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如何实现高载墨量网纹辊网穴雕?

发布时间:2024-05-09 21:49
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站在印刷企业的角度,为了理解高载墨量网纹辊给我们带来的好处,我们必须从流体力学的角度,理解现在的高载墨量网纹辊雕刻(Contemporary High Volume Anilox, CHVA)是如何工作的。

Joe Trungale在1997年出版的《网纹辊》一书中指出,激光雕刻陶瓷辊的早期实验性工作发生在70年代末。近五十年来,尽管技术进步很快,但是使用激光雕刻陶瓷网纹辊的方法几乎没有变化,Joe Trungale的学术著作中叙述的基本原理在今天仍在继续应用。

网纹辊激光雕刻,就是将聚焦的激光束同步脉冲至旋转的辊面附近,其中在旋转的辊面上静止聚焦激光束焦点的技术,很早以前已经非常成熟。围绕网纹辊圆周的激光脉冲数量,以及激光脉冲沿着辊的步进距离,决定了网纹辊的线数。网纹辊网穴从一列到另一列的相对位置,决定了网纹辊的网穴角度,比如30°、45°、60°等。

 

1、网穴结构

40多年来,陶瓷网纹辊都是采用传统的激光雕刻技术;即运用可变能量的激光束脉冲将其聚焦于一点,使网穴曲面结构形成漂亮的几何形状。然而,我们常见的蜂窝型或四边型网穴结构其实是一种天缘巧合,这是熔融的陶瓷在网纹辊面固化时自然行成的一种形状。

由于网纹辊网穴是由圆形激光束形成的,传统的网穴底部形状趋向于尖角形。根据流体力学的知识,形状将会影响液体的流动,这意味着与平滑的网穴底部相比,液体更难从尖锐底部的网穴中转移出来。

网穴结构应该被认为有两个部分,一部分在基辊表面上方,另一部分在基辊表面下方。陶瓷网纹辊在雕刻后直径会变大,原因是陶瓷熔融后会重新固化于基辊表面。基辊表面上方的网穴形状,是由熔融后重新固化陶瓷形成的;也就是说,在雕刻后基辊半径的增加量,就是网纹辊表面上方网穴结构的测量深度。

网穴结构在基辊表面下方的形状在很大程度上由激光束本身的形状所控制,用于传统网纹辊雕刻的激光束是圆形的,其能量分布为高斯分布。高载墨量网纹辊使用的雕刻方法,就是动态地改变进入网穴的激光功率和激光束位置,以改变网穴的形状或轮廓。

 

2、网穴形状

回顾一下我们学生时代学习的关于不同形状的体积计算,在一个长宽高均为1m的立方体空间内,立方体、圆锥体和金字塔形三种形状,其体积分别为1m3、0.26m3、0.33m3,把立方体看作该空间的大理论体积(Maximum Theoretical Volume,MTV),立方体有100% MTV、圆锥体有26% MTV、金字塔形有33% MTV。

三种形状MTV的差异可以看出,网穴形状很重要,可见网穴底部越平坦,网穴的体积就越大,也就是载墨量越大。换一个角度来考虑这个问题,不同的网穴形状需要达到同样的载墨量时,以立方体作为参考,假设其深度为100%,金字塔需要三倍深度,圆锥体则需要的深度为四倍。

请不要误解,我并不是说立方体网穴结构是最好的;而是,底部越平坦的网穴结构,其体积就越接近MTV,也就是说相同载墨量情况下,网穴可具有较浅的深度;较浅的深度也将有助于网穴更容易释放液体,这就是我认为的良性循环。

网穴的哪个部分载墨量最大?这或许是个听起来很奇怪的问题。然而,一个网穴就像一个试管,用横截面自上而下逐层去比较,答案是顶部或上层比底部有更多的可用载墨量。

如果液体不能从网穴底部释放,则网穴底部的载墨量是被浪费的。在机械雕刻的金字塔或四边形网穴中,网穴顶部的有效载墨量比底部的有效载墨量大得多。传统激光雕刻的网纹辊网穴同样如此,离顶部越近,有效载墨量就越大。

 

