自20世紀(jì)80年代以來，處理大型膠片的工業(yè)市場(chǎng)出現(xiàn)了巨大的變化，幾乎完全被激光器和數(shù)字處理所取代。從那時(shí)起，在印刷行業(yè)中，雕刻網(wǎng)版常用的技術(shù)是使用RF激勵(lì)CO2激光器，功率高達(dá)1kW，可以根據(jù)雕刻的圖案來調(diào)整功率（圖1）。
圖1：激光雕刻網(wǎng)版，在被雕刻的地方，印刷的顏色會(huì)從網(wǎng)孔中通過。
網(wǎng)孔被薄的聚合物層所覆蓋，用調(diào)制的激光光束雕刻這一層，在被雕刻的地方將會(huì)打開網(wǎng)孔中的洞。這是一種非常有效的生產(chǎn)印刷版和滾筒的方法，特別是涉及到大批量印刷時(shí)。幾乎所有用于紡織品、地毯、壁紙和紙幣的一些功能的印刷都能使用這種技術(shù)。
對(duì)CO2激光器的直接調(diào)制受限于10kHz左右，主要是由于亞穩(wěn)態(tài)氮，這是激光氣體混合物的一個(gè)主要部分。當(dāng)前在管和罐的印刷中使用的技術(shù)要求有更高的脈沖頻率，大約幾百千赫。這主要是由于更高的分辨率所要求，而不是由于材料的真實(shí)3D結(jié)構(gòu)所要求。雕刻網(wǎng)孔基本上是一個(gè)2D過程，而雕刻印刷版和聚合物或橡膠滾筒是一個(gè)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D雕刻過程。每個(gè)直接雕刻的結(jié)構(gòu)都需要堅(jiān)實(shí)的底座以在印刷過程中保持穩(wěn)定，它們可能在頂部有著復(fù)雜的幾何形狀，例如一個(gè)輪廓清晰的圖案和用來補(bǔ)償網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大的咬邊。
未來，高防偽印刷（紙幣、安全文件、護(hù)照等，如圖2）將需要至少500kHz或更高的頻率，同時(shí)業(yè)界現(xiàn)在想在包裝設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)照相效果般的印刷，這也需要類似的性能。
圖2：用激光雕刻印刷紙幣用的滾筒
相比直接調(diào)制RF激光的放電，聲光調(diào)制器（AOMs）可以用調(diào)制頻率快得多的方法來控制激光光束。但是聲光調(diào)制器由于在鍺晶體的吸收及其損傷閾值而受到限制。為了獲得最好的輸出結(jié)果，必須精心設(shè)計(jì)聲光調(diào)制器、激光源和光束路徑。
對(duì)所有先進(jìn)的激光器進(jìn)行測(cè)試，特別是它們的脈沖行為、功率穩(wěn)定性、指向穩(wěn)定性和模式。上升和下降時(shí)間決定脈沖行為，因此也決定著雕刻速度?；旌蠚怏w中的氮會(huì)降低脈沖頻率至10kHz左右。這對(duì)于過去的很多應(yīng)用已經(jīng)足夠，但對(duì)于未來的需求來說是不夠的。典型的激光功率和時(shí)間關(guān)系圖顯示出±5~10%的偏差值。
這絕對(duì)不適合控制3D雕刻材料。被測(cè)試的各種激光器的激光指向穩(wěn)定性出奇的好，這對(duì)于聲光調(diào)制器的使用（對(duì)入射角非常敏感）將起著直接的影響。
在接近聲光調(diào)制器的功率極限時(shí)，鍺晶體對(duì)不良的激光場(chǎng)模式非常敏感。熱點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致出射光束變形并很容易破壞晶現(xiàn)出不良的激光模式。通常情況下，輸出耦合器和聲光調(diào)制器之間的距離應(yīng)該在2m左右或更多，這樣會(huì)有更好的激光場(chǎng)模式（圖3）。
圖3：全功率的CO2 激光器分別在1m的距離（a）和6m（b）的距離，左邊是2D圖，右邊是3D圖。
有時(shí)這難以實(shí)現(xiàn)，尤其是在緊湊型的雕刻設(shè)備中。
新的CO2激光器項(xiàng)目
明智的選擇是在經(jīng)典的折疊CO2激光器的諧振腔結(jié)構(gòu)中使用現(xiàn)代的材料（像碳纖維），這樣能實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定的諧振腔和接近完美的光束模式。碳纖維管的熱膨脹系數(shù)非常?。ㄐ∮?μm每米和開爾文），尤其是設(shè)計(jì)得很好時(shí)，例如用加強(qiáng)有限元計(jì)算方法（FEM）來優(yōu)化熱力學(xué)行為的設(shè)計(jì)。
光束路徑優(yōu)化。定制的碳纖維光學(xué)元件用于實(shí)現(xiàn)激光諧振腔的高精度，以及設(shè)置聲光調(diào)制器和紅外（IR）照相機(jī)（PyroCams）的光束路徑，這樣能在線可視化光束模式。在聲光調(diào)制器的前面和后面放置的兩個(gè)PyroCams紅外照相機(jī)（圖4）能精確地測(cè)量鍺晶體的影響（特別是變形）。
圖4：碳纖維CO2 激光器，在聲光調(diào)制器的前面（藍(lán)色）和后面（黃色）有兩個(gè)紅外照相機(jī)。
六軸。鍺晶體聲光調(diào)制器能提供較好的性能，能達(dá)到甚至超過600W CO2激光器的功率，前提是激光光束模式接近高斯形狀。如果功率太高，尤其是如果在晶體表面出現(xiàn)熱點(diǎn)，就會(huì)很容易損壞。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
