Московский государственный университет печати

Под редакцией В.И. Шеберстова


         

Технология изготовления печатных форм

Учебник


Под редакцией В.И. Шеберстова
Технология изготовления печатных форм
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление
1.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОПИРОВАЛЬНОГО ПРОЦЕССА

1.1.

Общие сведения о копировальном процессе и копировальных слоях

1.2.

Диазосоединения. Диазосмолы

1.3.

Копировальные слои на основе о-нафтохинондиазидов

1.4.

Фотополимеризация. Копировальные слои на основе фотополимеризующихся композиций

1.5.

Определение сенситометрических характеристик копировальных слоев

2.

ФОРМЫ ОФСЕТНОЙ ПЛОСКОЙ ПЕЧАТИ

2.1.

Общие сведения

2.2.

Физико-химические закономерности смачивания пробельных и печатающих элементов форм плоской печати

2.3.

Параметры смачивания твердых поверхностей в офсетной плоской печати

2.4.

Формные основы

2.5.

Пластины для изготовления монометаллических печатных форм

2.5.1.

Подготовка поверхности алюминиевых пластин

2.5.2.

Подготовка поверхности пластин углеродистой стали

2.5.3.

Формные основы для изготовления монометаллических предварительно очувствленных пластин

2.6.

Изготовление копий

2.7.

Получение печатных форм - создание гидрофобных печатающих и гидрофильных пробельных элементов

2.7.1.

Монометаллические печатные формы

2.8.

Нанесение защитного покрытия - консервация печатной формы

2.9.

Формы для офсетной печати без увлажнения

2.10.

Изготовление офсетных печатных форм путем проекционного экспонирования

3.

Формы высокой печати

3.1.

Общие сведения о получении фотополимерных печатных форм

3.2.

Фотополимеризующиеся материалы

3.3.

Формирование печатающих элементов в фотополимеризующихся слоях

4.

Формы глубокой печати

4.1.

Подготовка формного цилиндра

5.

Получение печатных форм электронным гравированием и с помощью лазерного излучения

5.1.

Электронное гравирование форм глубокой печати

5.2.

Лазеры в полиграфии. Способы формирования изображения на формных материалах лазерным излучением

Указатели
48   указатель иллюстраций
Рис. 6.10. а Гравировальная установка для изготовления форм глубокой печати Рис. 6.10. б Гравировальная система Гелиоклишограф К-201 Рис. 6.11. Гравировальная система Гелиоклишограф К-202 Рис. 6.12. Система изготовления печатных форм HDP: 1 - дисковые ЗУ; 2 - станция ввода информации; 3 - станция переработки информации; 4 - пробопечатное устройство; 5 - станция вывода информации с устройством долговременной памяти; 6 - гравировальная станция, включая станцию сортировки данных (спуск полос) Рис. 6.13. Формирование ячеек: а - нормальная форма; б - вытянутая; в - сжатая Рис. 6.12. Система изготовления печатных форм HDP: 1 - дисковые ЗУ; 2 - станция ввода информации; 3 - станция переработки информации; 4 - пробопечатное устройство; 5 - станция вывода информации с устройством долговременной памяти; 6 - гравировальная станция, включая станцию сортировки данных (спуск полос) Рис. 6.14. Классификация лазеров Рис. 6.15. Схематическое изображение конструкции СО2-лазера в отпаянном варианте: 1 - полностью отражающее зеркало; 2 - изолятор; 3 - сильфоны; 4 - анод; 5 - газоразрядный канал; 6 - рубашка охлаждения газоразрядного канала; 7 - резервный объем газовой смеси; 8 - жесткая арматура оптического резонатора; 9 - катод; 10 - полупрозрачное зеркало; 11 - канал, соединяющий разрядный объем с резервным Рис. 6.16. Схема твердотельного лазера с эллиптическим отражателем: 1 - лампа накачки; 2 - рефлектор; 3 - зеркало оптического резонатора; 4 - активный элемент; 5 - элемент управления лазерным излучением Рис. 6.17. Схема воздействия мощного лазерного излучения на вещество при увеличении плотности световой энергии: а - вещество плавится; б - вещество плавится и интенсивно испаряется; в - образуется плазма, преграждающая доступ излучению к поверхности вещества Рис. 6.17. Схема воздействия мощного лазерного излучения на вещество при увеличении плотности световой энергии: а - вещество плавится; б - вещество плавится и интенсивно испаряется; в - образуется плазма, преграждающая доступ излучению к поверхности вещества Рис. 6.17. Схема воздействия мощного лазерного излучения на вещество при увеличении плотности световой энергии: а - вещество плавится; б - вещество плавится и интенсивно испаряется; в - образуется плазма, преграждающая доступ излучению к поверхности вещества

