Технологии изготоления форм глубокой печати

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Перечень ключевых слов: глубокая печать, гравирование, печатная форма, формная пластина, технологические свойства, тиражестойкость, износостойкость, физико-химические свойства, шероховатость.

Данная курсовая работа содержит сведения о способах изготовления форм глубокой печати, формных материалов глубокой печати. Изучена специфика технологических свойств печатных форм глубокой печати в зависимости от способов их изготовления. Приведены приборы и инструменты, необходимые для изготовления форм глубокой печати.

Введение

Глубокая печать имеет богатую историю. Этот метод печати появился в начале XV века. Тогда прародителями глубокой печати были оттиски с гравированных медных пластин.

Именно простоте технологии глубокой печати обязаны своим появлением красочные системы современных офсетных газетных машин и анилоксовые красочные аппараты машин флексографской печати.

Принцип глубокой печати состоит в следующем: печатный оттиск получают с форм, на которых краска находится в углубленных печатающих элементах. Разница в насыщенности изображений, полученных с помощью глубокой печати, обеспечивается различной глубиной печатающих элементов. Это является главным преимуществом глубокой печати при воспроизведении тонов, света, тени на изображении. С помощью образовавшихся слоев краски различной толщины на бумаге получается четкое изображение с тончайшими деталями.

К недостаткам способа глубокой печати относятся его высокая капиталоемкость, приводящая к концентрации больших производственных мощностей, довольно значительные затраты ручного труда на заключительной контрольно - корректурной стадии изготовления формных цилиндров, а также повышенная экологическая вредность и взрывоопасность некоторых красителей (на толуоле). Глубокая печать экономически выгодна при печатании больших тиражей - от 70-250 тыс. оттисков.

Глубокую печать применяют для печати журналов, газет, популярных каталогов, для печати на упаковочных материалах.

На современном этапе развития полиграфической промышленности глубокая печать занимает около 10-15% рынка печатной продукции.

Глава 1. Цифровые технологии изготовления форм глубокой печати

1.1 Развитие формных технологий глубокой печати

Технология изготовления форм глубокой печати с помощью удаления материала с печатающих элементов ЭМГ получила распространение с 1964 г., благодаря созданию фирмой Hell (Германия) электронного оптико-механического устройства -- гелиоклишографа.

Первоначально на ЭМГА (рис. 12.1) использовались аналоговые носители информации. Автоматы состояли из анализирующего, гравирующего и управляющего блоков.

Анализирующий блок состоял из съемного стального цилиндра (оригиналодержателя) 1 для размещения на нем воспроизводимых промежуточных оригиналов и одной или нескольких анализирующих (считывающих) фотоголовок 2. В гравировальном блоке располагался гравируемый формный цилиндр 6. Вдоль образующей цилиндра располагались гравирующие головки 5 (по числу фотоголовок) с алмазными резцами. Каждая фотоголовка управляла работой своей гравирующей головки, что давало возможность в несколько раз повысить производительность автомата.

Используемые в качестве аналоговых носителей информации промежуточные оригиналы (опаловые копии) представляли собой фотокопии монтажа негативов или диапозитивов, содержавшие изобразительную и текстовую информацию. Они изготавливались на специальном галогенсеребряном материале на непрозрачной размероустойчивой подложке. В ряде случаев (применение способа офсетной печати для получения пробных оттисков при контроле цветоделения) в качестве промежуточных оригиналов использовались растрированные фотоформы. Эта технология, получившая название конверсионной, была реализована в гравировальных автоматах, оснащенных устройством дерастрирования.

Начиная с 1977 г., был выпущен ряд моделей ЭМГА, отличающихся числом параллельно работающих анализирующих и гравирующих головок, количеством одновременно гравируемых цилиндров, скоростью работы гравирующей головки, типом развертки при гравировании и другими параметрами.

С середины 80-х гг. прошлого столетия стали использоваться ЭМГА, управляемые с помощью сигналов, получаемых из компьютера.

Скорость работы первых моделей устройств составляла 3,5 тыс. ячеек в сек и в дальнейшем в течение длительного времени она не превышала 4 тыс. Только в конце 90-х были созданы устройства с большей скоростью гравирования.

С целью повышения скорости гравирования параллельно с этими разработками был создан способ электронного гравирования, который реализовала фирма Неll в 1984 г. в устройстве ЕВG (Е1еctrоп Веат Engraving). Гравирование форм таким способом осуществлялось с использованием высокоинтенсивных пучков электронов. Они создавали кратковременные импульсы с большой концентрацией энергии для удара по поверхности формного цилиндра. В результате этого происходило мгновенное плавление и испарение меди с образованием ячеек различного диаметра и глубины в соответствии с величиной поступающего сигнала.

Диаметры ячеек изменялись от 50 до 125 мкм, а глубина от 3 до 60 мкм, их форма представляла собой нечто среднее между сферической и цилиндрической. По сравнению с ЭМГ процесс электронного гравирования протекает в десятки раз быстрее. Кроме того, обеспечивается возможность улучшенного краскопереноса при печатании за счет большего объема ячеек. Однако этот способ из-за высокой стоимости оборудования не нашел широкого применения до настоящего времени.

Наряду с рассмотренными способами в тот же период времени было создано и получило распространение устройство LaserGravure 700 фирмы Crosfield Electronics (Великобритания), реализующее возможность лазерного гравирования формных цилиндров, покрытых эпоксидной смолой. В первых моделях устройств гравирование проводилось лазером на СО2 в слое эпоксидной смолы, нанесенной в предварительно вытравленные на одинаковую глубину ячейки в омедненном формном цилиндре. После печатания, удалив эпоксидную смолу из ячеек, цилиндр использовали повторно. Наряду с высокой скоростью изготовления, формы такого типа отличались также большой тиражестойкостью (до 3 млн. отт.).

Позже, в начале 90-х гг. прошлого столетия были разработаны косвенные способы лазерного гравирования, основанные на использовании лазерной записи информации на специальные масочные слои с последующим травлением омедненного формного цилиндра.

