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從德魯巴看激光雕刻凹版及柔版制版技術(shù)的發(fā)展

作者：admin 日期：2018-5-23 8:46:56 人氣：

借助激光這種高效能手段進(jìn)行印版制作,是印前處理及制版領(lǐng)域長(zhǎng)期不懈努力的目標(biāo).作為一種高能量`高性能的記錄工具,自20世紀(jì)70年代以來(lái),激光就已經(jīng)在膠印、凹印制版領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用。在計(jì)算機(jī)圖文信息處理的基礎(chǔ)上，使用激光對(duì)膠片和膠印印版的圖文記錄輸出是目前最常見(jiàn)的及最有發(fā)展前途的膠印制版方法，所庫(kù)“CTFilm”、“CTPlate”中理所當(dāng)然地包含了激光印版記錄。

套袋機(jī) 紅包機(jī) 三邊封制袋機(jī) 牛皮袋制袋機(jī) 無(wú)紡布制袋機(jī) 抗震支架凹版印刷機(jī) 凹版彩印機(jī) 纏繞膜機(jī) 氣泡膜機(jī) 無(wú)紡布制袋機(jī) 紅包機(jī) 柔印機(jī) 凸版印刷機(jī) 防火閥敷料貼機(jī) 留置針貼機(jī) 水膠體機(jī) 創(chuàng)口貼機(jī) 配頁(yè)機(jī) 膏藥成型機(jī) 柔性凸版印刷機(jī) 配頁(yè)機(jī) 排煙醫(yī)藥袋制袋機(jī) 套袋機(jī) 拉鏈袋制袋機(jī) 封口膠保鮮膜機(jī)

　　眾所周知，機(jī)械電磁式的凹版電子雕刻機(jī)是德國(guó)海爾（Hell GmbH）公司于1962年發(fā)明的。這與激光發(fā)明時(shí)間很接近。實(shí)際上，該公司的技術(shù)人員當(dāng)時(shí)就試圖利用激光進(jìn)行鍍銅滾筒的雕刻，但由于銅對(duì)光線的高反射率而未能成功，他們轉(zhuǎn)而投入高能電子束雕刻的研究并取得了成功。

　　凹印版的激光記錄開(kāi)始于1977年，當(dāng)時(shí)英國(guó)Crosfield Electronics公司曾使用激光在帶聚合物樹(shù)脂層的凹印滾筒上雕刻出網(wǎng)穴，制作出凹版滾筒。盡管由于質(zhì)量穩(wěn)定性等原因，該系統(tǒng)并沒(méi)有真正大量地投入實(shí)用，但作為一種有益的技術(shù)研究和探索卻為激光凹印版的制版指出了可以繼續(xù)發(fā)展的途徑。

　　今年5月在德國(guó)杜塞爾多夫舉行的印刷盛會(huì)Drupa 2000上，人們看到，激光印版記錄技術(shù)全進(jìn)入實(shí)用化階段，除用于平印CTPlate的技術(shù)成為熱點(diǎn)以外，多家廠商都推出了凹印印版和柔性版的激光制作設(shè)備，成為CTP（Computer To Cylinder）的一個(gè)亮點(diǎn)。

一、激光雕刻凹版技術(shù)的類型

　　就凹版網(wǎng)穴的類型而言，通常有四種類型，即：面積可變網(wǎng)穴、凹下深度右變網(wǎng)穴、面積和凹下深度都可變網(wǎng)穴、調(diào)頻網(wǎng)穴。在目前的技術(shù)發(fā)展水平上，這四種網(wǎng)穴的激光雕刻都已實(shí)現(xiàn)。

圖1 面積可變網(wǎng)穴的結(jié)構(gòu)

　　1．面積可變網(wǎng)穴

　　顧名思義，該類網(wǎng)穴僅通過(guò)改變其開(kāi)口面積再現(xiàn)圖像的階調(diào)層次變化。顏色深處網(wǎng)穴面積較大，而顏色淺處網(wǎng)穴面積較小，肉穴的下深度不變。就此特點(diǎn)而言，類似于膠印網(wǎng)點(diǎn)的圖像再現(xiàn)原理。故此，該類凹版也稱為“網(wǎng)點(diǎn)凹版”。其網(wǎng)穴結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然其圖像階調(diào)再現(xiàn)的基本原理與膠印粗似，但其網(wǎng)穴的結(jié)構(gòu)卻不能脫離凹印版的基本技術(shù)要求，這就是：必須形成并保留網(wǎng)墻，不能在印版上出現(xiàn)大面積的無(wú)網(wǎng)墻實(shí)地。因此，從網(wǎng)穴的微觀結(jié)構(gòu)上講，它與平印網(wǎng)點(diǎn)并不等同。