Применение электроники в репродукционной технике открыло большие возможности для автоматизации формных процессов, в частности в формных процессах глубокой печати. Появились принципиально новые способы и мето­ды переработки информации путем ее электронного считывания и записи. В рамках этого развития были разработаны автоматы для электромехани­ческого гравирования форм глубокой печати, которые позволяют исключить такие труднонормализуемые процессы, как изготовление пигментной копии и травление форм.

Электромеханическое гравирование форм используется преимущественно при воспроизведении журнальной продукции. Экономически более целесооб­разно применять этот способ для изготовления многокрасочных бес­стыковых форм и форм с повторяющимися рисунками (имитация ценных пород дерева, мрамора, упаковочные изделия, печать на тканях, обои). Процесс гравирования при этом малооперационен, высокостабилен, прак­тически безвреден, что способствует сохранению окружающей среды.

Формы глубокой печати, полученные электромеханическим гравировани­ем, характеризуются переменными глубиной и площадью печатающих эле­ментов. Принцип электромеханического гравирования форм глубокой печати аналогичен гравированию клише для высокой печати. Отличие заключается в том, что углубленные элементы формы заполняются краской и являются печатающими элементами. Гравирование поверхности формного цилиндра производится алмазным резцом с пирамидальной заточкой. В зависимости от величины управляющего электрического импульса резец вырезает на поверхности форм ячейки пирамидальной формы. Глубина резания соответ­ствует сигналу, поступающему от развертывающего устройства. Для обес­печения стабильного воспроизведения оригинала угол заточки резца должен оставаться неизменным.

Автомат состоит из двух и более установок. Одна из установок служит для считывания изображения оригинала; вторая (или несколько) -для гравирования растровых ячеек на поверхности формного цилиндра. Наибольшее распространение получили электромеханические гравировальные автоматы Гелиоклишограф фирмы «Хелл» (ФРГ). Имеется несколько десятков моди­фикаций Гелиоклишографа. К последним моделям относятся Гелиоклишог-рафы К-201, К-202 и К-203. В модели К-201 (рис. 6.10 Рис. 6.10. а Гравировальная установка для изготовления форм глубокой печати Рис. 6.10. б  Гравировальная система Гелиоклишограф К-201) считывающий и гравируемый цилиндры жестко соединены друг с другом. Модель К-202 (рис. 6.11 Рис. 6.11. Гравировальная система Гелиоклишограф К-202) представляет собой автомат с раздельно работающими устройст­вами сканирования оригинала и гравирования цилиндров. Гравирующая часть установки может работать совместно с системой НДР цифровой об­работки данных и изготовления форм (рис. 6.12 Рис. 6.12. Система изготовления печатных форм HDP: 1 - дисковые ЗУ; 2 - станция ввода информации; 3 - станция переработки информации; 4 - пробопечатное устройство; 5 - станция вывода информации с устройством долговременной памяти; 6 - гравировальная станция, включая станцию сортировки данных (спуск полос)). Модель К-303 - специа­лизированный автомат для получения печатных форм, используемых для за­печатывания декоративно-упаковочных материалов и форм с повторяющимся рисунком. Данные о гравируемом изображении записываются на магнитных дисках, что позволяет многократно дублировать рисунок по окружности ци­линдра.