В 1995 г. фирма MAN Roland (Германия) разработала способ получения формы лазерным гравированием, реализуемый непосредственно в печатной машине. Он заключается в следующем: выгравированные ячейки керамического или стального формного цилиндра заполняются полимером. Цилиндр устанавливается в печатную машину, где лазер, испаряя полимер, формирует печатающие элементы формы. После печатания цилиндр очищается от полимера струей воды и используется повторно.

В этом же году компанией МDС Мах Daetwyler (Швейцария) было создано автоматическое гравировальное устройство Laserstar, предназначенное для прямого лазерного гравирования цинкового покрытия формного цилиндра.

1.1.1 Разновидности современных форм глубокой печати

Формы глубокой печати изготавливаются чаще всего на формных цилиндрах, основой которых служат стальные цилиндры с нанесенными на их поверхность гальваническим способом покрытиями. Значительно реже используют алюминиевые или пластмассовые цилиндры. Практическое применение находят также пустотелые цилиндры, представляющие собой цилиндрические гильзы с медным покрытием. Попытки использования формных пластин с целью удешевления формного производства не принесли желаемых результатов из-за невозможности устранения проникновения краски между краями и под печатную форму.

По способу изготовления различают формы глубокой печати:

* изготовленные ЭМГ;

* лазерным гравированием (способ прямого гравирования);

* по масочной технологии с последующим травлением омедненного формного цилиндра.

Формы, изготовленные ЭМГ, разделяют в зависимости от используемого формного цилиндра на формы гравированные:

* на рабочем слое меди;

* на медном съемном покрытии формного цилиндра (в практике -- «медной рубашке»), которое представляет собой снимаемый после печатания тиража слой медного гальваноотложения.

Наибольшее распространение получили формы, полученные ЭМГ на «медной рубашке» формного цилиндра.

Формы, изготовленные лазерным гравированием, в зависимости от используемого материала формного цилиндра могут быть получены на цинковом или медном покрытиях цилиндра, а также на полимерном покрытии с последующей металлизацией поверхности.

Формы, изготовленные по масочной технологии, различаются в зависимости от типа используемого масочного слоя. Они классифицируются как формы, изготовленные с использованием светочувствительных (фотополимеризуемых) и термочувствительных масочных слоев. Последние находят наибольшее применение.

Печатные формы глубокой печати характеризуются также различной конфигурацией углубленных ячеек (рис. 12.2). Так, формы изготовленные ЭМГ, имеют переменные площадь и глубину гравированных ячеек (рис. 12.2, а). Формы, изготовленные лазерным гравированием, характеризуются углубленными ячейками, которые отличаются преимущественно глубиной и мало или совсем не отличаются площадью (рис. 12.2, б). Формы, изготовленные по масочной технологии с последующим травлением, имеют одинаковую глубину, но различную площадь ячеек (рис. 12.2, в).



Структуры углубленных ячеек обладают различными возможностями по передаче градации изображения. Это объясняется тем, что градационная передача оценивается через объем ячеек Vп.э, который определяется их площадью Sп.э, глубиной hп.э и во многом зависит от возможностей различных по конфигурации ячеек передавать на оттиск различное количество краски.

1.1.2 Общие схемы изготовления форм глубокой печати

Процесс изготовления форм глубокой печати ЭМГ на съемной «медной рубашке» (схема 1) включает следующие основные технологические операции:

* подготовка формного цилиндра с нанесением на него «медной рубашки»;

* ЭМГ на ЭМГА (рис. 12.3);

* завершающие операции изготовления форм, включающие хромирование, механическую обработку, а также, при необходимости, техническую корректуру и пробную печать.

Процесс изготовления форм глубокой печати ЭМГ на рабочем медном слое (схема 2) состоит из технологических операций по подготовке формного цилиндра с наращиванием рабочего медного слоя, ЭМГ и завершающих операций. Особенностью этого процесса является то, что в зависимости от технологии для ЭМГ используется или рабочий медный слой с толщиной, пригодной для изготовления одной формы, или рабочий слой большой толщины (порядка 320 мкм), на котором можно изготовить последовательно 3?4 формы.

После печатания проводится удаление с цилиндра «медной рубашки» вместе с разделительным слоем. С этой целью ее надрезают по образующей цилиндра и отделяют от него, что возможно благодаря наличию разделительного слоя. После 5?10-кратного наращивания «медной рубашки» требуется проводить шлифовку основного слоя меди. Если для гравирования использовался рабочий медный слой большой толщины, то после печатания проводится удаление слоя хрома (химическим или электрохимическим способом), а затем медь с гравированными ячейками удаляют методом прецизионного фрезерования. Если оставшаяся после этого толщина медного слоя еще достаточна для получения новой формы, то формный цилиндр вновь используют для гравирования. Если же оставшийся после фрезерования слой меди является слишком тонким для гравирования новой формы (т.е. имеет толщину меньше 80 мкм), то на него дополнительно наносится слой меди необходимой толщины. Завершающие операции изготовления формы осуществляются по рассмотренной выше схеме.

Процесс изготовления форм лазерным гравированием цинкового слоя формного цилиндра (схема 3) включает операции:

* подготовка формного цилиндра с нанесением на него медного слоя;

* нанесение цинкового слоя;

* полировка цинкового слоя;

* лазерное гравирование цинкового слоя;

* очистка поверхности формы;

* завершающие операции.

Как и в рассмотренной выше технологии изготовления форм ЭМГ, формные цилиндры для лазерного гравирования используются многократно. Подготовка поверхности формного цилиндра для гравирования новой формы включает удаление отработанных слоев хрома и цинка с последующим нанесением цинкового покрытия.

Процесс изготовления формы по мисочной технологии (с использованием термочувствительного мисочного слоя) с последующим травлением меди (схема 4) включает следующие операции:

* подготовка омедненного формного цилиндра;

* нанесение масочного слоя на поверхность формного цилиндра;

* запись информации на масочный слой;

* травление медного покрытия формного цилиндра;

* очистка (в том числе, промывка и обезжиривание) поверхности формы;

* заключительные операции (см. схему 1).