圖2 凹下深度可變網(wǎng)穴的結(jié)構(gòu)

　　2．凹下深度可變網(wǎng)穴

　　這是最典型的凹版網(wǎng)穴，常被稱為“經(jīng)典凹版”或“傳統(tǒng)凹版”。該類網(wǎng)穴僅通過(guò)改變其網(wǎng)穴下深度再現(xiàn)圖像的階調(diào)層次變化。顏色深處網(wǎng)穴凹下較深，而顏色淺處網(wǎng)穴凹下較淺，網(wǎng)穴的面積不變。其網(wǎng)穴結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　由于網(wǎng)穴面積相同，故網(wǎng)墻的厚度是等同的。

　　3．面積和凹下深度都可變網(wǎng)穴

　　在機(jī)械電磁式電子凹版雕刻機(jī)所雕刻的滾筒上常可見(jiàn)這種網(wǎng)穴，它是非激光式電雕凹版最常用的網(wǎng)穴類型。其網(wǎng)穴特點(diǎn)是：顏色深處網(wǎng)穴開(kāi)口面積和凹下深度都大，而顏色淺處網(wǎng)穴開(kāi)口面積和凹下深度都小，顯然網(wǎng)墻的厚度是不相等的。其網(wǎng)穴結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　4．調(diào)頻網(wǎng)穴

　　將調(diào)頻加網(wǎng)的原理應(yīng)用到凹版用到凹版上，可以生成調(diào)頻網(wǎng)穴凹版。其網(wǎng)穴特點(diǎn)是：面積相同，而在凹印版上出現(xiàn)的空間位置隨機(jī)變化。同樣，為了在圖像的暗調(diào)區(qū)域不出現(xiàn)大面積無(wú)網(wǎng)墻“地帶”，調(diào)頻網(wǎng)穴的空間位置應(yīng)受到合理的控制，不能完全隨機(jī)。其網(wǎng)穴結(jié)構(gòu)如圖4所示。

二、激光凹版雕刻的基本原理和實(shí)現(xiàn)方式

　　從原理上講，激光凹版雕刻是應(yīng)用一路或多路高能激光束，在滾筒表面的待雕材料（金屬層或基漆層）上，燒蝕出網(wǎng)穴或露銅的網(wǎng)穴形狀，直接形成網(wǎng)穴印版，或?yàn)楹罄m(xù)加工網(wǎng)穴做好準(zhǔn)備。

　　從上面所給出的基本原理可以知道，這其中包含了兩種略有差異的雕刻技術(shù)。第一種是用高能量激光直接雕刻滾筒金屬表面，形成凹版網(wǎng)穴（見(jiàn)下頁(yè)圖5左圖）。就目前的技術(shù)水準(zhǔn)而言，直接雕刻銅層還未獲得成功。瑞士Daetwyler公司采取了雕刻鋅層的妥協(xié)方法，實(shí)現(xiàn)其激光雕刻的目標(biāo)。第二種則是在銅滾筒上先涂覆黑色基漆層，用激光燒蝕網(wǎng)穴區(qū)域，使網(wǎng)穴處的銅層裸露出來(lái)，非網(wǎng)穴處由基漆保護(hù)抗蝕，待腐蝕后即可獲得凹下的網(wǎng)穴。這就是德國(guó)Hell公司在Drupa 2000上推出的HelioBeam C2000所采用的技術(shù)方案（見(jiàn)下頁(yè)圖5右圖）。

圖3 面積和凹下深度可變網(wǎng)穴的結(jié)構(gòu)

　　盡管從基本原理上兩者的差異似乎并不大，但從網(wǎng)穴特征、工藝過(guò)程等細(xì)節(jié)上分析，兩者還是各具特色的。

三、兩種激光凹版雕刻技術(shù)的比較

　　1．激光雕刻凹版基漆層技術(shù)