Работа автоматов проходит следующим образом. Сканирующая головка, состоящая из источника света, оптической системы и световода, восприни­мает свет, отраженный от закрепленной на вращающемся цилиндре нега­тивной копии оригинала в виде фотоотпечатка. Длина сигнала соот­ветствует элементу окружности цилиндра, а ширина - диафрагме объекти­ва. Изображение делится на отдельные элементы, оптический сигнал от кото­рых попадает на фотодиод, преобразуется в электрический сигнал, а затем в цифровом виде запоминается в запоминающем устройстве ЭВМ. Перед записью сигнал изображения подвергается ряду градационных преоб­разований с учетом соответствующей градационной кривой печатного про­цесса. Когда последний элемент изображения первой линии периметра заносится в память, сканирующая головка перемещается на шаг вдоль оси цилиндра и процесс записи продолжается. Сканирование и последующее гра­вирование происходят по замкнутым круговым линиям.

При перемещении гравирующей головки на половину ширины будущей печатающей ячейки и начале гравирования очередной круговой линии происходит промежуточное запоминание информации об изображении. Конт­роль осуществляет специальный микропроцессор, который получает инфор­мацию о параметрах процесса гравирования из управляющей ЭВМ станции обслуживания в зависимости от вида продукции и особых требований из­дательства или заказчика. Данные об изображении суммируются на магнит­ных дисках.

В процессе гравирования сигналы изображения последовательно вызываются из ячеек памяти, преобразуются в аналоговую форму и передаются по окружности вращающегося формного цилиндра с частотой колебания ал­мазного резца 4000 ячеек<?xml version="1.0"?>
, что и обеспечивает эффект растрирования. В результате образуются четырехугольные ячейки, форма которых способству­ет хорошему переносу краски на запечатываемый материал. Для исключения отклонений в процессе гравирования из-за износа резца в рассматриваемых моделях автоматов предусмотрена электронная коррекция.

Глубина и размер ячеек при гравировании находятся в определенной взаимозависимости: при изменении окружной скорости вращения цилиндра и неизменной частоте гравирования форма и расположение ячеек изменяются. При больших скоростях вращения получается удлиненная, а при малых - сжатая форма ячеек (рис. 6.13 Рис. 6.13. Формирование ячеек: а - нормальная форма; б - вытянутая; в - сжатая); при этом возникает эффект «поворота растра». При изготовлении форм для многокрасочной печати для голубой и пурпурной красок получают ячейки удлиненной или сжатой формы с линиатурой 70 лин/см, для желтой -58 лин/см, для черной - 100 лин/см; для воспроизведения текста используют обычно линиатуру 100 лин/см. При использовании ЭГА в системе Helio Data Processing (НДР) данные об изоб­ражениях поступают непосредственно в Гелиоклишограф К-202 GM от станции выхода информации системы Хромаком, пройдя предварительную обработку в специальной сортировочной станции, где из отдельных страниц монтируется печатная форма (см. рис. 6.12 Рис. 6.12. Система изготовления печатных форм HDP: 1 - дисковые ЗУ; 2 - станция ввода информации; 3 - станция переработки информации; 4 - пробопечатное устройство; 5 - станция вывода информации с устройством долговременной памяти; 6 - гравировальная станция, включая станцию сортировки данных (спуск полос)). Все операции и виды работ задаются в диалоговом режиме с помощью клавиатуры и видеотерминала системного обеспечения. Параметры издания можно вводить заранее. После ввода данных по схеме спуска полос, цвету, линиатуре растра оператор оп­ределяет параметры самого процесса гравирования. Информация о всех ре­жимах работы и градационных характеристиках записывается на дисках. Повторяющиеся задания программируются только один раз. Для различных видов печатной продукции составляются различные пакеты программ, нап­ример, для изготовления журнальных форм, для печатания декоративных и упаковочных материалов и др.

Гелиоклишографы К-201 и К-202 могут быть оснащены дополнительными устройствами формирования шрифтов и специальных знаков, которые можно гравировать в любом месте основного изображения. Запас шрифтов хранится в памяти на магнитных дисках, кегль их можно изменять (одна гар­нитура включает 128 знаков).

