自20世紀(jì)80年代以來,處理大型膠片的工業(yè)市場出現(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CO2激光器,功率高達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。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3D結(jié)構(gòu)所要求。雕刻網(wǎng)孔基本上是一個2D過程,而雕刻印刷版和聚合物或橡膠滾筒是一個具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D雕刻過程。每個直接雕刻的結(jié)構(gòu)都需要堅實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,例如一個輪廓清晰的圖案和用來補償網(wǎng)點擴大的咬邊。
未來,高防偽印刷(紙幣、安全文件、護照等,如圖2)將需要至少500kHz或更高的頻率,同時業(yè)界現(xiàn)在想在包裝設(shè)計中實現(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)計聲光調(diào)制器、激光源和光束路徑。
對所有先進的激光器進行測試,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。上升和下降時間決定脈沖行為,因此也決定著雕刻速度。混合氣體中的氮會降低脈沖頻率至10kHz左右。這對于過去的很多應(yīng)用已經(jīng)足夠,但對于未來的需求來說是不夠的。典型的激光功率和時間關(guān)系圖顯示出±5~10%的偏差值。
這絕對不適合控制3D雕刻材料。被測試的各種激光器的激光指向穩(wěn)定性出奇的好,這對于聲光調(diào)制器的使用(對入射角非常敏感)將起著直接的影響。
在接近聲光調(diào)制器的功率極限時,鍺晶體對不良的激光場模式非常敏感。熱點會導(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,這樣會有更好的激光場模式(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。
有時這難以實現(xiàn),尤其是在緊湊型的雕刻設(shè)備中。