Dans la production de plaques d'impression hélio industrielle, une grande surface nécessite une résolution spatiale élevée. Le cycle de flux de travail rapide des rouleaux d'impression nécessite une gravure efficace d'une surface de plusieurs mètres carrés avec une précision de l'ordre du micron en peu de temps. L'application du laser dans ce domaine présente les caractéristiques suivantes: vitesse de traitement élevée, mise au point précise et avantages de la modulation numérique. En raison de la précision, de la répétabilité, de la flexibilité et de la productivité accrues, la microstructuration laser directe remplace les techniques traditionnelles de gravure de plaques (telles que la gravure mécanique avec des stylos diamant ou la gravure chimique).
La plaque d'impression hélio rotative se compose d'un rouleau uniforme en cuivre ou en acier galvanisé. Les informations sur l'image sont gravées dans de minuscules cavités en couches de cuivre ou galvanisées pour transférer l'encre sur le substrat (voir figure 1). Une fine couche de chrome assure une longue durée de vie de l'imprimante dans des conditions de meulage sévères. En utilisant une racle, il est possible de garantir que seule la quantité d'encre déterminée par la taille des cellules est délivrée.
Le cylindre d'impression hélio est de 0,3-4,4 mètres de long, la circonférence est de 0,3-2,2 mètres et la surface peut atteindre 10 mètres carrés. Lorsque la résolution d'écran est de 60 à 400 lignes / cm, le nombre de cellules sur le tambour est généralement de 108 à 1010. Pour effectuer le traitement d'image dans les délais les plus économiques, les lasers doivent avoir un taux de répétition des impulsions élevé et une puissance moyenne élevée. .
Pour la micro-gravure à grande échelle par ablation thermo-optique, la méthode la plus efficace consiste à utiliser un faisceau laser pulsé, dont l'impulsion laser unique crée une cavité maillée complète. Un système laser Nd: YAG à commutation Q avec une puissance de mise au point moyenne de 500 watts et un taux de répétition de 70 kHz (voir figure 3) peut atteindre un taux d'ablation volumétrique de zinc de 1 cm / min et un taux d'ablation de zone de 0,1 M / min. La forme des cellules est déterminée par la forme d'onde d'intensité du faisceau laser.
Les cellules semi-autotypiques (la profondeur et le diamètre sont variables en niveaux de gris) peuvent être générées par un laser avec une forme d'onde de faisceau gaussienne, tandis que les cellules traditionnelles (avec un diamètre constant changeant en profondeur à chaque valeur de gris) sont générées en utilisant des formes d'onde à fond plat ( voir figure 2). La taille de la cavité du maillage dépend de l'énergie d'impulsion et est contrôlée par l'ensemble de données d'images numériques à l'aide d'un modulateur acousto-optique. Le diamètre varie de 25 mètres à 150 mètres, ce qui peut définir la résolution d'écran de l'image; la profondeur varie de 1 mètre à 40 mètres, ce qui peut définir la valeur de gris des points imprimés.
Le transfert de chaleur et la convection de la fonte doivent être minimisés. Par conséquent, Daetwyler a développé un matériau électro-galvanisé spécial avec des additifs organiques, qui a une conductivité thermique inférieure à celle des structures en zinc ordinaires. En vaporisant et en ablant ce zinc spécial, la zone de fusion et les bavures peuvent être réduites en une mince couche de sédiments (à 2-3 mètres autour de la cellule).
La totalité de la surface du tambour est gravée en alternance par une piste de cavité en maille spirale continue. Lorsque la vitesse du tambour atteint 20 tr / min, la tête de traitement se déplace à une avance transversale de 15 à 150 microns / tour, parallèle à l'axe du tambour (en fonction de la résolution de l'écran). L'épaisseur de la paroi maillée entre les cellules n'est que de 4 à 6 microns à la valeur de tonalité maximale. Cela nécessite que la précision de visée du rouleau d'irradiation du faisceau soit d'environ 1 micron.
Une autre méthode consiste à utiliser un laser à fibre haute puissance à modulation d'impulsion (puissance moyenne de 500 watts), dont la fréquence de répétition d'impulsion peut être modulée dans la plage de 30 à 100 kHz. Lorsque la fréquence est de 35 kHz, il y a plus d'énergie à chaque impulsion, de sorte qu'un seul coup peut percer un grand trou (tel qu'un diamètre de 140 microns lorsque l'écran fait 70 lignes / cm). Lorsque la fréquence est de 100 kHz, l'énergie sur chaque impulsion diminue, de sorte qu'un petit maillage est sculpté (par exemple, un écran d'un diamètre de 25 microns fait 400 lignes / cm).
Le fonctionnement du faisceau laser pulsé est sans contact, ce qui est un avantage clé par rapport à la gravure électromécanique utilisant un stylo diamant. Tant que le processus d'impression est prévisible et reproductible, l'uniformité de la gravure peut être garantie sur toute la largeur du cylindre. En raison de la répétabilité élevée, le processus laser à un seul coup est environ 10 fois plus rapide que la gravure électromécanique.