При печати с имитацией фактуры древесины или другого материала необходимо изготовление бесстыковых печатных форм. При обычном фотоме­ханическом способе это представляет большие трудности, связанные с исклю­чительно тщательной подгонкой изображения на стыке или с проведением двойного или многократного травления. При электронном гравировании этот вопрос решается следующим образом. Два составных оригинала, создающие непрерывное изображение, монтируют на цилиндре-оригиналодержателе с некоторым смещением. Каждый из них считывается своей оптической го­ловкой (оригиналы должны быть несколько больше половины окружности цилиндра). Через каждые пол-оборота цилиндра попеременно включается электронный импульс от той или другой оптической головки, и это практи­чески исключает разрыв в изображении.

Другой вариант заключается в использовании цифрового вычислитель­ного устройства, которое посылает, замедленный сигнал из памяти машины, и это позволяет гравирующей системе получать изображение на стыке в мо­мент, когда развертывающая система не воспринимает сигнал изобра­жения.

Электронная система автомата обеспечивает многократное размножение оригинала по длине окружности формного цилиндра. Это возможно за счет разности скоростей вращения цилиндра-оригиналодержателя и гравируемого цилиндра или вызова сигналов из памяти запоминающего устройства вычислительной машины. Аналогично можно изменять масштаб изобра­жения в осевом направлении и по окружности за счет изменения величины подачи гравирующей системы по сравнению с развертывающей, и наоборот. В случае необходимости получения зеркального изображения можно осу­ществлять движение развертывающей и гравирующей систем в противопо­ложном направлении. Другое достоинство автомата - возможность дубли­рования печатных форм, что важно при печатании больших тиражей. В этом случае одна развертывающая машина может управлять одновременно несколькими гравирующими. Применение ЭВМ и магнитных дисков позво­ляет производить запись изображения в издательстве, а гравирование - в типографии.

Для электромеханического гравирования необходимы специально подго­товленные оригиналы. С этой целью с монтажа диапозитивов (текстовые, штриховые, тоновые) получают негативную копию на непрозрачном фотог­рафическом материале. В качестве такого материала используется, напри­мер, двухслойная безусадочная фотобумага (подложка - алюминиевая фольга), на которую фотографическим путем экспонируют текст и иллюст­рации. Возможно применение специальной безусадочной пленки, имеющей в качестве подложки непрозрачную пластмассовую фольгу. В некоторых слу­чаях прозрачные негативные изображения монтируют на окрашенной в бе­лый цвет поверхности цилиндра-оригиналодержателя или на белой под­ложке-основе. Считывание производят в отраженном свете. Изготовление диапозитивов аналогично изготовлению фотоформ для пигментного спо­соба с химическим травлением.

Применение ЭВМ, видеотерминальных устройств и магнитных дисков для записи информации с пакетами программ позволяет исключить многие про­межуточные операции.

Целесообразность применения электронно-гравировальных автоматов за­висит от степени эффективности этой технологии в конкретных условиях предприятия. Применение их может быть эффективным лишь в том случае, если эти дорогостоящие машины будут загружены работой на полную мощность и будут выполнять такие заказы, которые при обычном пигмент­ном способе гравирования требуют многократного копирования и травления с целью получения идентичного результата. Электронное гравирование, бес­спорно, экономически более эффективно при изготовлении многокрасочных работ с повторяющимися изображениями, например для печати этикеток и различных упаковок. Надежность и точность воспроизведения изображения при изготовлении форм-дубликатов, возможность регулировки и управ­ления градацией получаемых изображений создают неоспоримые преиму­щества по сравнению с традиционными способами. Кроме того, благодаря высокой скорости гравирования возможно помещение актуальных материа­лов в уже готовую форму, что позволяет в короткий срок и вовремя выпустить периодическую продукцию, сократив простой печатной машины.

Несмотря на широкое применение электронных методов обработки ин­формации, технологический процесс изготовления форм глубокой печати еще включает большое число трудоемких и малопроизводительных операций подготовки, обработки и отделки поверхности формного цилиндра. Перспек­тивным является разработка и внедрение гибких форм, которые в какой-то степени позволили бы решить эту проблему.

Одним из кардинальных решений проблемы комплексной механи­зации и автоматизации формных процессов является применение автоматизированных систем прямого преобразования тексто-иллюстрационной информации в изображение на материале печатной формы (или непос­редственно на запечатываемом материале).