　　以德國(guó)Hell公司的HelioBeam C2000系統(tǒng)為代表，激光雕刻凹版基漆層技術(shù)成為Drupa 2000上激光雕刻凹版的新熱點(diǎn)。

　　德國(guó)Hell公司的激光雕刻凹版方案的實(shí)質(zhì)是：充分利用激光記錄的高分辨率，使激光在基漆上燒蝕出的網(wǎng)穴輪廓、文字、圖形輪廓達(dá)到高精度。網(wǎng)穴輪廓面積隨圖像顏色的深淺明暗而變化。因此，經(jīng)過(guò)后續(xù)腐蝕處理所得到的網(wǎng)穴屬于前述的“面積可變、凹下深度不變網(wǎng)穴”（實(shí)際上，在腐蝕過(guò)程中，網(wǎng)穴輪廓面積的大小仍然會(huì)在一定程度上影響網(wǎng)穴腐蝕深度）。熟悉膠印制版的人員會(huì)發(fā)現(xiàn)，這是“平印化”的凹版。

圖4 調(diào)頻網(wǎng)穴的結(jié)構(gòu)

　　長(zhǎng)期以來(lái)，凹版制作中存在文字和圖形質(zhì)量低于膠印的問(wèn)題。其原因是膠印制版通常使用1200－3000線／英寸的記錄分辨率記錄文字和圖文的輪廓，精度較高；而電子雕刻機(jī)的雕刻分辨率（網(wǎng)線數(shù)）較低，一般在60－140線／厘米，即150－356線／英寸。這樣的線數(shù)對(duì)圖像層次和細(xì)節(jié)的再現(xiàn)是可以的，但對(duì)于文字和圖形的輪廓質(zhì)量而言就顯得不足，以此分辨率雕刻出的文字和圖形邊緣不夠光滑，品質(zhì)與膠印不可同日而語(yǔ)，特別是雕刻小字號(hào)的文字時(shí)間問(wèn)題更突出（見(jiàn)圖6）。

　　膠印網(wǎng)點(diǎn)是由多個(gè)激光曝光點(diǎn)組合成的，利用這一特點(diǎn)，人們可以做兩件事：第一，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)點(diǎn)面積的多級(jí)變化。如果100％面積率的網(wǎng)點(diǎn)由16×16個(gè)記錄曝光點(diǎn)組合而成，則網(wǎng)點(diǎn)面積率可以有257級(jí)（包括0％）變化；第二，網(wǎng)點(diǎn)的形狀可以較為自由地設(shè)計(jì)，如將不同面積率的網(wǎng)點(diǎn)設(shè)計(jì)成不同的形狀，這樣可以相應(yīng)補(bǔ)償印刷過(guò)程中的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大或網(wǎng)點(diǎn)縮小，使圖像的層次和顏色再現(xiàn)更趨完美。

圖5 激光凹版雕刻金屬鋅層（左）、基漆層（右）的原理

　　常見(jiàn)的機(jī)械電磁式電子雕刻機(jī)調(diào)刻刀的一次雕刻動(dòng)作就生成一個(gè)網(wǎng)穴。網(wǎng)穴的形狀僅決定于雕刻刀的角度、滾筒轉(zhuǎn)速和雕刻頭的模向進(jìn)給速度等，改變網(wǎng)穴形狀的自由度是比較小的。由此可知，非組合式網(wǎng)穴的形狀變化少，而且由于分辨率較低，文字和圖形的邊緣雕刻品質(zhì)不佳。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Hell和Daetwyler-Ohio公司的技術(shù)人采用過(guò)一些方法，例如Daetwyler-Ohio公司的TransCell技術(shù)在雕刻文字的筆劃時(shí)微量改變網(wǎng)穴的間距，使其間距變小，局部地增加雕刻分辨率；Hell公司除雕刻刀的微量移動(dòng)外，還采用類似“反混淆技術(shù)”的方法，用小網(wǎng)穴補(bǔ)充在筆劃的鋸齒空隙處，從視覺(jué)效果上予以彌補(bǔ)。

