Trong sản xuất tấm in ống đồng công nghiệp, diện tích bề mặt rộng đòi hỏi độ phân giải không gian cao. Chu trình công việc nhanh chóng của các con lăn in đòi hỏi phải khắc hiệu quả diện tích vài mét vuông với độ chính xác ở mức micron trong một khoảng thời gian ngắn. Ứng dụng của laser trong lĩnh vực này có các đặc điểm sau: tốc độ xử lý cao, lấy nét chính xác và lợi thế của điều chế kỹ thuật số. Do độ chính xác tăng, độ lặp lại, tính linh hoạt và năng suất, vi cấu trúc laser trực tiếp đang thay thế các kỹ thuật cắt ống đồng truyền thống (như khắc cơ học bằng bút kim cương hoặc khắc hóa học).
Tấm in ống đồng quay bao gồm một con lăn thép đồng hoặc mạ kẽm đồng nhất. Thông tin hình ảnh được khắc vào các lỗ nhỏ trong các lớp đồng hoặc mạ kẽm để chuyển mực sang chất nền (xem Hình 1). Một lớp chrome mỏng đảm bảo tuổi thọ lâu dài của máy in trong điều kiện mài khắc nghiệt. Bằng cách sử dụng lưỡi bác sĩ, có thể đảm bảo rằng chỉ có lượng mực được xác định bởi kích thước tế bào được phân phối.
Xylanh in ống đồng dài 0,3-4,4 mét, chu vi là 0,3-2,2 mét và diện tích bề mặt có thể đạt tới 10 mét vuông. Khi độ phân giải màn hình là 60-400 dòng / cm, số lượng ô trên trống thường là 108 đến 1010. Để xử lý hình ảnh trong thời gian tiết kiệm nhất, laser phải có tốc độ lặp lại cao và công suất trung bình cao .
Đối với khắc vi mô quy mô lớn bằng phương pháp cắt quang nhiệt, phương pháp hiệu quả nhất là sử dụng chùm tia laser xung, có xung laser đơn tạo ra một khoang lưới hoàn chỉnh. Hệ thống laser Q-switching Nd: YAG có công suất lấy nét trung bình 500 watt và tốc độ lặp lại 70 kHz (xem Hình 3) có thể đạt được tốc độ cắt bỏ thể tích của kẽm là 1 cm / phút và tốc độ cắt bỏ của khu vực là 0,1 M / phút Hình dạng của các tế bào được xác định bởi dạng sóng cường độ của chùm tia laser.
Các tế bào nửa mô hình (cả độ sâu và đường kính đều có thể thay đổi theo thang độ xám) có thể được tạo ra bằng laser với dạng sóng chùm Gaussian, trong khi các tế bào truyền thống (có đường kính thay đổi độ sâu không đổi ở mỗi giá trị xám) được tạo ra bằng cách sử dụng dạng sóng đáy phẳng ( xem hình 2). Kích thước của khoang lưới phụ thuộc vào năng lượng xung và được điều khiển bởi bộ dữ liệu hình ảnh kỹ thuật số bằng cách sử dụng bộ điều chế quang âm. Đường kính dao động từ 25 mét đến 150 mét, có thể xác định độ phân giải màn hình của hình ảnh; độ sâu dao động từ 1 mét đến 40 mét, có thể xác định giá trị màu xám của các chấm in.
Việc truyền nhiệt và đối lưu của sự tan chảy phải được giảm thiểu. Do đó, Daetwyler đã phát triển một vật liệu mạ điện đặc biệt với các chất phụ gia hữu cơ, có độ dẫn nhiệt thấp hơn các cấu trúc kẽm thông thường. Bằng cách hóa hơi và loại bỏ kẽm đặc biệt này, khu vực nóng chảy và vệt có thể giảm xuống một lớp trầm tích mỏng (trong vòng 2-3 mét quanh tế bào).
Toàn bộ bề mặt của trống được khắc xen kẽ bởi một rãnh lưới xoắn ốc liên tục. Khi tốc độ trống đạt 20 vòng / phút, đầu xử lý sẽ di chuyển với tốc độ 15-150 micron / vòng quay, song song với trục của trống (tùy thuộc vào độ phân giải màn hình). Độ dày của thành lưới giữa các ô chỉ là 4 - 6 micron ở giá trị âm tối đa. Điều này đòi hỏi độ chính xác nhắm của con lăn chiếu xạ chùm tia là khoảng 1 micron.
Một phương pháp khác là sử dụng laser sợi quang công suất cao điều biến xung (công suất trung bình 500 watt), có tần số lặp lại xung có thể được điều chế trong phạm vi 30-100 kHz. Khi tần số là 35 kHz, sẽ có nhiều năng lượng hơn trên mỗi xung, do đó, một lần bắn có thể khoan một lỗ lớn (chẳng hạn như đường kính 140 micron khi màn hình là 70 dòng / cm). Khi tần số là 100 kHz, năng lượng trên mỗi xung trở nên ít hơn, do đó, một lưới nhỏ được chạm khắc (ví dụ: màn hình có đường kính 25 micron là 400 dòng / cm).
Hoạt động của chùm tia laser chirped là không tiếp xúc, đó là một lợi thế chính so với khắc điện cơ bằng bút kim cương. Miễn là quá trình in có thể dự đoán và lặp lại, tính đồng nhất khắc có thể được đảm bảo trên toàn bộ chiều rộng của xi lanh. Do độ lặp lại cao, quy trình laser một lỗ bắn nhanh hơn khoảng 10 lần so với khắc điện cơ.
