在工業(yè)凹版印版制作中，寬大的表面區(qū)域要求高度的空間分辨率。而印刷輥的快速工作流程周期要求在很短的時間內(nèi)，以微米級精度有效地雕刻若干平方米的面積。激光在這一領域的應用有如下特點：加工率高，聚焦精確以及具備數(shù)字調(diào)制的優(yōu)勢。由于精密度、可重復性、靈活性和生產(chǎn)率的提高，直接激光微構(gòu)造技術(shù)正在取代傳統(tǒng)的凹版制版技術(shù)（例如用金剛石筆或化學蝕刻進行機械雕刻）。

旋轉(zhuǎn)型凹版印版由一個均勻鍍銅或鍍鋅的鋼輥組成。圖像信息被雕刻到鍍銅或鍍鋅層里的微小網(wǎng)穴，將印墨轉(zhuǎn)移到基底上（見圖1）。一層薄的鉻層可確保在劇烈研磨條件下印刷機仍具較長的使用壽命。通過使用刮刀，能夠確保只傳遞網(wǎng)穴尺寸確定的油墨量。
 

凹版印刷滾筒長0.3-4.4米，圓周長0.3-2.2米，表面積可達10平方米。當網(wǎng)屏分辨率為60-400線/厘米時，滾筒上的網(wǎng)穴數(shù)量通常為108到1010。為了在最經(jīng)濟的時間內(nèi)做好圖像處理，要求激光具有高脈沖重復率和高平均功率。

對于以熱光燒蝕為途徑的大規(guī)模微雕刻來說，最有效的方法是：采用一束脈沖激光光束，其單個激光脈沖創(chuàng)建一個完整的網(wǎng)穴。一種工作聚焦平均功率為500瓦、重復頻率為70千赫的調(diào)Q Nd:YAG激光系統(tǒng)（參見圖3）能夠使鋅的體積燒蝕率達到1立方厘米/分鐘，面積燒蝕率達到0.1平方米/分鐘。網(wǎng)穴的形狀由激光光束的強度波形決定。

Half-autotypical網(wǎng)穴（深度和直徑在灰階上均可變）可以由高斯光束波形的激光產(chǎn)生，而傳統(tǒng)網(wǎng)穴（每一灰度值上深度變化直徑不變）通過使用平底波形產(chǎn)生（參見圖2）。網(wǎng)穴的大小取決于脈沖能量，通過使用聲光調(diào)制器由數(shù)字圖像數(shù)據(jù)組控制。范圍為25米到150米的直徑，可以定義圖像的網(wǎng)屏分辨率；范圍為1米到40米的深度，可以定義印刷點的灰度值。

熔料的熱傳導和熱對流必須減至最低限度。因此，Daetwyler公司開發(fā)了一種附帶有機添加劑的特殊電鍍鋅材料，其熱傳導性比普通鋅結(jié)構(gòu)更低。通過汽化燒蝕這種特殊鋅，熔化區(qū)域和毛刺可以被減至一層薄薄的沉積物（網(wǎng)穴周圍2-3米內(nèi)）。

整個滾筒表面通過一條連續(xù)的螺旋狀網(wǎng)穴軌道進行交替雕刻。當滾筒轉(zhuǎn)速達到20轉(zhuǎn)/秒時，加工頭以15-150微米/轉(zhuǎn)的橫移進給量，平行于滾筒軸線移動（取決于網(wǎng)屏分辨率）。網(wǎng)穴之間的網(wǎng)墻厚度在階調(diào)值最大時只有4-6微米。這要求光束照射滾筒的瞄準精度達到約1微米。

另一種方法是使用脈沖調(diào)制的高功率光纖激光器（平均功率500瓦），其脈沖重復頻率可調(diào)制范圍為30-100千赫。當頻率為35千赫時，每次脈沖上有更多能量，從而使得單次擊發(fā)能夠鉆出大網(wǎng)穴（如網(wǎng)屏為70線/厘米時直徑為140微米）。當頻率為100千赫時，每次脈沖上的能量變少，因而雕刻出小網(wǎng)穴（如網(wǎng)屏為400線/厘米時直徑為25微米）。

激光光束的操作是非接觸式的，與使用金剛石筆的機電雕刻相比，這是一個關鍵的優(yōu)勢。只要印刷工藝具備可預測性和可重復性，就能在滾筒整個寬度上保證雕刻的均勻性。正是因為高可重復率，單發(fā)單穴激光工藝大約比機電雕刻快10倍。