　　文字、圖形邊緣精度低這一問(wèn)題的真正解決途徑在于提高記錄分辨率。在HelioBeam C2000激光雕刻機(jī)上，由于采用“準(zhǔn)平印方式”進(jìn)行激光基漆燒蝕，可以用2540－5080點(diǎn)／英寸的高分辨率記錄圖文（激光光斑直徑5－10微米），雕刻分辨率是原來(lái)分辨率的10－20倍，因此從根本上解決了上述問(wèn)題，提高了文字和圖形的再現(xiàn)質(zhì)量。同時(shí)，由于燒蝕出的每個(gè)網(wǎng)穴是由多個(gè)激光曝光點(diǎn)組合而成的，因此可以較為方便地設(shè)計(jì)網(wǎng)穴輪廓形狀，以改善圖像層次的傳遞效果。在HelioBeam C2000激光雕刻機(jī)上，除Hell公司原有的網(wǎng)穴形狀外，還可以產(chǎn)生其他網(wǎng)穴形狀。例如，該系統(tǒng)上產(chǎn)生的內(nèi)凹形網(wǎng)穴對(duì)補(bǔ)償印刷中的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大有益。從原理上講，雕刻調(diào)頻網(wǎng)穴也是可以實(shí)現(xiàn)的。

　　提高雕刻分辨率引出了如何保證雕刻效率的問(wèn)題。Hell公司的技術(shù)人員在HelioBeam C2000激光雕刻相上采用了多束激光并行曝光的方法，將功率為60瓦的新型纖維紅外激光（1110納米）分成8束（每束7．5瓦），對(duì)鍍銅滾筒上的基漆層進(jìn)行熱燒蝕。纖維激光器產(chǎn)生的激光束質(zhì)量好、聚焦深度（景深）大，而基漆的性質(zhì)穩(wěn)定，僅在高能激光下得以汽化。

　　從雕刻制版工藝路線上觀察，采用該系統(tǒng)不必改變滾筒鍍銅、滾筒表面加工（車／磨／拋）的配置，僅需要在工藝流程中加入基漆涂布和腐蝕兩個(gè)步驟。系統(tǒng)可以比較方便地與原有的雕刻工藝共存，即加工好的帶銅層滾筒既可以進(jìn)行機(jī)械電磁式雕刻，也可以經(jīng)過(guò)基漆涂布進(jìn)入HelioBeam C2000進(jìn)行激光雕刻，再經(jīng)過(guò)腐蝕和去除基漆層得到凹版滾筒。隨后進(jìn)行的鍍鉻等工藝布置也是相同的。因此，該系統(tǒng)具有較高的工藝靈活性。

圖6 膠印版和凹版上文字的邊緣質(zhì)量

　　在Drupa 2000上，Daetwyler-Ohio公司推出的Digilas激光雕刻系統(tǒng)也屬于同類的激光燒蝕基漆層系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用1束或2YAG激光（1064納米），雕刻記錄的分辨率為1250－2540點(diǎn)／英寸（激光光斑直徑10－20微米）。

　　日本Think Lab公司也在Drupa 2000上推出了其TB－21系列激光雕刻系統(tǒng)FP－20／40／80。該系統(tǒng)采用多束激光對(duì)感光抗蝕層進(jìn)行曝光，隨后經(jīng)過(guò)顯影加工使網(wǎng)穴處理的銅層裸露出來(lái)，再進(jìn)行銅層網(wǎng)穴腐蝕，得到凹版滾筒。其基本特征雖與上述兩個(gè)公司的系統(tǒng)類似，但其激光記錄的是感光層，需要進(jìn)行顯影加工，而未采用基漆燒蝕方法。

　　2．激光雕刻金屬鋅層技術(shù)

　　瑞士Daetwyler公司是一個(gè)勇于探索的公司，在Drupa 2000舉辦之前，他們與美國(guó)Ohio電雕機(jī)公司合并成立了Daetwyler-Ohio公司，以面對(duì)雕刻技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)。在1995年的Drupa上，該公司首次推出了雕刻金屬鋅的系統(tǒng)LaserStar。系統(tǒng)采用單束氬離子激光雕刻，雕刻深度為35000－70000網(wǎng)穴／秒。當(dāng)時(shí)，以“傳統(tǒng)凹版的復(fù)興”為口號(hào)，展示了其凹下深度可變、具有“影寫凹版”特征的網(wǎng)穴。該公司還進(jìn)行調(diào)頻圖像激光雕刻系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