Điều chế dạng sóng cường độ chùm
Có nhiều vật liệu nền khác nhau trên thị trường in (như giấy hoặc giấy mềm), mỗi loại có đặc điểm bề mặt khác nhau. Phương pháp tối ưu hóa chuyển mực phụ thuộc vào: bề mặt chất nền (như độ nhám, khả năng hấp thụ mực), thông số mực (như độ nhớt hoặc mô hình) và tấm in. Đối với mỗi tình huống khác nhau, hình dạng khác nhau của khoang lưới điêu khắc có thể được sử dụng để đạt được điều tốt nhất.
Ngoài việc dẫn nhiệt và đối lưu, các tế bào thể hiện chính xác dạng sóng cường độ tiêu cự của chùm tia laser. Để làm cho mỗi tế bào đạt đến một hình dạng cụ thể, dạng sóng cường độ ba chiều của chùm tia được hình thành tích cực trong thời gian thực và tần số được điều khiển bởi dữ liệu hình ảnh lên tới 100 kHz.
Thông qua điều chế hoạt động của dạng sóng cường độ và sự thay đổi độc lập năng lượng của từng xung laser, hình dạng, đường kính và độ sâu của từng tế bào có thể được xác định độc lập. Loại lưới mới này trong quy trình sản xuất tấm in được gọi là lưới Super Halfautotypical (SHC), là một phần mở rộng của lưới Halfautotypical (độ sâu và đường kính của lưới bán tự động có thể thay đổi, nhưng không thể được kiểm soát độc lập).
Điều chế SHC cho phép một hệ thống laser duy nhất tạo ra các mắt lưới khác nhau (truyền thống, Autotypical, Halfautotypical). Trước đây, các quy trình khác nhau được yêu cầu (khắc cơ điện, khắc hóa học). Bây giờ hình dạng lưới mới có thể được tạo để tối ưu hóa các đặc tính truyền mực và khả năng in cho từng giá trị% màu nhạc và chất nền được in.
Chiến lược và ứng dụng
Ngoài phương pháp "bắn một lần và một lỗ" trong điều chế dạng sóng chùm SHC, cũng có thể thiết kế các lưới khắc bằng cách đặt các xung laser liên tục, nhưng đường kính của điểm sáng nhỏ hơn kích thước mắt lưới yêu cầu (chẳng hạn như đường kính của điểm sáng 10-15 Micron, kích thước ô 100 micron). Hình dạng và cấu trúc bên trong của khoang được hình thành phụ thuộc vào sơ đồ quét điều chế, chồng lấp và xung laser (như thuật toán quét của máy sắp chữ ảnh).
Các laser sóng liên tục được chuyển đổi hoặc được điều chế ở quy mô xám và chúng có thể khắc các sọc nhỏ chồng lên nhau để tạo thành các lỗ lưới hình kim cương. Ưu điểm của nó nằm ở độ phân giải cao của hình ảnh (ví dụ: độ phân giải đạt 1000 dòng / cm và đường kính điểm sáng là 15-20 micron khi kích thước bước chuyển tiếp là 10 micron). Nhược điểm nằm ở việc mất năng lực sản xuất, cần được bù bằng cách sử dụng tần số điều chế cao hơn (khoảng 1 MHz) và đầu khắc đa tia.
Do có công suất cực đại cao khi lấy nét, các laser sợi quang có độ sáng cao (200-600 watt, sóng liên tục, điều chế xung) hoặc laser xung cực ngắn có thể đạt được phương pháp khắc tiên tiến này. Ngoài kẽm, độ sáng cao này cũng có thể được sử dụng để khắc các vật liệu khác, chẳng hạn như đồng và gốm.
Thuật toán quy trình quét máy sắp chữ hình ảnh phù hợp với nhiều ứng dụng hai chiều (in) độ phân giải cao và ứng dụng ba chiều (in). Chẳng hạn như khắc con lăn ống đồng RFID.
Công nghệ điện tử in là một công nghệ mới sắp tới. Độ chính xác cao được yêu cầu bởi các thành phần và mạch điện tử sẽ thiết lập một chuẩn mực mới về độ chính xác và tính đồng nhất của đầu ra in. Hầu hết các loại mực hữu cơ và vô cơ cho dây dẫn và chất bán dẫn đều nhão và khó in.
Đối với lớp đồng nhất, không xốp của các loại mực này, việc kiểm soát chính xác hình dạng tế bào và kết cấu bề mặt của các tấm ống đồng là rất quan trọng. Hình 5C cho thấy thử nghiệm khắc của ăng ten thẻ RFID và chiều rộng đường viền chỉ là 10 micron.
Công nghệ laser Holmium kết hợp các phương pháp hình ảnh kỹ thuật số, cải thiện quy trình in ấn truyền thống và cải thiện hiệu quả, phạm vi màn hình, độ chính xác và chất lượng của đầu ra in. Các thuật toán tương ứng có thể được sử dụng để sử dụng các loại laser khác nhau. Sử dụng dạng sóng chùm tia laser được điều chế, quy trình SHC một lỗ bắn hiện đang là quy trình nhanh nhất cho ống đồng, có thể được sử dụng cho các chất nền, mực và in khác nhau. Một thuật toán khắc mới sử dụng nguồn TEM00 công suất cao giúp mở rộng ứng dụng các phương pháp cắt laze cho một loạt các ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn như con lăn anilox để chuyển vật liệu diện rộng, mẫu in ống đồng có độ chính xác cao để in điện tử và In 3D công cụ. Khi cả hai công suất laser cần thiết và thuật toán trưởng thành khắc mới đều được đáp ứng, laser xung cực ngắn sẽ có thể thúc đẩy và cải thiện phương pháp trên. Thách thức phía trước sẽ là sử dụng laser xung ultrashort picosecond để tối ưu hóa quá trình cắt bỏ.
