在工業(ye) 凹版印版製作中，寬大的表麵區域要求高度的空間分辨率。而印刷輥的快速工作流程周期要求在很短的時間內(nei) ，以微米級精度有效地雕刻若幹平方米的麵積。激光在這一領域的應用有如下特點：加工率高，聚焦精確以及具備數字調製的優(you) 勢。由於(yu) 精密度、可重複性、靈活性和生產(chan) 率的提高，直接激光微構造技術正在取代傳(chuan) 統的凹版製版技術（例如用金剛石筆或化學蝕刻進行機械雕刻）。

旋轉型凹版印版由一個(ge) 均勻鍍銅或鍍鋅的鋼輥組成。圖像信息被雕刻到鍍銅或鍍鋅層裏的微小網穴，將印墨轉移到基底上（見圖1）。一層薄的鉻層可確保在劇烈研磨條件下印刷機仍具較長的使用壽命。通過使用刮刀，能夠確保隻傳(chuan) 遞網穴尺寸確定的油墨量。
 

凹版印刷滾筒長0.3-4.4米，圓周長0.3-2.2米，表麵積可達10平方米。當網屏分辨率為(wei) 60-400線/厘米時，滾筒上的網穴數量通常為(wei) 108到1010。為(wei) 了在最經濟的時間內(nei) 做好圖像處理，要求激光具有高脈衝(chong) 重複率和高平均功率。

對於(yu) 以熱光燒蝕為(wei) 途徑的大規模微雕刻來說，最有效的方法是：采用一束脈衝(chong) 激光光束，其單個(ge) 激光脈衝(chong) 創建一個(ge) 完整的網穴。一種工作聚焦平均功率為(wei) 500瓦、重複頻率為(wei) 70千赫的調Q Nd:YAG激光係統（參見圖3）能夠使鋅的體(ti) 積燒蝕率達到1立方厘米/分鍾，麵積燒蝕率達到0.1平方米/分鍾。網穴的形狀由激光光束的強度波形決(jue) 定。

Half-autotypical網穴（深度和直徑在灰階上均可變）可以由高斯光束波形的激光產(chan) 生，而傳(chuan) 統網穴（每一灰度值上深度變化直徑不變）通過使用平底波形產(chan) 生（參見圖2）。網穴的大小取決(jue) 於(yu) 脈衝(chong) 能量，通過使用聲光調製器由數字圖像數據組控製。範圍為(wei) 25米到150米的直徑，可以定義(yi) 圖像的網屏分辨率；範圍為(wei) 1米到40米的深度，可以定義(yi) 印刷點的灰度值。

熔料的熱傳(chuan) 導和熱對流必須減至最低限度。因此，Daetwyler公司開發了一種附帶有機添加劑的特殊電鍍鋅材料，其熱傳(chuan) 導性比普通鋅結構更低。通過汽化燒蝕這種特殊鋅，熔化區域和毛刺可以被減至一層薄薄的沉積物（網穴周圍2-3米內(nei) ）。

整個(ge) 滾筒表麵通過一條連續的螺旋狀網穴軌道進行交替雕刻。當滾筒轉速達到20轉/秒時，加工頭以15-150微米/轉的橫移進給量，平行於(yu) 滾筒軸線移動（取決(jue) 於(yu) 網屏分辨率）。網穴之間的網牆厚度在階調值最大時隻有4-6微米。這要求光束照射滾筒的瞄準精度達到約1微米。

另一種方法是使用脈衝(chong) 調製的高功率光纖激光器（平均功率500瓦），其脈衝(chong) 重複頻率可調製範圍為(wei) 30-100千赫。當頻率為(wei) 35千赫時，每次脈衝(chong) 上有更多能量，從(cong) 而使得單次擊發能夠鑽出大網穴（如網屏為(wei) 70線/厘米時直徑為(wei) 140微米）。當頻率為(wei) 100千赫時，每次脈衝(chong) 上的能量變少，因而雕刻出小網穴（如網屏為(wei) 400線/厘米時直徑為(wei) 25微米）。

激光光束的操作是非接觸式的，與(yu) 使用金剛石筆的機電雕刻相比，這是一個(ge) 關(guan) 鍵的優(you) 勢。隻要印刷工藝具備可預測性和可重複性，就能在滾筒整個(ge) 寬度上保證雕刻的均勻性。正是因為(wei) 高可重複率，單發單穴激光工藝大約比機電雕刻快10倍。