圖7 7個(gè)激光點(diǎn)組合成1個(gè)網(wǎng)穴

　　從激光記錄技術(shù)上看，曝光光斑尺寸不變，用圖像記錄信號(hào)調(diào)制激光的記錄強(qiáng)度，即可雕刻出上述特征的網(wǎng)穴。一次激光曝光即產(chǎn)生一個(gè)網(wǎng)穴。這一技術(shù)的關(guān)鍵之處是：為了保證圖像層次再現(xiàn)，對(duì)激光曝光強(qiáng)度的精確控制。如果圖像數(shù)字信號(hào)為8位，可以攜帶256級(jí)圖像層次信息，要求激光能量也精確地控制為256等級(jí)，在數(shù)十至數(shù)百微米的范圍內(nèi)雕刻出多級(jí)深度的網(wǎng)穴。圖像層次的再現(xiàn)依賴于激光雕刻精度控制。由于網(wǎng)線數(shù)在70－200線／厘米，在此雕刻分辨率下，文字和圖形的輪廓精度尚可，但并不很高。

　　

表1 兩種凹版激光雕刻技術(shù)的比較表

主要參數(shù) 系統(tǒng)類型	Hell C2000	Daetwyler LaserStar
雕刻介質(zhì)	基漆層	金屬鋅層
激光類型	纖維激光	氬離子激光
激光束	8	1
網(wǎng)穴線數(shù) （線／英寸，LP1）	152－356	178－508
雕刻記錄分辨率（／英寸，dpi）	2540－5080	178－508（非組合式網(wǎng)穴） 530－1500（組合式網(wǎng)穴）
工藝流程	可兼容原有銅層加工工藝，增加基漆涂布、銅層腐蝕	建立鋅層加工流水線

表2 兩種激光柔性版雕刻系統(tǒng)主要參數(shù)

主要參數(shù) 系統(tǒng)類型	Hell F2000	Daetwyler SaserStar
雕刻介質(zhì)	光聚合物材料	光聚合物材料
激光類型	纖維激光（1110納米）	YAG激光（1064納米）
激光束	8	1－2
印版材料尺寸（毫米）	1600×1200	1100×1600或1524×2032
雕記錄分辨率（點(diǎn)／英寸，dpi）	1270－2540	1270－2540

　　為了改善雕刻質(zhì)量，該公司又在提高雕刻分辨率的基礎(chǔ)上，推出了多光束組合網(wǎng)穴。具體的實(shí)現(xiàn)方法是用7個(gè)激光曝光點(diǎn)組成一個(gè)網(wǎng)穴（雕刻分辨率為原來(lái)的3倍），這樣雕刻的網(wǎng)穴（見(jiàn)圖7）為“面積和凹下深度都可變”類型。網(wǎng)穴的面積率可以有7級(jí)變化而凹深有多級(jí)變化。分辨率的提高可以改善文字和圖形的雕刻質(zhì)量，同時(shí)，網(wǎng)穴面積的多級(jí)變化又可以降低對(duì)激光強(qiáng)度調(diào)制的精度要求。

　　從雕刻工藝流程上看,因?yàn)榈窨虒?duì)象是金屬鋅層，因此需要為鍍鋅、鋅層表面加工等建立生產(chǎn)線。

　　從上面所進(jìn)行的技術(shù)比較，可以得到目前激光凹版雕刻技術(shù)的類型、技術(shù)水平、網(wǎng)穴特征和工藝滾程構(gòu)成。表1對(duì)上述各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)單的歸納。

四、柔性版激光雕刻技術(shù)概況

　　柔性版材料的激光雕刻同樣可以利用高能激光進(jìn)行曝光形成凸版網(wǎng)點(diǎn)。在Drupa 2000上，Hell公司和Daetwyler-Ohio公司都展示了柔性版激光雕刻系統(tǒng)。兩個(gè)公司的系統(tǒng)都使用激光直接對(duì)單張柔性版或柔性版套筒進(jìn)行曝光（見(jiàn)表2），形成柔性印版。系統(tǒng)的基本配置與凹版激光雕刻系統(tǒng)類似。具體性能如表2。