了解激光雕刻陶瓷网纹辊的作用与生产过程

发布时间：2017-12-13  浏览次数：13297

网纹辊虽然只是柔印机的一个部件,但其对图案的设计生成却有很大影响。纸箱印刷并不是只生产一个纸箱,而是要生产成千上万个客户期望完全一样的纸箱。尽管设计人员已经把纸板柔印提高到了以前难以想象的境界,但如果没有足够的网纹辊的相关知识,要兼顾一致性和高效性来提高图像印刷质量几乎是不可能的。网纹辊的最初概念很简单:表面雕刻了杯状网孔的钢滚筒,用来把一定量的油墨传递给印版。然而,如果不了解网纹辊外围技术的提高,在印刷应用中也很难做出正确的选择。三十年前,网纹辊的唯一选择是机械雕刻的辊体,它们是通过压花模具在辊体表面滚压出一定形状的网孔来实现的。压花完成后,惯例是在其表面再镀一层硬铬。这样的网孔形状一般有四棱锥型和四棱台型。

机械雕刻网纹辊磨损很快,尽管表面电镀了硬铬层。磨损会使墨量很快下降。另外,无法生产更精细的压花模具也造成了网孔线数上的一个限制。大部分机械雕刻网纹辊的线数无法超过500线。在今天应用了反向刮刀和密封式双刮刀的高效印刷车间,机械雕刻网纹辊实际上是无法应用的。另外,镀铬辊的典型硬度范围为HV850-950,而激光雕刻陶瓷网纹辊的硬度范围为HV1100-1350。对于设计者来讲,很重要的一点是要理解不同的等离子雕刻类型会明显地影响网纹辊的释墨性能。这就意味着,来自不同厂家的辊体虽然线数、载墨量都一样,但实际使用效果却不尽相同。油墨释放率不同导致不同的印刷密度。另外,网纹辊理论容积和实际转移容积是两个完全不同的概念。陶瓷层的孔隙率对油墨的释放有很大影响。不同的孔隙率造成不同的印刷密度。陶瓷层硬度决定辊体寿命和印刷密度的稳定性。容积、孔隙率、硬度、激光雕刻和陶瓷喷涂的结合控制等等,每一个因素都影响到一个网纹辊的最终性能。简单一句话:网纹辊不是日用品。解剖陶瓷网纹辊首先，选择基体最初的网纹辊基体是由无缝钢管制造的。尽管很耐用,但这些辊体很重,而且不正确的维护还会造成腐蚀问题。为对付腐蚀问题,薄壁不锈钢基体引入市场。重量轻了,这些辊体却更昂贵。然而却有耐腐蚀的好处。

新的技术提升是碳纤维辊体。表面看起来，碳纤维辊体和传统的钢辊体没什么不同,轴头也很相似。然而，碳纤维结构的辊体比相同规格的钢辊体重量要轻40-60%。另外,它的好处就是更硬和更稳定。表面喷涂同样耐用的陶瓷涂层,雕刻模式和传统激光雕刻网纹辊相同。碳纤维辊体的结构首先是一个高强度轻重量的管子。涂布有高性能树脂的高强度碳纤维细绳缠绕在芯轴表面,形成管体。考虑管体长度的影响，碳纤维绳的强度、缠绕的角度、管壁的厚度等参数要根据客户的规格来制定。缠绕之后,在高温下凝固。从而产生一个刚性、轻的复合管体。轴头是下一步选择。可使用各种材料,包括碳纤维、碳钢、不锈钢、铝等。通过高强度环氧树脂把轴头压焊到管体端,实现复合连接结构。这种方法要把轴头完全装入复合管壁内。