Modulation de la forme d'onde de l'intensité du faisceau
Il existe de nombreux matériaux de substrat différents sur le marché de l'impression (tels que du papier ou des feuilles souples), chacun ayant des caractéristiques de surface différentes. La méthode d'optimisation du transfert d'encre dépend de: la surface du substrat (comme la rugosité, la capacité d'absorption de l'encre), les paramètres de l'encre (comme la viscosité du pigment ou le modèle) et la plaque d'impression. Pour chaque situation différente, différentes formes de cavités en mailles sculptées peuvent être utilisées pour obtenir le meilleur.
En plus de la conduction thermique et de la convection, les cellules représentent avec précision la forme d'onde d'intensité focale du faisceau laser. Afin que chaque cellule atteigne une forme spécifique, la forme d'onde d'intensité tridimensionnelle du faisceau est activement formée en temps réel et la fréquence contrôlée par les données d'image peut atteindre 100 kHz.
Grâce à la modulation active de la forme d'onde d'intensité et au changement indépendant de l'énergie de chaque impulsion laser, la forme, le diamètre et la profondeur de chaque cellule peuvent être déterminés indépendamment. Ce nouveau type de maillage dans le processus de fabrication des plaques d'impression est appelé un maillage Super Halfautotypical (SHC), qui est une extension du maillage Halfautotypical (la profondeur et le diamètre du maillage semi-automatique sont variables, mais ne peuvent pas être contrôlés indépendamment).
La modulation SHC permet à un système laser unique de sculpter différentes mailles (traditionnelles, autotypiques, semi-autotypiques). Dans le passé, différents procédés étaient nécessaires (gravure électromécanique, gravure chimique). De nouvelles formes de maillage peuvent maintenant être générées pour optimiser les caractéristiques de transfert d'encre et l'imprimabilité pour chaque valeur de tonalité de couleur et substrat imprimé.
Stratégie et application
En plus de la méthode de "modulation de la forme d'onde du faisceau SHC" à un seul coup et à un seul trou ", il est également possible de concevoir des maillages de gravure en superposant des impulsions laser continues, mais le diamètre du point lumineux est plus petit que la taille de maillage requise (comme le diamètre du spot lumineux 10-15 microns, taille de cellule 100 microns). La forme et la structure interne de la cavité formée dépendent du schéma de balayage de la modulation, du chevauchement et des impulsions laser (comme l'algorithme de balayage de la machine de composition d'images).
Les lasers à ondes continues chirpés sont commutés ou modulés en niveaux de gris, et ils peuvent graver de petites bandes qui se chevauchent pour former des trous de maille en forme de diamant. Son avantage réside dans la haute résolution de l'image (par exemple, la résolution atteint 1000 lignes / cm et le diamètre du spot lumineux est de 15 à 20 microns lorsque la taille de l'étape de transport vers l'avant est de 10 microns). L'inconvénient réside dans la perte de capacité de production, qui doit être compensée en utilisant une fréquence de modulation plus élevée (environ 1 MHz) et une tête de gravure multifaisceaux.
En raison de sa puissance de crête élevée lors de la mise au point, les lasers à fibre à haute luminosité (200-600 watts, onde continue, modulation d'impulsion) ou les lasers à impulsion ultra-courts peuvent réaliser cette méthode de gravure avancée. En plus du zinc, cette haute luminosité peut également être utilisée pour graver d'autres matériaux, tels que le cuivre et la céramique.
L'algorithme du processus de numérisation de la machine de composition d'images convient à de nombreuses applications bidimensionnelles (impression) et tridimensionnelles (impression) à haute résolution. Tels que la gravure d'un rouleau de gravure RFID.
La technologie électronique imprimée est une nouvelle technologie à venir. La haute précision requise par les composants et circuits électroniques établira une nouvelle référence pour la précision et l'uniformité de la sortie d'impression. La plupart des encres organiques et inorganiques pour conducteurs et semi-conducteurs sont pâteuses et difficiles à imprimer.
Pour une stratification uniforme et non poreuse de ces encres, un contrôle précis de la géométrie cellulaire et de la texture de la surface des plaques d'héliogravure est essentiel. La figure 5C montre le test de gravure de l'antenne d'étiquette RFID, et la largeur de la ligne de contour n'est que de 10 microns.
La technologie laser Holmium combine des méthodes d'imagerie numérique, améliore le processus traditionnel de fabrication de plaques d'impression et améliore l'efficacité, la plage d'écran, la précision et la qualité des impressions. Les algorithmes correspondants peuvent être utilisés pour utiliser différents types de laser. Utilisant la forme d'onde du faisceau laser modulé, le processus SHC à un seul trou est actuellement le processus le plus rapide pour la gravure, qui peut être utilisé pour divers substrats, encres et impression. Un nouvel algorithme de gravure utilisant une source TEM00 haute puissance étend l'application des méthodes d'ablation au laser à une gamme d'applications industrielles, telles que les rouleaux anilox pour le transfert de matériaux sur de grandes surfaces, les modèles d'impression hélio haute précision pour l'impression électronique et pour l'impression 3D outils. Lorsque la puissance laser nécessaire et le nouvel algorithme de gravure mature sont réunis, le laser à impulsion ultra-courte sera en mesure de promouvoir et d'améliorer la méthode ci-dessus. Le défi à venir sera d'utiliser des lasers à impulsions ultracourtes picoseconde pour optimiser le processus d'ablation.