Процесс изготовления формы по масочной технологии (с использованием светочувствительного масочного слоя) с последующим травлением меди (схема 5) состоит из следующих стадий:

* подготовка омедненного формного цилиндра;

* нанесение масочного слоя на поверхность формного цилиндра;

* нанесение водорастворимого защитного слоя;

* сушка слоев;

* запись информации на масочный слой;

* проявление масочного слоя;

* промывка;

* травление медного покрытия формного цилиндра;

* удаление защитного слоя;

* заключительные операции.

1.2 Основы формирования печатающих и пробельных элементов

1.2.1 Формы, изготовленные электронно-механическим гравированием

Формирование печатающих элементов в результате ЭМГ (рис. 12.4) осуществляется с помощью алмазного резца, управляемого двумя накладываемыми друг на друга сигналами (рис. 12.5).

Вибрирующий сигнал с определенной частотой (от 4 до 9 кГц, в зависимости от устройства) и постоянной амплитудой обеспечивает колебательное движение резца (рис. 12.5, а). Второй сигнал (рис. 12.5, б) поступает из источника цифровых данных об изображении, преобразуется в аналоговую форму и в виде тока подается в электромеханическую колебательную систему, которая управляет резцом, определяя глубину его погружения относительно поверхности формного цилиндра.

Наложение сигналов (рис. 12.5, в) задает величину гравируемой ячейки, линиатура гравирования вдоль образующей цилиндра определяется шагом перемещения гравирующей головки, а в направлении окружности задается скоростью вращения цилиндра. В результате на формах формируются печатающие элементы, которые отличаются площадью и глубиной (см. рис. 12.2, а).

Глубина и площадь печатающих элементов (выгравированных ячеек), формируемых в процессе ЭМГ, зависят от движения алмазного резца. Резец погружается на различную глубину (см. рис. 12.4), причем чем глубже он входит в медный слой, тем большей по площади и глубине получается гравируемая ячейка. Гравируемые ячейки имеют вид четырехгранных пирамид, основания которых располагаются на поверхности цилиндра. Диагонали основания ячеек ориентированы по оси и по окружности цилиндра (рис. 12.5, г).

Сочетание нескольких видов движения: вращения цилиндра и перемещения гравирующей головки определяют взаимное расположение ячеек на форме. Формирование ячеек может осуществляться по спирали и по замкнутой окружности (рис. 12.6). При спиральной развертке (рис. 12.6, а) за время одного оборота цилиндра каретка с гравирующей головкой (резцом) равномерно перемещается вдоль оси цилиндра на половину ширины ячейки, а ячейки каждой последующей гравируемой линии смещены в промежутки между ранее выгравированными ячейками.

При пошаговом позиционировании гравирующей головки гравирование осуществляется по круговым линиям -- замкнутым окружностям (рис. 12.6, б), здесь размер и количество ячеек точно сопрягаются с окружностью цилиндра. Следующий ряд начинается при смещении как по образующей, так и по окружности. Объем сформированных на формах ячеек зависит от угла заточки резца. Например, если уменьшить угол заточки резца со 120 до 110° объем ячейки с одной и той же площадью увеличивается на 5%.

Формирование пробельных элементов. Пробельными элементами на формах глубокой печати являются перегородки между печатающими элементами. Ширина этих перегородок изменяется и зависит от площади ячеек. Условия их формирования на формах задаются перед началом гравирования. При гравировании ячеек максимальной площади должна быть обеспечена минимально необходимая ширина пробельных элементов. Эта минимальная ширина составляет 5-10 мкм на участках, где формируются большие по площади ячейки. Когда резец уже не приподнимается над поверхностью формного цилиндра, перегородки между соседними ячейками в направлении окружности цилиндра исчезают и появляется узкий канал, соединяющий ячейки (см. рис. 12.5, г).

1.2.2 Формы, изготовленные лазерным гравированием

Формирование печатающих элементов. Особенностью лазерного гравирования по сравнению с ЭМГ является то, что этот способ является бесконтактным, так как гравирующим инструментом служит лазерный луч. Лазерное излучение, направленное на поверхность формного цилиндра, локально воздействует на покрытие, нагревает, расплавляет и испаряет его, при этом один импульс излучения (длительностью в несколько сотен наносекунд) формирует одну ячейку. Полученные лазерным гравированием печатающие элементы характеризуются преимущественно различной глубиной ячеек и мало или совсем не отличаются площадью (см. рис. 12.2, б).

По технологии SНС (от англ. -- Sирег Наlf Аиtоtурiса1 Се1l) динамическим управлением диаметром луча и импульсной модуляцией мощности на цинковом покрытии обеспечивается возможность получения ячеек переменной площади и глубины. По этой технологии на форме создаются ячейки, в которых отсутствует фиксированное соотношение между площадью и глубиной ячейки, причем площадью и глубиной можно управлять отдельно. Это позволяет формировать структуры различной конфигурации, состоящие либо из ячеек с изменяющейся глубиной, либо из ячеек различной площади и глубины.

Лазерное гравирование с помощью двух лазеров (рис. 12.7), создающих пучки, каждый из которых изменяет глубину и площадь гравирования металла, позволяет формировать ячейки 5, имеющие сложную, но абсолютно симметричную форму, причем эта форма не зависит от изменения скорости записи в отличие от процесса формирования ячеек при ЭМГ. Однако площадь ячеек при лазерном гравировании меняется не так значительно, как при ЭМГ (рис. 12.8), и изменение объема ячеек происходит в основном за счет увеличения их глубины.

Пробельные элементы в виде перегородок между выгравированными ячейками, как и при ЭМГ, расположены на металлическом покрытии формного цилиндра.

1.2.3 Формы, изготовленные по масочной технологии с последующим травлением медного покрытия формного цилиндра

В отличие от уже рассмотренных типов форм, печатающие элементы на формах глубокой печати, полученных по масочной технологии с последующим травлением меди, характеризуются одинаковой глубиной, но различной площадью (см. рис. 12.2, в). Они формируются после травления медного покрытия формного цилиндра на участках, где отсутствует масочный слой, удаленный на стадии создания маски.

