显微激光在印刷和浮雕中的应用

自20世纪80年代以来，处理大型电影的工业市场发生了巨大的变化，几乎完全被激光和数字处理所取代。从那时起，在印刷行业中，雕刻屏幕的常用技术是使用功率高达1 kW的RF激发CO2激光器，可根据雕刻图案进行调整（图。 1）。图1：激光雕刻屏幕，其中打印的颜色通过网格。网状物由薄的聚合物层覆盖，该聚合物层上刻有调制的激光束，该激光束将在网格中打开其中雕刻的孔。这是生产印版和印版的非常有效的方法，特别是在大批量印刷时。几乎所有用于纺织品，地毯，壁纸和纸币的印刷都可以使用这种技术。 CO2激光器的直接调制限制在10kHz左右，主要是由于亚稳态氮，它是激光气体混合物的主要部分。用于管和罐的印刷的当前技术需要更高的脉冲频率，大约几百千赫兹。这主要是由于更高的分辨率要求，而不是由于材料的真实3D结构。雕刻网格基本上是2D工艺，而雕刻印刷版和聚合物或橡胶圆柱体是具有复杂结构的3D雕刻工艺。每个直接雕刻的结构都需要坚固的底座以在印刷过程中保持稳定，并且它们在顶部可能具有复杂的几何形状，例如明确定义的图案和底切以补偿网点增益。将来，高安全性印刷（纸币，安全文件，护照等，如图2所示）将需要至少500 kHz或更高的频率，业界现在希望在包装设计中实现类似照片的印刷，这需要类似的性能。图2：用于打印钞票的激光雕刻与直接调制RF激光放电相比，声光调制器（AOM）可以以更快的调制频率控制激光束。然而，由于锗晶体的吸收及其损伤阈值，声光调制器受到限制。为了获得最佳输出，必须仔细设计声光调制器，激光源和光束路径。测试所有先进的激光器，尤其是它们的脉冲特性，功率稳定性，指向稳定性和模式。上升和下降时间决定了脉冲行为，从而决定了雕刻速度。混合气体中的氮气将脉冲频率降低到大约10kHz。这对于过去的许多应用程序来说已经足够了，但还不足以满足未来的需求。典型的激光功率与时间的关系曲线显示±5-10％的偏差。这绝对不适合控制3D雕刻材料。所测试的各种激光器的激光指向稳定性令人惊讶地好，这将直接影响声光调制器的使用（对入射角非常敏感）。在声光调制器的功率极限附近，锗晶体对不良激光场模式非常敏感。热点可能导致出射光束扭曲，并且很容易破坏发生不良的激光模式。通常，输出耦合器和声光调制器之间的距离应约为2米或更大，这样可以获得更好的激光场模式（图3）。图3：全功率CO2激光器距离为1 m（a）和6 m（b），左侧为2D图像，右侧为3D图像。有时这很难实现，特别是在紧凑的雕刻设备中。新的CO2激光项目明智地在经典折叠式CO2激光器的腔体结构中使用现代材料（如碳纤维），这样可以实现高度稳定的腔体和近乎完美的光束模式。碳纤维管的热膨胀系数非常小（小于1亩，米/米和开尔文），特别是在设计良好时，例如通过增强的有限元计算（FEM）来优化热力学行为的设计。光束路径优化。定制碳纤维光学器件用于在激光腔中实现高精度，并设置声光调制器和红外（IR）相机（PyroCams）的光束路径，以便可以在线显示光束模式。两台PyroCams红外摄像机（图。 4）放置在声光调制器前后，准确测量效果（特别是变形锗晶体。图4：碳纤维CO2激光器，在声光调制器的前面（蓝色）和后面（黄色）有两个红外摄像头。六轴。锗晶体声光调制器提供更好的性能，并且可以达到或超过600 WCO2激光器的功率，前提是激光束图案接近高斯形状。如果功率太高，特别是如果晶体表面有热点，则很容易损坏。