zhuǎn)換效率,無體積龐大的電源系統(tǒng),20瓦脈沖光輸出的整機耗電只有200瓦左右,大幅度減低了使用的電費(只有燈泵YAG的1/10);免維護,無需龐大的水冷系統(tǒng),只需簡便的風冷即可,免除水冷系統(tǒng)的維護;其外型緊湊體積?。ㄖ挥形募A大?。? 光纖輸出,可以靈活的應(yīng)用,易于系統(tǒng)集成,節(jié)約工作場地,節(jié)約運行成本節(jié)約維護和運行成本(粗略估算,光電費、直接維護費用即可比Nd:YAG激光器節(jié)省9萬元左右,還不包括維修、停產(chǎn)、返工所造成的材料浪費及人力浪費等),大幅度提高用戶的投入產(chǎn)出比。

     5.用脈沖光纖激光器配合高精度機床,設(shè)計合適的控制方式與軟件,采用多脈沖打同一個孔的技術(shù)可以雕刻出網(wǎng)孔形狀為六角形、四方形、三角形、圓形、橢圓等不同的精確形狀的陶瓷網(wǎng)紋輥,滿足印刷上對多種網(wǎng)孔形狀的要求。

     應(yīng)用脈沖光纖激光器來生產(chǎn)網(wǎng)紋輥,可以極其優(yōu)異的性能,極低的運行維護成本,極大的提高了我國的制輥水平,可使我國印刷技術(shù)直接升級到國際最先進的水平,完全可以實現(xiàn)綠色印刷,可極大的提高我國印刷產(chǎn)品在國際市場上的競爭力,徹底扭轉(zhuǎn)以前我國印刷產(chǎn)品檔次低下的印象。

 

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