Пробельные элементы -- это участки формного цилиндра, представляющие собой, как и в рассмотренных выше случаях, перегородки между печатающими элементами.

1.3 Технология изготовления форм электронно-механическим гравированием

1.3.1 Подготовка формных цилиндров

Нанесение основного медного слоя. Подготовка формных цилиндров требует проведения механических, химических и электрохимических процессов. Формные цилиндры входят в комплект печатной машины (это определяет диаметр и длину цилиндра) и используются многократно. Схематический разрез формного цилиндра глубокой печати показан на рис. 12.9.

Формные цилиндры поставляются либо омедненными с основным слоем меди толщиной 1,2--1,5 мм, либо без него. Во втором случае процесс подготовки поверхности цилиндров осуществляется на полиграфическом предприятии и включает следующие технологические операции:

* механическая и химическая обработка поверхности стального

цилиндра 1;

* осаждение гальваническим способом тонкого (2-5 мкм) слоя никеля 2, необходимого для прочного сцепления основного медного слоя с поверхностью стального цилиндра;

* гальваническое наращивание основного медного слоя 3 толщиной до 3 мм;

* механическая обработка поверхности (проточка, шлифовка, полировка).

Дальнейшие стадии подготовки цилиндров зависят от процесса изготовления форм.

Нанесение медного покрытия. При изготовлении формы на съемной «медной рубашке» на основной медный слой наносится химическим (или электрохимическим) способом тонкий (около 1 мкм) электропроводящий разделительный слой 4 (см. рис. 12.9) (серебряный или какой-либо другой), необходимый в дальнейшем при повторном использовании цилиндра для удаления гравированной «медной рубашки» после печатания.

Обеспечивается это благодаря тому, что разделительный слой предотвращает рост кристаллов на основном слое меди, вследствие чего не происходит объединения кристаллических структур основного медного слоя 3 и «медной рубашки» 5. После нанесения разделительного слоя поверхность формного цилиндра промывается водой с тем, чтобы остатки используемого раствора (например, азотнокислого серебра) не попали в ванну меднения. В противном случае их присутствие может привести к снижению твердости медного покрытия.

Нанесение «медной рубашки» 5 (см. рис. 12.9), толщиной 80-100 мкм проводится в сернокислых электролитах меднения, содержащих сульфат меди, серную кислоту и добавку, необходимую для повышения твердости меди. В процессе электролиза на электродах происходят следующие реакции.

На аноде:

При этом образуется также некоторое количество Си+ и в результате побочной реакции:

Это приводит к появлению в ванне меднения нерастворимого мелкого медного шлама.

Основная реакция на катоде



Процесс протекает с высоким выходом по току, близким к 100%. Расчет толщины 8 осажденного покрытия может быть проведен по формуле

где -- плотность металла (для Си -- 8,93 г/ ); эа -- электрохимический эквивалент (для Сu -- 1,1854 г/А•час); -- выход по току, I -- плотность тока, А/дм2; -- продолжительность электролиза, час.

Получение медного покрытия высокого качества позволяет минимизировать последующий процесс обработки поверхности. При изготовлении формы на рабочем медном слое используют полученный гальваническим способом слой меди, сращенный с основным и отличающийся от него повышенной твердостью.

Предварительно, в случае, если гравирование на рабочем слое меди уже осуществлялось и на форме был слой хрома, проводят сначала его удаление электрохимическим способом в Н2SО4 (реакция 12.2) или химическим (реакция 12.3) способом в НСl:

Для предохранения поверхности меди от повреждений в растворы для расхромирования вводятся добавки.

Механическая обработка поверхности. После нанесения медного покрытия («медной рубашки» или рабочего медного слоя) проводят шлифовку и полировку поверхности. Эти операции выполняются на специальных станках с применением шлифовальных и полировальных камней или алмазной фрезой до получения требуемой шероховатости поверхности формного цилиндра.

Операции по подготовке формных цилиндров осуществляются, как правило, в единой поточной линии. Для этого используются автоматизированные станки, гальванованны с программным управлением, объединенные транспортирующими и подъемными устройствами.

Контроль формных цилиндров. Контроль подготовленных к гравированию формных цилиндров базируется на использовании методов оценки размерных и физико-механических показателей.

Длина окружности и диаметр формного цилиндра, определяющие натяжение бумажного полотна между печатными секциями рулонной машины глубокой печати, измеряются с помощью прибора, например, Digimess-Р. Прибор устанавливается на поверхность цилиндра и позволяет оценить параметры r и а (рис. 12.10), а затем рассчитать длину окружности цилиндра с точностью ± 0,5 мкм.

Для большей точности измерения проводятся в режиме температурной компенсации. С помощью стоек с индикатором определяются отклонения от концентричности, т.е. оценивается изменение формы цилиндра (они не должны превышать 10 мкм).

Твердость медного покрытия формного цилиндра, определяющая качество ЭМГ, измеряется методом вдавливания пирамиды Виккерса (с точностью ±1%) с помощью прибора, например, типа М1С-1, оснащенного электронно-акустическим преобразователем величины давления.

Необходимая твердость медного покрытия лежит в интервале 200-220 НV. Меньшая твердость приводит к гравированию ячеек с неровными краями, тогда как излишняя твердость меди вызывает преждевременный износ (или повреждение) алмазного резца. Различия показателя твердости на цилиндрах из одного комплекта не должны превышать 10 НV, а разные участки одного и того же цилиндра не должны различаться на более чем ±2-4 НV.

Шероховатость поверхности цилиндра, влияющая на скольжение ракеля по форме при удалении краски, зависит от микрогеометрии омедненного формного цилиндра. Как правило, она оценивается параметром Rz и обычно составляет 0,3-0,5 мкм. Исследования показали, что толщина хромового покрытия в несколько мкм практически не сказывается на величине шероховатости.

Возможные дефекты поверхности формного цилиндра. Нарушение режимов подготовки поверхности формного цилиндра может стать причиной изменения его геометрических размеров и несоответствия требуемым показателям, характеризующим твердость и шероховатость поверхности формы. Так, низкая твердость медных покрытий приводит к возникновению неровностей на хромированной форме. Недостаточная толщина медного слоя может привести к расплющиванию ячеек, возникающему из-за большого давления в процессе печатания, и, как следствие, к искажениям градационной характеристики, а также снижению тиражестойкости форм.