Разработка лазерных методов обработки материалов позволила использо­вать их в полиграфии. Выпускается большое количество лазерных систем для факсимильной передачи изображения, набора, обработки черно-белых и цветных изображений, для электронной верстки, для изготовления форм высокой, глубокой и офсетной печати.

Первоначальное свое применение лазеры нашли в цветоделителях-цвето-корректорах: они оказались наиболее удобными осветителями для электрон­ного растрирования, фокусирования луча и управления им.

Создание мощных лазеров позволило использовать световой луч в качест­ве резца. Электронно-механическое гравирование хотя и позволяет авто­матизировать изготовление печатных форм, но из-за инерционности грави­рующих головок с резцами не дает возможности использовать высокие скорости гравирования формы и высокую разрешающую способность при воспроизведении оригинала. Имеются ограничения и в использовании формного материала. Световой луч-резец, напротив, обладает высоким быстро­действием, практической безынерционностью и обеспечивает высокую разре­шающую способность. Лучом лазера можно обрабатывать различные ма­териалы, легко проводить градационную корректуру при помощи элект­ронно-вычислительных устройств и централизованно управлять изготов­лением форм на больших расстояниях.

Создано большое количество лазеров, отличающихся используемой активной средой, рабочей длиной волны (излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов), мощностью излучения, кон­структивным исполнением и другими параметрами. Обычно лазеры разделяют на газовые, твердотельные, полупроводниковые, жидкостные (рис. 6.14 Рис. 6.14. Классификация лазеров). Для полиграфии наибольший интерес представляют газовые и твердотельные лазеры. Благодаря пространственно-временной когерентности ла­зерное излучение может быть сконцентрировано в виде узких световых пуч­ков диаметром в несколько ангстрем. Это позволяет достигать колоссальной плотности энергии - около <?xml version="1.0"?>
. Так, например, рубиновые лазеры могут развивать мощность в импульсе до десятков мегаватт, а частота вспышек не превышает десятков герц.

В качестве активного вещества в лазерах, работающих в непрерывном режиме излучения, используют в основном различные смеси газов.

На рис. 6.15 Рис. 6.15. Схематическое изображение конструкции СО2-лазера в отпаянном варианте: 1 - полностью отражающее зеркало; 2 - изолятор; 3 - сильфоны; 4 - анод; 5 - газоразрядный канал; 6 - рубашка охлаждения газоразрядного канала; 7 - резервный объем газовой смеси; 8 - жесткая арматура оптического резонатора; 9 - катод; 10 - полупрозрачное зеркало; 11 - канал, соединяющий разрядный объем с резервным приведена схема одного из применяемых в полиграфии газовых лазеров на углекислом газе (<?xml version="1.0"?>
-лазер). Он включает газораз­рядную трубку, образованную тремя соосными стеклянными трубками раз­личных диаметров. Внутренняя трубка ограничивает осевой газоразрядный канал 5, окруженный рубашкой водяного охлаждения 6. Наружная стеклян­ная трубка образует резервный объем 7, соединенный с газоразрядным каналом 11 через отверстие. Газоразрядная трубка заполняется смесью газов, куда входят рабочий газ СО2 и два буферных газа - азот и гелий. Оба этих газа позволяют получить значительно большие уровни мощности и высокий к. п. д. Газоразрядная плазма образуется и поддерживается в газоразрядном канале с помощью источников постоянного тока, подключен­ного к электроду 4. Второй электрод 9 обычно заземляется. Такой лазер генерирует излучение с длиной волны 10,6 нм со сравнительно высоким для лазеров к. п. д. (до 10%) и может развивать мощность до сотен ватт в непрерывном режиме. Резонансная система образуется двумя отражающими поверхностями 1 и 10 и характеризуется тем, что электромагнит­ное поле в них локализуется вдоль оси резонатора с самоограниченным небольшим поперечным сечением. Оптический резонатор компонуется с газо­разрядной трубкой таким образом, чтобы объем, занимаемый электромагнит­ным полем, совпадал с объемом газоразрядной плазмы. Это обеспечивает максимальную эффективность преобразования энергии. Свойства оптическо­го резонатора определяют характеристики лазерного луча: его диаметр, рас­ходимость, направление распространения и стабильность этих параметров. Стабильность параметров лазерного луча определяется также свойствами источника накачки. Ток разряда должен иметь минимальные импульсы и не зависеть от изменения напряжения питающей сети.