光束強度波形調製

印刷市場上有許多不同的基底材料（比如紙張或彈性箔），每種材料有著不同的表麵特性。油墨轉移的優(you) 化方法依賴於(yu) ：基底表麵（如粗糙度、油墨吸收能力）、油墨參數（如顏料的粘度或型號）、印版。對於(yu) 每種不同情況，可以使用不同形狀的雕刻網穴以達到最優(you) 。

除熱傳(chuan) 導和對流之外，網穴精確表示了激光光束的焦點強度波形。為(wei) 了讓每個(ge) 網穴都達到特定形狀，光束的立體(ti) 強度波形是主動實時形成的，由圖像數據控製的頻率高達100千赫。這一立體(ti) 調製技術的總體(ti) 方案如圖4所示。
 

通過強度波形的主動調製以及每次激光脈衝(chong) 能量的獨立變化，每一單網穴的形狀、直徑和深度都可以獨立決(jue) 定。印版製作工藝中的這一新型網穴叫做超級Halfautotypical網穴（SHC），是Halfautotypical網穴的延伸（半自動型網穴的深度和直徑是變化的，但不能獨立控製）。

SHC調製使得一台激光係統就能雕刻各種網穴（傳(chuan) 統的、Autotypical、Halfautotypical）。過去則需要不同的工藝（機電雕刻、化學蝕刻）。現在，能夠生成全新網穴形狀，從(cong) 而為(wei) 每種顏色%-階調值和印刷基底優(you) 化油墨轉移特性和適印性能。

戰略與(yu) 應用

除了SHC光束波形調製的“單發單穴”方法外，還可以通過疊加連續激光脈衝(chong) 的方式來設計雕刻網穴，隻不過光點直徑比要求的網穴尺寸小（比如光點直徑10-15微米，網穴尺寸100微米）。所形成網穴的形狀和內(nei) 部結構有賴於(yu) 調製、重疊以及激光脈衝(chong) 的掃描方案（如圖像排版機掃描算法）。

連續波激光器是開關(guan) 或灰階調製的，可以雕刻出細小的重疊條紋，形成菱形網穴。其優(you) 勢在於(yu) 圖像的高分辨率（例如正向輸送步長為(wei) 10微米時分辨率達到1000線/厘米，光點直徑為(wei) 15-20 微米）。其劣勢在於(yu) 生產(chan) 能力的損耗，需要通過使用更高的調製頻率（約1兆赫）以及多光束雕刻頭來彌補。

由於(yu) 其聚焦時的高峰值功率，高亮度光纖激光器（200-600瓦，連續波，脈衝(chong) 調製）或者超短脈衝(chong) 激光器能夠實現這種先進的雕刻方法。除了鋅之外，這種高亮度同樣能夠用於(yu) 雕刻其他材料，比如銅和陶瓷。

圖像排版機掃描過程算法適用於(yu) 許多高分辨率二維（印刷）應用和三維（印花）應用。例如雕刻RFID凹印輥。

印製電子技術是一項即將到來的新技術，電子元件和電路要求的高精度將為(wei) 打印輸出的精確性和均勻性設定新的基準。導體(ti) 及半導體(ti) 的有機或無機油墨大部分都是糊狀的，印刷起來很費勁。

對於(yu) 這些油墨的均勻無孔分層來說，精確控製網穴幾何形狀和凹版印版的表麵紋理是非常關(guan) 鍵的。圖5C顯示了RFID標簽天線的雕刻試驗，輪廓線寬度隻有10微米。
 

總結與(yu) 展望

激光技術結合了數字成像方法，改進了傳(chuan) 統印刷製版工藝，提升了打印輸出的效率、網屏範圍、精確性和質量。可以運用相應的算法，利用不同的激光器類型。利用調製的激光光束波形，目前單發單穴SHC工藝是用於(yu) 凹版的速度最快的工藝，可用於(yu) 各種基底、油墨和印刷。使用高功率TEM00源的新型雕刻算法，將激光燒蝕方法的應用範圍擴展至一係列的工業(ye) 應用，如用於(yu) 大麵積材料轉印的網紋輥、用於(yu) 印刷電子的高精度凹版印刷圖案以及用於(yu) 三維印花工具。當必需的激光功率以及新型雕刻成熟算法這兩(liang) 個(ge) 條件都滿足時，超短脈衝(chong) 激光將能夠推動和改進上述方法。將來所麵臨(lin) 的挑戰將是：使用皮秒超短脈衝(chong) 激光來優(you) 化燒蝕工藝。 #p#分頁標題#e#

本文作者Guido Hennig和Karl-Heinz Selbmann就職於(yu) 瑞士MDC Max Daetwyler公司；Stefan Brning就職於(yu) 德國Schepers公司。