1.3.2 Гравировальные устройства

Разновидности ЭМГА. Основные требования, предъявляемые к гравировальным устройствам, -- хорошее качество гравированных ячеек при большой скорости гравирования и высокой степени автоматизации процесса. Конкретные требования определяются рядом факторов, среди которых определяющим является вид продукции, для изготовления которой используется данное устройство. ЭМГА построены, как правило, по модульному принципу.

В зависимости от механизма привода перемещения резца различают ЭМГА с электромагнитным приводом и пьезоприводом. В устройствах с электромагнитным приводом резец перемещается под действием электромагнитной силы, которая преодолевает противодействие пружины. Встречное действие пружины необходимо для гравирования ячеек строго определенного объема. Если усилию электромагнита будет противостоять только усилие резания, получить стабильные результаты гравирования будет невозможно, так как при различной твердости меди и различной степени износа алмазного резца может изменяться величина усилия резания. Поэтому для гравирования ячеек строго определенного объема необходимо равновесие между двумя силами: электромагнитной, величина которой регулируется посредством изменения тока гравирования, и противодействующим усилием пружины.

ЭМГ с электромагнитным приводом дает возможность варьировать глубину ячеек с большой точностью -- до 0,1 мкм. Недостатком электромагнитной системы является необходимость демпфирования и гашения резонансных колебаний, возникающих при гравировании.

В устройствах с пьезоприводом усилие электромагнита заменяет усилие пьезоэлементов, действие которых основано на пьезоэффекте -- свойстве некоторых керамических материалов изменять размеры при подаче электрического напряжения. Частота гравирования в устройствах с пьезоприводом значительно превышает возможности устройств с электромагнитным приводом, поэтому по производительности они значительно превышают электромагнитные. К недостаткам устройств с пьезоприводом относятся большие потери электрической мощности в керамическом стапеле (для увеличения эффекта линейного расширения пьезоэлементы собраны в стапель) и его нагрев, следствием чего является нестабильность и малый срок службы керамики.

Основные характеристики устройств. Различные модели ЭМГА позволяют осуществлять гравирование в диапазоне линиатур от 20 до 200 лин/см, глубина гравированных ячеек в светах составляет 7 мкм, в тенях -- 50 мкм, но может меняться и в более широких пределах -- до глубины 130 мкм (и даже 275 мкм). Гравирование на различных ЭМГА может осуществляться на формных цилиндрах длиной от 100 мм до нескольких метров (возможная длина больше 6 м) с диаметром от 200 до 2200 мм. Производительность ЭМГА оценивается временем гравирования форм, которое изменяется в широких пределах и зависит от размеров цилиндра, количества гравирующих головок, скорости и линиатуры гравирования. Скорость гравирования определяется частотой вибрирующего сигнала и может составлять до 9-10 тыс. ячеек в сек (для устройств с пьезоприводом 25 тыс. ячеек в сек).

К дополнительным техническим возможностям гравировальных устройств относятся:

* возможность автоматически выполнять пробное (контрольное) гравирование;

* осуществлять автоматический скоростной проход над участками, не содержащими изображение;

* с целью ускорения скорости процесса производить переключение режима кругового гравирования по замкнутым окружностям на гравирование по спирали. Обладая возможностью программировать работу, ЭМГА могут изменять линиатуру гравируемого изображения в широких пределах, гравировать непрерывные изображения без стыков, многократно повторяющиеся сюжеты.

ЭМГА характеризуются высокой степенью автоматизации. Так, программный модуль некоторых автоматов позволяет заранее определять время гравирования цилиндра и рассчитывать в соответствии с ним краскоемкость формы, а также необходимый расход краски для печатания. Этот расчет учитывает размер ячеек, геометрическую форму резца и режим переноса краски, т.е. коэффициент перехода краски с формы на запечатываемый материал. ЭМГА может быть встроен в автоматизированную поточную линию с загрузкой цилиндров с помощью кранов или загрузочных магазинов, их выгрузкой и с переносом формных цилиндров после гравирования на последующие технологические операции.

1.3.3 Технология электронно-механического гравирования и завершающие операции

Основы технологии гравирования. Процесс гравирования форм

включает:

* установку формного цилиндра в гравировальное устройство;

* установку гравирующей головки (головок) в исходное положение (между резцом и поверхностью цилиндра должно быть определенное расстояние);

* выбор и установку режимов гравирования;

* контрольное (пробное) гравирование;

* рабочее гравирование формы.

После чего следуют заключительные операции.

Установка формного цилиндра в гравировальное устройство может осуществляться как с помощью механизмов, так и автоматически. На автоматизированных линиях по производству форм процесс гравирования объединен с линией гальванической подготовки цилиндров системой транспортировки. Это позволяет, подобрав под подготовленный цилиндр соответствующее задание, установить его в гравировальное устройство, в котором автоматически оценивается погрешность геометрических размеров цилиндра и запускается полностью автоматизированный процесс гравирования.

Гравирование форм на ЭМГА. Ввод управляющих команд для гравирования может осуществляться в ручном, автоматизированном или автоматическом режимах в зависимости от степени автоматизации устройства. Так, при ручном режиме на сенсорном экране вводятся команды в следующем порядке:

* выбор задания;

* загрузка цилиндра;

* установка гравирующих головок;

* запуск пробного гравирования;

* запуск рабочего гравирования формы.

В автоматизированных устройствах установка гравирующих головок и настройка режимов гравирования производится автоматически. Приведение в действие ЭМГА (например, модели К-500 фирмы Неll) может осуществляться в автоматическом режиме, требующем только выбора задания.

Гравирование формы осуществляется алмазным резцом с углом заточки 110-1300. Резец имеет ресурс времени работы порядка 150 ч, его износ сказывается на размерах гравируемых ячеек. Поэтому контроль угла заточки резца является необходимым при гравировании. В случае использования нескольких гравирующих головок для устранения различия в их работе, в зависимости от параметров резцов периодически устанавливается и гравируется тестовый цилиндр, после чего калибруется все устройство при стандартном режиме работы.