Газовые лазеры обеспечивают генерацию в широком диапазоне, начиная с ультрафиолетового до далекой инфракрасной области спектра (примерно от 0,266 до 10,6 мкм).

Применительно к полиграфии газовые лазеры можно разлелить на три группы: газовые ультрафиолетового излучения, видимого диапазона и инф­ракрасные. Из ультрафиолетовых лазеров можно использовать молекуляр­ный лазер на азоте (<?xml version="1.0"?>
мкм), а также ионный кадмиевый лазер (<?xml version="1.0"?>
мкм). В качестве лазеров видимого диапазона применяют ионный аргоновый и атомарный гелий-неоновый. Аргоновый лазер работает в сине-зеленой области спектра. Сочетание коротких длин волн с большими уровня­ми мощности позволяет использовать этот лазер для изготовления пе­чатных форм. Гелий-неоновый лазер наиболее широко используется для работы в красной области спектра. Из инфракрасных лазеров наиболь­шее применение находит молекулярный лазер на <?xml version="1.0"?>
(<?xml version="1.0"?>
- около 10 мкм). <?xml version="1.0"?>
-лазеры различны по конструкции, назначению и характеристикам. При непрерывном излучении они позволяют получать мощность около сотен кило­ватт, а в импульсном режиме - до десятков мегаватт. В полиграфии наи­более удобны в эксплуатации так называемые автономные или отпаян­ные лазеры - более компактные и простые в эксплуатации. Отечественной, промышленностью выпускается большое число лазеров, которые могут быть использованы в полиграфии. Это лазеры марки ЛГИ, ЛГ, ОКГ, ЛТИ и др. Наряду с <?xml version="1.0"?>
-лазером в полиграфии применяют гелий-неоновый, аргоновый лазеры и некоторые другие, в зависимости от вида технологии, формного ма­териала и способа печати.

Твердотельные лазеры отличаются от газовых только характером накачки. В качестве активного вещества в них, например, используется рубин, стек­ло с примесью неодима и иттрий-алюминиевый гранат с примесью неодима. Твёрдое активное вещество возбуждается источником оптического излуче­ния - газонаполненными лампами накачки, например ксеноновыми лампа­ми.

Излучатель твердотельного лазера схематически показан на рис. 6.16 Рис. 6.16. Схема твердотельного лазера с эллиптическим отражателем: 1 - лампа накачки; 2 - рефлектор; 3 - зеркало оптического резонатора; 4 - активный элемент; 5 - элемент управления лазерным излучением. Лампа накачки 1, выполненная в виде тонких цилиндров, и активный эле­мент 4 помещены в замкнутый рефлектор 2 для более эффективного ис­пользования энергии ламп накачки. Лампа накачки и активный эле­мент располагаются в фокусах замкнутого рефлектора, что обеспечивает максимальную концентрацию световой энергии, излучаемой лампой накачки в толщине активного вещества. Для упрощения конструкции в качестве зеркал оптического резонатора используют торцы активного элемента, ко­торые соответствующим образом обрабатывают до требуемого значения коэффициента отражения. Для обеспечения специальных свойств лазерного излучения могут быть установлены внешние зеркала 3 и управляющие элементы 5.

Твердотельные лазеры используются преимущественно в импульсном режиме. Лазеры с иттрий-алюминиевым гранатом способны работать также и в непрерывном режиме.

В системах записи изображения, работающих по принципу последовательного формирования знаков (например, в наборных машиных), целесо­образно применять импульсные лазеры. Для этого необходимо обеспечить частоту повторения импульсов лазера и частоту включения и выклю­чения механизма формирования знаков. При записи полноформатной формы частота повторения импульсов лазерного излучения должна быть не менее 1,5 - 2 МГц, так как при меньшей частоте штрихи на формном материале будут иметь разрывы, искажающие изображение. Импульсные лазеры практически не обеспечивают такой высокой частоты повторения импульсов, поэтому для факсимильной записи изображения целесообраз­нее использовать лазеры, работающие в непрерывном режиме.