光束強度波形調(diào)制

印刷市場上有許多不同的基底材料（比如紙張或彈性箔），每種材料有著不同的表面特性。油墨轉(zhuǎn)移的優(yōu)化方法依賴于：基底表面（如粗糙度、油墨吸收能力）、油墨參數(shù)（如顏料的粘度或型號）、印版。對于每種不同情況，可以使用不同形狀的雕刻網(wǎng)穴以達到最優(yōu)。

除熱傳導和對流之外，網(wǎng)穴精確表示了激光光束的焦點強度波形。為了讓每個網(wǎng)穴都達到特定形狀，光束的立體強度波形是主動實時形成的，由圖像數(shù)據(jù)控制的頻率高達100千赫。這一立體調(diào)制技術(shù)的總體方案如圖4所示。
 

通過強度波形的主動調(diào)制以及每次激光脈沖能量的獨立變化，每一單網(wǎng)穴的形狀、直徑和深度都可以獨立決定。印版制作工藝中的這一新型網(wǎng)穴叫做超級Halfautotypical網(wǎng)穴（SHC），是Halfautotypical網(wǎng)穴的延伸（半自動型網(wǎng)穴的深度和直徑是變化的，但不能獨立控制）。

SHC調(diào)制使得一臺激光系統(tǒng)就能雕刻各種網(wǎng)穴（傳統(tǒng)的、Autotypical、Halfautotypical）。過去則需要不同的工藝（機電雕刻、化學蝕刻）?，F(xiàn)在，能夠生成全新網(wǎng)穴形狀，從而為每種顏色%-階調(diào)值和印刷基底優(yōu)化油墨轉(zhuǎn)移特性和適印性能。

戰(zhàn)略與應用

除了SHC光束波形調(diào)制的“單發(fā)單穴”方法外，還可以通過疊加連續(xù)激光脈沖的方式來設計雕刻網(wǎng)穴，只不過光點直徑比要求的網(wǎng)穴尺寸?。ū热绻恻c直徑10-15微米，網(wǎng)穴尺寸100微米）。所形成網(wǎng)穴的形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有賴于調(diào)制、重疊以及激光脈沖的掃描方案（如圖像排版機掃描算法）。

連續(xù)波激光器是開關或灰階調(diào)制的，可以雕刻出細小的重疊條紋，形成菱形網(wǎng)穴。其優(yōu)勢在于圖像的高分辨率（例如正向輸送步長為10微米時分辨率達到1000線/厘米，光點直徑為15-20 微米）。其劣勢在于生產(chǎn)能力的損耗，需要通過使用更高的調(diào)制頻率（約1兆赫）以及多光束雕刻頭來彌補。

由于其聚焦時的高峰值功率，高亮度光纖激光器（200-600瓦，連續(xù)波，脈沖調(diào)制）或者超短脈沖激光器能夠?qū)崿F(xiàn)這種先進的雕刻方法。除了鋅之外，這種高亮度同樣能夠用于雕刻其他材料，比如銅和陶瓷。

圖像排版機掃描過程算法適用于許多高分辨率二維（印刷）應用和三維（印花）應用。例如雕刻RFID凹印輥。

印制電子技術(shù)是一項即將到來的新技術(shù)，電子元件和電路要求的高精度將為打印輸出的精確性和均勻性設定新的基準。導體及半導體的有機或無機油墨大部分都是糊狀的，印刷起來很費勁。

對于這些油墨的均勻無孔分層來說，精確控制網(wǎng)穴幾何形狀和凹版印版的表面紋理是非常關鍵的。圖5C顯示了RFID標簽天線的雕刻試驗，輪廓線寬度只有10微米。
 

總結(jié)與展望

激光技術(shù)結(jié)合了數(shù)字成像方法，改進了傳統(tǒng)印刷制版工藝，提升了打印輸出的效率、網(wǎng)屏范圍、精確性和質(zhì)量?？梢赃\用相應的算法，利用不同的激光器類型。利用調(diào)制的激光光束波形，目前單發(fā)單穴SHC工藝是用于凹版的速度最快的工藝，可用于各種基底、油墨和印刷。使用高功率TEM00源的新型雕刻算法，將激光燒蝕方法的應用范圍擴展至一系列的工業(yè)應用，如用于大面積材料轉(zhuǎn)印的網(wǎng)紋輥、用于印刷電子的高精度凹版印刷圖案以及用于三維印花工具。當必需的激光功率以及新型雕刻成熟算法這兩個條件都滿足時，超短脈沖激光將能夠推動和改進上述方法。將來所面臨的挑戰(zhàn)將是：使用皮秒超短脈沖激光來優(yōu)化燒蝕工藝。 #p#分頁標題#e#

本文作者Guido Hennig和Karl-Heinz Selbmann就職于瑞士MDC Max Daetwyler公司；Stefan Brning就職于德國Schepers公司。