Особенности гравирования форм для многокрасочной печати.

С целью предотвращения возможности возникновения муара используют эффект поворота гравированной структуры. Для этого при регулировании взаимодействия трех видов движения (колебательного движения резца, вращения формного цилиндра и смещения каретки с гравировальной головкой) осуществляется растяжение или сжатие гравируемой ячейки в направлении окружности и в осевом направлении. Ячейки получаются вытянутой или сжатой форм (рис. 12.11), они создают различные углы поворота гравируемой структуры.

Линиатуры таких структур в двух направлениях, по окружности и в осевом направлении, могут быть различны и определяются путем измерения расстояний и и а между центрами ячеек (рис. 12.12).

Эти значения используются для расчета так называемой эффективной линиатуры (лин/см) по формуле

где и а измерены в мкм.

Наличие сжатых или вытянутых ячеек (см. рис. 12.11, б, в) по сравнению с ячейками нормальной формы (см. рис. 12.11, а) с углом б, равным 45°, создает эффект поворота гравированной структуры. Рекомендованные соотношения эффективной линиатуры и углов поворота а при гравировании форм для четырехкрасочной продукции, например, следующие: черная краска: 90 лин/см, б = 37°; пурпурная: 70 лин/см, б = 60°; голубая: 70 лин/см, б = 37°; желтая: 54 лин/см, б = 48°. Линиатура гравирования определяет объем гравируемой ячейки и, как следствие, то количество краски, которое переносится с формы. Чем ниже L, тем больше краски переходит на оттиск. С учетом этого и устанавливаются линиатуры гравирования форм. Так, желтая краска (как самая светлая) требует наличия большего количества краски на оттиске, что достигается гравированием форм с более низкой линиатурой. Гравирование форм для черной краски проводится при более высокой линиатуре. Это обеспечивает получение высокой резкости и, как результат, лучшее воспроизведение мелких деталей изображения.

Выбор линиатуры гравирования формы зависит также от типа используемых печатных красок. Для красок на водной основе (в связи с большей продолжительностью высыхания на оттиске), выбирается большая линиатура гравирования, чем для красок на основе органических растворителей.

Особенности гравирования форм, содержащих штриховые и текстовые элементы. Пилообразный контур штриховых и текстовых изображений, характерный для ЭМГ (рис. 12.13, а), может быть устранен при использовании ряда инновационных методов. Так, метод Хtrете Епgraving предложенный фирмой Неll (Германия), позволяет гравировать ячейку по принципу формирования растровой точки в лазерном ЭУ. В результате обеспечивается получение изображения со сверхвысоким разрешением. Контуры такого изображения за счет дополнительного количества краски получаются более сглаженными и, в конечном итоге, более резкими (рис. 12.13, б).

Другой возможностью повышения резкости контуров штриховых и текстовых элементов служит метод гравирования по краю штрихового элемента дополнительных ячеек различных размеров (рис. 12.14). За счет изменения фазы сигнала, определяющего положение ячеек (рис. 12.14, б), дополнительно гравируемые ячейки располагаются таким образом, что снижают заметность пилообразного контура.

лазерный упаковка тиражный цифровой



Рассмотренные методы гравирования осуществляются при использовании специальных программ, разработанных производителями ЭМГА. Нелинейное соотношение между объемом ячейки на форме и выходом из нее краски регулируется с помощью корректирующих градационных кривых. Составленные на их основе корректирующие таблицы в виде файла для градационной коррекции учитывают различные факторы формного и печатного процессов (например, форма ячейки, запечатываемый материал и др.) и используются при выборе режимов гравирования.

Контроль процесса гравирования осуществляется с помощью тест объекта. Используемый для пробного гравирования тест-объект содержит элементы изображения из области светов, полутонов и теней, соответствующие 5, 50 и 100% растровой точке, необходимые для контроля размеров гравируемых ячеек. Гравируется тест-объект на краях цилиндров за линией, ограничивающей размеры полос издания.

Контроль формы осуществляется измерением размеров выгравированных ячеек с помощью приборов (например, Dot-Check или Checkmaster II), при этом автоматически измеряются продольная и поперечная диагонали ячейки, размер перегородки между двумя соседними ячейками, их площадь, глубина и объем. Производится также определение линиатуры гравирования и угла поворота гравируемой структуры, измерение угла заточки резца.

Измерение (и при необходимости коррекция) размеров ячеек и минимальных размеров пробельных элементов может проводиться как после гравирования, так и в процессе гравирования тест-объектов. В последнем случае измерения ведутся с помощью микроскопа со встроенной автофокусируемой видеокамерой на вращающемся формном цилиндре. После достижения требуемых параметров ячеек, устройство автоматически выходит на рабочий режим гравирования формного цилиндра.

Хромирование форм и механическая обработка поверхности. Хромирование, необходимое для повышения тиражестойкости формы проводится гальваническим способом в электролите с хромовым ангидридом, содержащем серную кислоту в качестве катализатора, а также другие компоненты, в частности, ПАВ для понижения поверхностного натяжения.

На катоде происходит осаждение хрома из анионных комплексов через такие промежуточные ступени как соединения хрома (III):

[Сr2О7] 2- + 14 Н+ + 12е- > 2Сг+3 + 7 Н2О

Выход по току очень низкий и составляет 10-25%. Параллельно с осаждением хрома происходит выделение водорода:

2 Н+ + 2е- > Н2 ^

На аноде у нерастворимых платинированных титановых электродов выделяется кислород:

2 Н2О > О2^+ 4 Н+ + 4е-

В ванне хромирования дополнительно размещаются свинцовые аноды, на поверхности которых быстро образуется слой двуокиси свинца. Присутствие такого слоя, обладающего каталитическим действием, обеспечивает окисление ионов хрома (III), возникающих у катода, и образование соединений хрома (VI):

2 Сr+3 + 7 Н2О > [Сг2О7]2+ + 14 Н+ + 6е-

Как результат данных реакций в электролите устанавливается необходимая концентрация хрома (III).

