Лазерный мир

А.А. Гришаков, Московский государственный университет
печати //  Журнал: Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела, Номер: 6 Год: 2009 Страницы: 003-007

АННОТАЦИЯ:

Представлены некоторые результаты работы по исследованию технологии прямой лазерной печати, в том числе в области качества воспроизводимого изображения, энергетической эффективности процесса. Представлено техническое задание на разработку конструкции устройства маркировки по способу прямой лазерной печати.

При поглощении в слое жидкости мощного импульса лазерного излучения происходит множество физических процессов, результатом которых может стать выбивание вещества в форме капли. Именно это явление и послужило основанием для развития технологий прямой лазерной печати. [1]

В ходе работ экспериментально доказана возможность переноса краски из слоя, в том числе краски, прозрачной для лазерного излучения при использовании поглощающего акцептирующего покрытия на носителе краски.
Проанализирована воспроизводимость размера капли при одинаковых условиях выбивания, и показано, что в лабораторных условиях возможно получить результат с достаточной воспроизводимостью для качественного нанесения графической информации.

Установлено существование зависимости диаметра капли от мощности излучения, что позволяет получать несколько градаций изображения за счет регулирования размера печатного элемента.

Выявлена возможность создания струйного принтера на основе выбивания капли краски из сопла, прозрачного для лазерного излучения. Однако, еще несколько проблем остаются нерешенными и требуют дальнейшего исследования: создание импульса противодавления в момент отрыва капли от сопла для минимизации эффекта разбрызгивания капли, а также исследование стойкости сопла к истиранию пигментом краски.

Экспериментально реализовано техническое решение С.Н. Максимовского [2]. Проведено выбивание краски из ячеек цилиндра, аналогичного цилиндру глубокой печати.
Были получены результаты, демонстрирующие возможность печати с разрешением до 2400dpi без учета возможности изменения размера капли при изменении мощности импульса, т.е. были получены стабильные точки диаметра 10 мкм.
Строго говоря, возможность выбивания только части краски из ячейки еще предстоит проверить экспериментально, но потенциальное наличие данной возможности должно значительно повышать интерес к данной технологии.

В результате проведения экспериментов была значительно снижена удельная пороговая энергия (УПЭ), требуемая для печати 1 см2, необходимая для реализации эффекта переноса (с 50дж/см2 до 0,5 дж/см2). Этого удалось достичь, используя краску на водной основе с большим содержанием пигмента и меньшим максимальным диаметром частиц (5 мкм вместо 10 мкм в начале).

Известны также более низкие результаты УПЭ – 0,1 Дж/см2, что может быть обусловлено применением другого типа лазера или длительности импульса [3]. Полученные результаты позволяют говорить о необходимости проведения дополнительных экспериментов, но уже в производственных условиях, на модернизированных машинах глубокой и флексографской печати, где будет возможность использовать больше красок с различным составом, применять новые конструкторские и технологические решения для увеличения эффективности процесса, а также повышения качества получаемого изображения.

В пользу перспективности данной технологии говорит и то, что развитие лазерной техники в мире идет очень быстро, и каждый год происходит значительное снижение стоимости лазеров. В результате проведения серии исследований, установлено влияние направленности лазерного излучения на красочный слой. На стекло с нанесенным красочным слоем, прозрачное для лазерного излучения, направлялось излучение с двух сторон – через стекло, а также сверху, напрямую. Результаты данного исследования показали, что качество изображения, размеры капель и УПЭ практически не изменяются при варьировании направления излучения. В ходе работ было определена оптимальное расстояние полета капли краски. Для большинства использованных красок, оно составило 200±50 мкм.

Решена проблема разбрызгивания капли краски на дистанции полета порядка 200 мкм путем тестирования множества красок разных производителей. Выявлено положительное влияние спиртовых добавок в растворителе краски на водной основе на снижение разбрызгивания капли. Вместе с тем, большинство производителей полиграфических красок не раскрывают информацию о типе используемого пигмента и точного состава растворителя, включающего данные о концентрации и типе различных добавок, что затрудняет поиск оптимального состава для реализации эффекта.

Экспериментально показана необходимость калибровки устройства печати с использованием всех конструкционных материалов и красок с целью повышения его производительности путем определения энергетически эффективного диаметра печатного элемента.
Для снижения УПЭ представляется целесообразным использовать покрытие конечного носителя краски в зоне краскопереноса таким, чтобы его адгезия к краске была оптимальной, но достаточной для выполнения основной функции – доставки красочного слоя в зону краскопереноса, т.к. повышенная адгезия краски к материалу будет требовать применения дополнительной лазерной мощности и делать устройство печати менее эффективным.

Экспериментально подтверждена возможность получения красочного слоя для использования в процессе прямого переноса краски под действием импульса лазерного излучения способами глубокой, офсетной и флексографской печати, а также при помощи стержня Мейера. На основе литературных данных, проведенных экспериментов разработаны предложения на конструирование машины маркировки прозрачных материалов по принципу прямой лазерной печати (рис. 1 и 2), отличающейся от известных технических решений тем, что луч лазера проходит через запечатываемый материал, и рассчитана возможная производительность устройства.

Результаты работы послужили основанием для разработки структурной схемы устройства маркировки по способу прямой лазерной печати на прозрачных материалах с применением черной флексографской краски Hueber Group серии Hydrotop со следующими техническими характеристиками:

1. Возможность регулировки зазора между запечатываемым материалом и зоной краскопереноса с шагом не более 20 мкм
2. Обеспечение суммарного биения валов, подающих материал, а также вала, подающего красочный слой не должно превышать 20 мкм
3. Вязкость краски составляет 0,1 Па·с при 25оС
4. Диаметр сфокусированного пятна на красочном слое и размер ячеек вала глубокой печати – 50 мкм
5. Использование закрытой ракельной системы для снижения распыления краски при высоких скоростях печати
6. Линейная скорость поверхности вала глубокой печати должна быть равна скорости подачи
запечатываемого материала и может достигать 800 м/мин
7. Мощность лазера должна составлять более 0,5 ватта, длина волны лазерного излучения должна быть 1050-1070 мкм, длительность импульса должна быть равной 80-120 нс
8. Частота следования импульсов должна регулироваться в зависимости от скорости подачи
запечатываемого материала.

Статья полностью: http://elibrary.ru/item.asp?id=18357793