【北京印刷】微型激光在印刷浮雕中的应用

发布时间:2020-03-25 09:00:00

网孔上覆盖着一层薄薄的聚合物层,上面刻有调制激光束,网孔将在刻印的地方打开。这是一个非常有效的方法来生产印版和滚筒,特别是在大规模印刷。这项技术几乎可以应用于纺织品、地毯、壁纸和纸币的所有印刷功能。

网孔上覆盖着一层薄薄的聚合物层,上面刻有调制激光束,网孔将在刻印的地方打开。这是一个非常有效的方法来生产印版和滚筒,特别是在大规模印刷。这项技术几乎可以应用于纺织品、地毯、壁纸和纸币的所有印刷功能。

CO2激光器的直接调制限制在10kHz左右,主要是由于混合物中的亚稳氮。目前用于印刷管和罐的技术需要更高的脉冲频率,大约几百千赫。这主要是由于对分辨率要求较高,而不是真实的三维结构的材料。雕刻网孔基本上是一个二维过程,而雕刻印版和聚合物或橡胶筒是一个结构复杂的三维雕刻过程。每一个直接雕刻的结构都需要一个坚实的底座来保持印刷过程中的稳定性,并且它们的顶部可能有复杂的几何结构,例如定义良好的图案和底切以补偿网点扩大。

与直接调制射频激光放电相比,AOMs可以以更快的调制频率控制激光束。但AOM在锗晶体中的吸收和损伤阈值有限。为了获得更好的输出效果,必须对声光调制器、激光源和光路进行精心设计。

对所有先进激光器进行了测试,特别是脉冲特性、功率稳定性、指向稳定性和模式。上升和下降时间决定脉冲行为,因此雕刻速度。混合气体中的氮将使脉冲频率降低到约10kHz。这对于过去的许多应用程序来说已经足够了,但对于将来的需求来说还不够。激光功率与时间的典型关系为±5~105。

这不适合控制三维雕刻材料。被测激光器的激光指向稳定性令人惊讶地好,这直接影响声光调制器的使用(对入射角非常敏感)。

锗晶体对声光调制器功率极限附近的恶劣激光场模式非常敏感。热点会导致光束变形,容易破坏晶体,形成不良的激光模式。一般来说,输出耦合器和声光调制器之间的距离应该在2米或2米以上,因此会有更好的激光场模式。

有时这是很难做到的,特别是在小型雕刻设备。

明智的选择是将现代材料(如碳纤维)应用于经典折叠CO2激光器的谐振腔结构中,以获得高稳定的谐振腔和接近的光束模式。碳纤维管的热膨胀系数很小(小于1μM/M和Kelvin),特别是在设计合理的情况下,如采用增强有限元法(FEM)对其热力性能进行优化设计。

光束路径优化。采用定制的碳纤维光学元件,实现激光谐振腔的高精度,设置声光调制器和红外摄像机的光束路径,实现光束模式的在线可视化。放置在声光调制器前后的两个焦距可以精确测量锗晶体的影响(特别是变形)。

六轴。锗晶体声光调制器可以提供更好的性能,如果激光光束模式接近高斯形状,可以达到甚至超过600wco2激光器的功率。如果功率过高,特别是晶体表面有热点时,很容易损坏。

优化声光调制器意味着对激光束进行整形,以实现小光斑和仍然适合晶体的强度之间的平衡。光斑越小,脉冲频率越高。它必须在横向和旋转方向上进行优化,这将发挥重要作用,除非两个平动轴点和三个旋转轴点可以转移到晶体表面入射光束的质量中心。六轴以***的方式执行此功能,并允许在数十纳米范围内移动。图5显示了六轴快速更换镜头的碳纤维二氧化碳激光器的中心谐振器。在光束路径上点亮绿色激光指示光束以进行预校准。

实验表明,声光调制器具有较大的漂移和倾斜容限,对光束模式具有较高的灵敏度。坏模会立即导致光束的严重变形,这可以通过比较声光调制器后的pyrocam结果与之前的结果来检测。

无需任何闭环调节,功率稳定性提高10倍。这是高精度应用的良好基础。即使是直接用于声光调制器和谐振器温度调节器中的热电冷却也提高了稳定性。

通过对激光光源的优化,提高了功率稳定性(小于±13),光束模式接近理想的高斯形状,获得了非常精确和高重复性的雕刻结果。

性能越好,应用范围就越广,特别是高速激光雕刻辊,可用于汽车行业高质量仪表板的压花、人造革的生产以及上述高安全性的印刷应用。目前的研究主要集中在优化光束形状以获得更快的脉冲。此外,对激光信号的全闭环控制进行了优化,并将其发展到工业应用中,以保证脉冲的可靠性。那么,应用程序是什么?

罐。看看每年超过14亿罐的产量(这只是在德国!),我们可以理解罐头行业对饮料市场的巨大影响。所有生产数十亿罐的主要罐头制造商都改变了设计,从胶片曝光到高速激光雕刻。这使得他们能够在不到一天的时间内设计出新的设计,从构思到干胶印的准备。另一方面,高分辨率的直接雕刻和3D结构的干胶版印刷可以实现在罐上的照片效果印刷。在不久的将来,我们将在世界各地的商店看到它。通常,使用四种版本(CMYK四种颜色)和一些附加专色。每分钟3000罐的产量和在线多色印刷令人惊叹。10μM左右的雕刻结构可以达到最精细的细节,特别是当它轻轻触碰印版时(印版上的精细结构接触到可以平滑地印出浅色区域)。利用雕塑来实现浮雕筒的压制结构是浮雕行业的发展趋势。另一个令人惊讶的趋势是从罐装到装瓶的转变。

三大制罐商(雷克萨斯、球包装和皇冠)的营业额加在一起超过了整个激光行业的营业额;我们可以想象激光雕刻应用对消费行业的一个分支的巨大影响。

到目前为止,罐头并不是食品和饮料行业的应用。看看酸奶杯或它的盖子。它的高分辨率打印很可能是由激光实现的。

汽车工业的应用。激光在汽车工业中的应用可以追溯到早期。众所周知,许多仪表板元件的昼夜亮度变化设计是一种常见的激光应用。目前的趋势是将复杂的模拟动物图案应用到仪表板上(通常扫描真实的皮肤,然后使用复杂的算法实现近乎的非重复外观)。每一个汽车制造商都有自己独特的设计,就连汽车公司对每一系列汽车都有非常典型的设计,无论是SUV还是跑车。除合成革仪表板外,其他应用(包括车门镶块织物和座椅相关应用)也受到了更多关注。

目前,直接激光雕刻在分辨率和生产效率上都存在一定的局限性。将声光调制器与CO2激光器相结合,目前的激光功率限制在600W左右,在这种情况下,印刷版或印刷辊(3D深度为500μm)的生产速度约为1m2/h,足以满足许多应用,但行业的要求并不局限于此。在不久的将来会有更多的进展(例如多光束)。当年的美膜材料将退役,激光将完全取代它们。

合成革材料和浮雕的研究成果将在日常生活中的许多产品(包和钱包)中呈现,我们随时都可能接触到激光雕刻技术。想象一下,当你打开一瓶矿泉水时,标签上可能印着高速激光雕刻印刷板。