Нанесение хромового покрытия проводится при частичном погружении формного цилиндра в раствор и рабочей плотности тока до 50 А/дм2. Толщина образовавшегося хромового покрытия составляет 5-7 мкм и может быть рассчитана по формуле 12.1 (электрохимический эквивалент хрома равен 0,3232 г/А ч, плотность 7,2 г/см3). Хромовое покрытие находится как на пробельных, так и на печатающих элементах формы, а также, хотя и меньшей толщины, на наклонных гранях ячеек (рис. 12.15).

Такое неравномерное распределение хрома в ячейках печатающих элементов после хромирования (h1 и h2 различны) связано с пирамидальной формой ячеек и низкой рассеивающей способностью электролита хромирования.

Распределение хромового покрытия на форме, как показали исследования, практически не приводит к изменению объема печатающих элементов после хромирования по сравнению с их объемом до хромирования и поэтому не оказывает влияния на репродукционно-графические показатели печатной формы. Однако структура образовавшегося покрытия влияет на печатно-эксплуатационные показатели формы. Так, гладкость внутренней поверхности ячейки оказывает влияние на выход краски из ячейки во время печатания, причем при одной и той же площади ячеек краска лучше выходит из тех, которые имеют гладкую внутреннюю поверхность. Немаловажным является также крутизна боковых стенок ячеек. Крутые, нависающие над ячейкой стенки, влияют на краскоперенос, затрудняя переход краски с формы при печатании.

Механическая обработка форм включает полировку или шлифовку хромированной поверхности формы. Эта операция необходима для достижения ее определенной микроструктуры.

Осуществляется обработка с помощью специальных полировальных камней, кругов или бумаги. Микрогеометрия полированной поверхности формы должна способствовать образованию тончайшего слоя краски, непереносимого на оттиск при печатании, но обеспечивающего «смазку» ракеля, улучшая его скольжение по форме.

Излишне гладкая поверхность формы (Rz < 0,2 мкм) приводит к снижению износостойкости, большему истиранию хромового покрытия и его возможному повреждению красками, содержащими грубые частицы пигментов. Если поверхность хрома имеет значительную шероховатость (Rz > 1 мкм), возможно тенение формы и происходит повышенный износ ракеля. Величина Rz хромового покрытия зависит от типа запечатываемого материала и используемых красок. Так, если используются краски на основе органических растворителей, Rz может достигать 0,7 мкм, а если на водной основе, поверхность форм должна быть более гладкой.

Наряду с параметром Rz важным является параметр, характеризующий количество микротрещин на единицу поверхности, причем чем их количество больше, тем более устойчивым к коррозии является хромовое покрытие. Как правило, формы для печатания красками на водной основе имеют хромовые отложения с количеством микротрещин более 800 на 1 см, формы для печатания красками на основе органических растворителей: 200-300 микротрещин на 1см.

Техническая корректура используется для устранения дефектов форм.

Плюс-корректура включает методы, основанные на формировании и углублении уже образованных на форме ячеек (печатающих элементов). Осуществляется она ручным корректурным гравированием штихелями на нехромированной или хромированной форме. Дополнительно гравируемые ячейки представляют собой отдельно стоящие точки или расположенные рядом друг с другом линии. Во всех случаях между откорректированными ячейками должны оставаться перегородки (опорные линии для ракеля), а направления выгравированных линий не должны совпадать с осью цилиндра.

Минус-корректура позволяет, наоборот, уменьшить объем ячеек вплоть до их полного удаления. Она осуществляется гальваническим методом или с помощью лака, причем последний ручным ракелем может наноситься на форму непосредственно в печатной машине, заполняя выгравированные ячейки, после чего поверхность формы шлифуется. Мелкие дефекты на нехромированной форме можно удалить ручным полированием, аналогичным образом устраняются и небольшие повреждения на поверхности цилиндра. Гальваническая минус-корректура позволяет уменьшить объем ячеек, осаждая в них медь на нехромированной форме. Если корректируется хромированная поверхность, то проводится локальный электрохимический процесс осаждения слоя никеля, а затем меди -- вплоть до полного заполнения ячеек. Для этого используется переносной источник постоянного тока и электролит. При необходимости избыток осажденного слоя удаляется шлифованием.

Пробная печать служит для контроля процесса гравирования. Пробная печать осуществляется на тех же запечатываемых материалах, которые в дальнейшем будут использоваться при печатании тиража и с использованием печатных красок, аналогичных тиражным (но не содержащих летучих растворителей).

Большинство пробопечатных станков глубокой печати по внешнему виду похожи на однокрасочные печатные машины, но вместо печатного цилиндра используется барабан большого диаметра, покрытый резиновым полотном. На этом барабане размещается запечатываемый материал, который надежно закрепляется с каждой стороны. Формный цилиндр устанавливается на центрированных держателях оси цилиндра. Краска наносится на поверхность цилиндра, а ее излишки удаляются ракелем. Цилиндр приводится в контакт с барабаном. Получение изображения на запечатываемом материале осуществляется за два или три оборота формного цилиндра, что позволяет имитировать печатание на рулонной печатной машине.

1.4 Лазерные технологии изготовления форм глубокой печати

Особенности технологии лазерного гравирования, связаны, прежде всего, с типом используемого гравирующего инструмента и материалом формного цилиндра.

Отсутствие механического контакта с поверхностью формного цилиндра и необходимости компенсации износа гравирующего инструмента обеспечивают высокую точность при большой скорости гравирования.

В большинстве случаев для лазерного гравирования в качестве металлического покрытия формного цилиндра используется цинк, что обусловлено более низкой по сравнению с медью теплопроводностью (теплопроводность цинка при 20 °С равна 125,6 Вт/м•К, а меди, традиционно применяемой в глубокой печати, 319,5 Вт/м•К). Однако применение меди, которая позволяет использовать традиционный процесс подготовки формных цилиндров глубокой печати к гравированию, делает эту технологию весьма перспективной, несмотря на ее более высокую стоимость по сравнению с ЭМГ из-за высокой теплопроводности и отражательной способности, требующей использования для гравирования лазеров очень большой мощности (около 2000 Вт) и, следовательно, больших энергозатрат.