3、双轨雕刻技术

机械雕刻需要使用雕刻针在金属中挖出网穴。也就是说,一定程度的平面度可以使雕刻针获得更大的载墨量。传统网纹辊雕刻使用的激光,也像一个针一样,形成了现在的网穴形状。

前文解释了如何控制网纹辊线数、角度和网穴几何形状。它并没有解释不同网穴载墨量是如何被控制的。从物理角度来看,增加激光束照射伴随激光束散焦,是增加载墨量的主要方法;增加激光束照射有两种形式,一种是增加激光脉冲时间,另一种是用多个激光脉冲照射同一个网穴。

伴随着激光束散焦时加大功率,可以增加网穴载墨量,听起来是个好主意,但这一过程的改善有限。每次激光散焦时,网纹辊表面上的能量密度都会降低,并降低了网纹辊的实际雕刻线数,这种增加载墨量方法不太实际。实际上,使用激光照射和激光聚焦作为控制网穴载墨量的单轨技术进行雕刻时,能量密度上限是固定的。

高载墨量网纹辊采用使用双轨(Twin Track)技术进行雕刻,不再需要为了期望的网穴结构而对激光束进行散焦。而是以两种方式对激光束进行控制:一个是通过控制激光束的功率,另一个是控制激光束在每个网穴内的位置,聚焦的激光束可以到达网穴内的所有点,并且可以控制网穴中每个点的照射功率。这意味着能量密度上限不再是一个问题,因为双轨技术是在接近强聚焦点的情况下进行雕刻。对于雕刻机操作人员来说,不断改变激光束聚焦位置是一项非常耗时的工作,需要丰富的操作经验才行,而在强聚焦点进行雕刻,则容易得多。

 

4、网穴下部结构

传统雕刻技术的六边形和四边形网穴是通过陶瓷的熔融和固化形成的。就是说网纹辊上的孔是激光束的形状,它是圆形的,如图3所示为双轨雕刻技术和传统雕刻浅网穴的对比,左下图为传统雕刻四边形网穴,图3右下为传统雕刻六边形网穴;使用双轨雕刻技术,四边形网穴在辊面上形成如图3左上所示的网穴,六边形网穴在辊面上形成如图3右上所示的网穴。

与传统激光雕刻技术相比,使用双轨技术雕刻的网纹辊印刷会发现如下明显的差异:

浅而平的网穴在相同深度下,可以获得更高的墨量;

浅而平的网穴油墨转移性能更好,可以释放出网穴中更多的油墨,在更高印刷速度下可以实现更高的印刷密度;

浅而平的网穴不易堵塞,可以较长时间印刷无需清洗;

浅而平的网穴更容易清洁,清洗花费的时间和精力更少。

 

5、高载墨量网纹辊

双轨雕刻技术使激光束形状和网穴形状之间不会产生必然的联系。其动态地改变雕刻整个网穴的激光功率和激光束位置,以改变网穴的形状和轮廓,这是受能量密度上限限制的传统雕刻技术无法实现的。

当聚焦的激光束在网纹辊网穴周围移动时,激光功率是变化的,从而使网穴底部更平坦。由于可以用较浅的网穴深度获得期望的载墨量,所以陶瓷涂层的厚度不必那么大。

使用双轨雕刻技术,这有助于雕刻更平、更宽的网穴底部,较浅的深度提供更高的载墨量和更好的油墨释放特性。也易于获得所需的网穴载墨量,也意味着网墙更易被抛光,因此也降低了刮刀的磨损。

如图4所示100Lpi网纹辊双轨雕刻与传统激光雕刻的对比,上面一行图片A、B、C、D为双轨雕刻的网纹辊网穴,下面一行图片E、F、G、H为传统激光雕刻的网穴。双轨雕刻网穴在原始雕刻深度68μm时,BCM为22.98,传统激光雕刻的同深度网穴BCM为15.48;同样抛光至50μm深度,以模拟网纹辊使用磨损后的状况,此时双轨雕刻网穴的载墨量为14BCM,下降40%,对比的标准网穴为8.3BCM,下降46%。

如图5所示,代表网穴底部深度的红色深浅一致,各种形状的网穴都表现出特征性的平坦性,这是采用双轨雕刻技术的高载墨量网纹辊典型标志。不同形状的网穴是现在印刷和涂布行业的需求,双轨雕刻技术增加了激光雕刻机可以生产的雕刻范围,为印刷、涂布行业打开了新的市场机遇。

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