Как известно, высокая мощность лазерного луча достаточна для расплав­ления и испарения любых материалов. В сочетании с кратковременностью нагрева, малой площадью воздействия, независимостью нагрева от механи­ческих свойств материала простота управления световой энергией дает широкие возможности применения мощных лазеров для обработки как металлического, так и неметаллического формных материалов. г При воздействии на материал лазерного излучения могут происходить процессы двух типов - тепловые и фотохимические. Для полиграфии пред­ставляют интерес оба эти типа. Развитие тех или иных процессов зависит от интенсивности излучения, природы облучаемого вещества, рабочей длины волны излучения, длительности и частоты повторения импульсов и некоторых других параметров (например, диаметр луча). Воздействие лазерного луча на сильно поглощающие материалы хорошо описывается тепловой моделью. При падении лазерного луча на поверхность он частично отражается и... частично поглощается, нагревая материал.

Процесс обработки формного материала лазерным излучением включает следующие стадии: нагрев материала, плавление, испарение (или возгонка), разрушение материала с выбросом образующихся продуктов, охлаждение. При рассмотрении всего процесса в динамике происходит следующее. Когда плотность возрастает до значений около <?xml version="1.0"?>
, начинается плавление материала. По мере поступления лучистой энергии граница между жидкой и твердой фазами (поверхность расплава) постепенно перемещается в глубь материала (рис. 6.17, а Рис. 6.17. Схема воздействия мощного лазерного излучения на вещество при увеличении плотности световой энергии: а - вещество плавится; б - вещество плавится и интенсивно испаряется; в - образуется плазма, преграждающая доступ излучению к поверхности вещества). При этом площадь поверхности расплава увели­чивается, теплота начинает более интенсивно отводиться в глубинные слои за счет теплопроводности, в результате устанавливается стационарная по­верхность расплава.

При повышении мощности лучистой энергии, падающей на поверхность материала, до <?xml version="1.0"?>
наряду с плавлением будет происходить интенсивное испарение (кипение) материала. Часть вещества перейдет в парообразное состояние, в результате чего на поверхности материала образуется лунка, а затем и отверстие (рис. 6.17, б Рис. 6.17. Схема воздействия мощного лазерного излучения на вещество при увеличении плотности световой энергии: а - вещество плавится; б - вещество плавится и интенсивно испаряется; в - образуется плазма, преграждающая доступ излучению к поверхности вещества).

При повышении плотности, лучистой энергии до <?xml version="1.0"?>
начинается эффективная ионизация светом паров вещества, что ведет к образованию высокотемпературной плазмы. Возникшая плазма начинает преграждать излучению доступ к поверхности материала (рис. 6.17, в Рис. 6.17. Схема воздействия мощного лазерного излучения на вещество при увеличении плотности световой энергии: а - вещество плавится; б - вещество плавится и интенсивно испаряется; в - образуется плазма, преграждающая доступ излучению к поверхности вещества), интенсивно поглощая это излучение. В связи с этим не следует допускать образования плазмы и доводить мощность лазерного излучения до критического значения.

Используя оптическую систему фокусировки, можно сфокусировать ла­зерный луч в световое пятно на поверхности материала диаметром 10 мкм (диаметр точек при линиатуре растра 70 лин/см составляет от 20 до 110 мкм). Это позволяет достичь весьма высокой плотности световой энергии на очень маленьком участке поверхности. Например, выходная мощность непрерывно генерирующего лазера составляет 1 кВт. При фокусировке светового пятна диаметром 100 мкм получим плотность световой энергии (в пределах пятна), равную <?xml version="1.0"?>
. Необходимо при этом принимать во внимание концентрацию энергии во времени. Этой концентрацией можно управлять, изме­няя длительность одиночных световых импульсов (для импульсных лазеров), или частоту следования импульсов в импульсной последовательности, или скорость протяжки материала. Например, плотность световой мощности дос­таточно высока для того, чтобы происходило не только плавление, но и интен­сивное испарение материала. При этом излучение представляет собой одиночные импульсы длительностью около <?xml version="1.0"?>
. В этом случае в ма­териале поглощается большое количество лучистой энергии за очень малое время. Поверхность расплава за это время не успевает переместиться в бо­лее глубокие слои материала и в результате еще до того, как будет рас­плавлена сколь-либо заметная масса вещества, уже начнется интенсивное его испарение. В этих условиях основная часть поглощаемой веществом све­товой энергии будет расходоваться не на плавление, а на испарение.