Получение цинкового слоя на поверхности формного цилиндра. Подготовка формного цилиндра включает выполнение операции меднения и нанесения цинкового покрытия. Стальные цилиндры после обезжиривания и декапирования поверхности подвергают меднению (толщина слоя около 150 мкм), фрезеруют, полируют и после повторного обезжиривания и декапирования в 3-5% Н2SО4, цинкуют.

Цинкование проводят в электролите с 80% погружением цилиндра в раствор с вращением цилиндра. Процесс сопровождается следующими реакциями

Цинкование протекает с высоким выходом по току (90-100%) со скоростью 1,7 мкм/мин. Толщина цинкового слоя составляет 50--70 мкм, и она на 15 мкм должна превышать максимальную глубину будущей ячейки. Полученный слой цинка имеет относительно невысокую твердость, равную 100-110 НV. После полировки и очистки поверхности оцинкованного формного цилиндра он готов к гравированию. Благодаря относительной мягкости и пластичности цинкового слоя обеспечивается возможность гравирования на нем ячеек разнообразной конфигурации (рис. 12.16).



Технология гравирования. Лазерное гравирование цинкового слоя реализовано, например, в устройстве DLS (Direct Laser System) компании МDС Мах Daetwyler (Швейцария). Формный цилиндр с цинковым покрытием помещается в лазерное гравировальное устройство Laserstar, оснащенное двумя твердотельными лазерами одинаковой мощности по 400 Вт. Мощностью излучения и модулированием сигнала управляет модулятор.

Создаваемый лазерами (см. рис. 12.7) пучок из двух лучей, пульсация которых (с частотой 70 кГц) синхронизируется со скоростью вращения формного цилиндра, воздействует на его поверхность и формирует углубленные ячейки. Они гравируются непрерывно по спирали со скоростью 70 тыс. ячеек в сек (или при использовании двух головок 140 тыс. ячеек в сек). Цинковое покрытие формного цилиндра, поглощающее излучение с л = 1064 нм, нагревается, плавится и испаряется, при этом пары металла собираются и поступают в систему фильтрации.

Максимальная глубина гравируемых ячеек ограничена мощностью лазера и зависит от линиатуры гравирования. Если линиатура равна 70 лин/см, то максимальная глубина макроячеек составляет 40 мкм при максимальном диаметре 170 мкм. Благодаря полусферической форме элементарных ячеек обеспечивается лучший, по сравнению с ЭМГ, выход краски при печатании, а глубина ячеек на 30% меньше. Так, если линиатура составляет 70--90 лин/см, то глубина ячеек в тенях -- до 35 мкм при их диаметре от 25 до 140 мкм.

Лазерное гравирование позволяет также, выбирая способ генерации, формировать печатающие элементы, представляющие собой сложные структуры, состоящие из нескольких элементарных ячеек. На рис. 12.16 дано сравнение поверхностной структуры форм, изготовленных с применением различных способов формирования структур. Так, способ гравирования, известный как Master Screen, позволяет создавать композитные структуры «шестиугольной» формы (рис. 12.16, в, г), синтезируя перекрытия отдельных ячеек. Это позволяет с большой точностью не только управлять размерами макроячеек, но достичь лучшего качества воспроизведения штрихового элемента по сравнению с ЭМГ (рис. 12.17).

Завершающие операции изготовления формы. Эти операции включают очистку формы в растворе кислоты для удаления аморфного цинка, образовавшегося в процессе лазерного гравирования и полировку поверхности формы. Кроме того, для повышения тиражестойкости проводят хромирование формы.

Процесс хромирования протекает со скоростью 0,5 мкм/мин с 50%-м погружением цилиндра в высокоскоростную ванну хромирования с выходом по току 25%. Хромированная поверхность формы имеет высокую твердость (твердость хрома -- 1100 НV) и хорошие структурно-механические показатели. Покрытие является гладким, не содержит посторонних включений, имеет большое количество микротрещин. Как правило, число микротрещин составляет 300-400 на 1 см. С их помощью устраняются внутренние напряжения в покрытии и, как следствие, повышается износостойкость формы.

Окончательная отделка заключается в полировке хромированной поверхности формы. При повторном использовании формных цилиндров после печатания с них химическим способом удаляется цинковое покрытие (вместе с хромовым) и на омедненную поверхность формного цилиндра вновь наносится цинковое покрытие.

Масочные технологии изготовления форм глубокой печати (рис. 12.18) осуществляются с помощью лазерной записи информации на масочный слой с последующим травлением медного покрытия формного цилиндра.



Такая технология изготовления форм, например, Hydronik фирмы Think (Япония) с использованием светочувствительного слоя реализуется следующим образом: омедненный цилиндр покрывается фотополимеризуемым и защитным слоями. После сушки слоев осуществляется запись маски на ФПС аргоновым лазером (с л = 488 нм). В устройстве для записи маски, оснащенном лазерными записывающими головками SQUARErspot, используют более 200 лазерных лучей, что обеспечивает экспонирование масочного слоя на формном цилиндре длиной 1 м за 2,5 мин. После проявления и промывки проводится травление меди. В результате травления полученные ячейки имеют форму, напоминающую сферическую. Изготовленные по такой технологии формы отличаются высоким качеством и позволяют воспроизводить изображения с линиатурой до 150 лин/см.

По масочной технологии изготовления форм Digilas фирмы Daetwyler (Швейцария) в качестве масочного слоя используется лаковый термочувствительный слой, толщиной 3-4 мкм, содержащий полимер с сажевым наполнителем.

Запись маски осуществляется в двухлучевом устройстве, оснащенном твердотельным лазером мощностью 100 Вт (диаметр луча 20 мкм). Аналогичным образом, например, в устройстве НеliоВеат С 2000 (фирма Неll) производится запись волоконным лазером с л = 1110 нм мощностью 60 Вт восемью параллельными лазерными пучками (диаметр луча 5-10 мкм).