Большое значение имеют также спектральные характеристики излучения, поскольку от длины волны зависит доля световой энергии, отражаемой поверхностью материала. При этом надо учитывать, что более коротковол­новое, излучение можно сфокусировать в пятно меньшего диаметра.

Таким образом, динамика образования ячеек при взаимодействии сфоку­сированного луча лазера с материалом, а значит, и скорость получения печатающих и пробельных элементов существенно зависят от длительности воздействия, частоты импульсов, плотности энергии, приложенной к поверхности обрабатываемой формы, теплофизических параметров материала, от­ражающей его способности, спектральной характеристики излучения и не­которых других параметров.

Физико-химический механизм воздействия лазерного излучения на мате­риал заключается в следующем. Воздействие лазерного излучения на ме­таллы и неметаллы различно. В металлах кванты излучения поглощаются в основном электронами проводимости, которые отдают воспринятую энергию кристаллической решетке, увеличивая тепловую энергию колебаний атомов решетки. Характерное время релаксации этого процесса - <?xml version="1.0"?>
. Процесс протекает в слое толщиной <?xml version="1.0"?>
см, соответствующей глу­бине проникновения излучения в металл.

В неметаллических материалах механизмы поглощения излучения более разнообразны. Здесь может происходить фотоэмиссия электронов с пос­ледующей передачей им энергии излучения и последующего нагрева, аналогично процессам, происходящим в металле. Может происходить и непосредственное взаимодействие квантов со структурными элементами мате­риалов. В прозрачных материалах существенную роль могут играть различ­ные центры поглощения (пузырьки газов, микротрещины, скопление приме­сей и т. п.).

Повышение температуры материала в результате поглощения лазерного излучения может сопровождаться изменением его оптических и теплофизических свойств, а также фазовыми переходами. В ряде случаев при нагревании могут активизироваться диффузионные процессы в твердом теле и некоторые химические реакции на его поверхности и в при­поверхностных слоях. Дальнейший подвод энергии вызывает разрушение материала, которое, как правило, сопровождается испарением. Возможны и другие механизмы термического разрушения, например, возгонка, растрески­вание хрупких материалов, воспламенение и горение, термическое разложе­ние и т. п.

Если интенсивность излучения невелика и свет поглощают частицы, спо­собные к химическому превращению, проходит фотохимический процесс. Но при этом важно, чтобы время, за которое происходит возможная химическая реакция, было намного меньше времени перехода поглощенной энергии в тепловую. По своему характеру фотохимические реакции, инициирование лазерным излучением могут существенно отличаться от аналогич­ных процессов, происходящих под действием обычных источников излу­чения. В первую очередь это касается скоростей реакций и степени превра­щения исходных реагентов. Наибольший интерес для полиграфической технологии представляет область использования фотохимического действия лазерного излучения как реакции деструкции и фотополимеризации.

При изготовлении печатных форм применяют несколько вариантов лазерного излучения:

  • 1) испарение или возгонка - при изготовлении форм высокой и глубокой печати путем прямого воздействия на формный материал с получением рельефного изображения, минуя стадии фотогра­фирования и копирования;

  • 2) испарение тонких слоев материала при получении полиметаллических офсетных форм;

  • 3) испарение копировального слоя с последующей обработкой форм офсетной высокой печати;

  • 4) фото­химическое воздействие на копировальный слой с полимеризацией или дест­рукцией полимера и изменения его физико-химических свойств, например, за счет изменения адгезионно-когезионных свойств поверхности;

  • 5) осаждение слоев с заданными свойствами на поверхность формного материала.

© Центр дистанционного образования МГУП