产生陶瓷层网纹辊表面的硬陶瓷层是由等离子枪产生的。名称来源于产生陶瓷层的气体等离子体或梨子化气体。喷嘴由阳极和阴极组成,两极接高压电,产生电弧。工作气体流过高压电弧并被离子化，产生的能量使气体在高压下膨胀。高压气体逃逸到喷嘴口处,形成一束热膨胀等离子高速焰流。氧化铬涂层粉被喷射进喷枪并穿过电弧。等离子焰心的温度接近30000℃,氧化铬粉末穿过焰心被熔化,并沉积到喷枪前旋转的辊体表面。涂层厚度由辊体旋转速度和喷枪移动速度决定。该陶瓷层为网纹辊提供耐腐蚀性和耐磨性. 涂层成分及粉末颗粒度影响涂层的耐磨性，选择颗粒度细小且内部结合强度高的陶瓷颗粒有利于提高涂层的耐磨性能当然,辊体还要进行激光雕刻。这就意味着该陶瓷层要能够承受激光雕刻过程而又要保持它的特性和表面的完整性。涂层和辊体表面间的结合强度必须超过5000psi,该值保证它在最苛刻的使用环境下仍不至脱落。

孔隙率的重要性设计者必须理解涂层孔隙率这个概念。孔隙率越低,涂层将越平滑,越适合更精细的雕刻。高质量的涂层必须具有低的孔隙率, 适当的表面张力使其具有一定的斥水性(适当的释放系数)。这将使网孔更容易清洗,且增强对各种清洗溶剂的抗性。

选择雕刻参数每种雕刻都由三部分组成:角度、线数、深度(或体积)。这三个参数的组合结果几乎是无限的,设计者的选择要看希望得到的图案效果。雕刻类型也依赖于所用激光器的类型。基本的雕刻类型是由CO2激光器产生的,更复杂的雕刻是由YAG激光器产生的。激光雕刻网纹辊行业里的领导者也为他们的雕刻提供各种终端技术。每个设计对于最终产品都有不同的效果。激光雕刻过程许多人对于激光技术的应用都很熟悉了，特别是在医学领域.然而,最近几十年，激光的应用范围已经扩展到了焊接、自动化、钻孔、蚀刻、印刷等许多领域。使用最普通的激光器类型是CO2激光器,它是利用CO2分子与He、N的结合而产生脉冲能量。每个脉冲能量在辊体表面的陶瓷层上留下烧蚀痕迹。随着CO2激光器性能的提高及脉冲频率的增加,制造商可以更快的速度更稳定地生产网纹辊。最近几年,YAG激光器被印入网纹辊行业。它不是以气体产生激光能量,而是以YAG陶瓷晶体(钇铝石榴石)来产生激光能量.因此,被称为固体激光器。两者间主要的不同是激光脉冲形状和波长。由于CO2激光器的运行特性,它会产生所谓的“长衰减”。这会导致转动方向的网墙高度的降低,从而造成不必要的网孔间的通沟。有时,这会造成很差的印刷效果。CO2激光还有一个低的上升时间,这会造成网墙上更多的重铸物,从而产生刮刀磨损及各种印刷质量问题。相应地,固体激光器产生的激光脉冲具有非常陡直的上升时间和短的衰减,可产生网墙清晰、结构对称的干净网孔。

波长CO2激光波长为10.6μm,以不可见光的形式产生能量。固体激光器产生的激光波长为1.06μm。激光波长与可以聚焦到的最小可能光斑的数学关系决定了CO2雕刻高线数的极限。CO2激光雕刻的最高线数为1000lpi,超过这个线数,雕刻质量急剧恶化。使用固体激光可以轻易使线数达到1500lpi。固体激光也可提供好的耦合,这跟激光和陶瓷材料间的相互作用有关。当激光束打击到陶瓷材料时,一部分能量被反射,剩下的能量被材料吸收。激光到达网纹辊表面的Cr2O3时，产生两个过程:陶瓷层的熔化和汽化。汽化的越完全，陶瓷层的质量越好。然而，通常要有一部分涂层熔化而不汽化，这就会产生所谓的重铸现象。固体激光可以使重铸保持在一个最少量状态而提供最大量的汽化。结果是得到一个更光滑的高质量的雕刻效果，可以降低刮刀磨损。另外,更陡直的网墙产生更大的网孔容积。另外一个好处是，激光束在陶瓷表面的聚焦能力。该过程就象显微镜、照相机的调焦，要在整个辊面获得一致的雕刻效果，就要求焦距不变。相对于CO2激光，固体激光对焦距变化不那么敏感，所以由辊体的锥度和跳动引起的雕刻效果变化较小。实际上加工没有任何锥度和跳动的辊体是不可能的。使用CO2激光器，可能会使辊体两端的雕刻效果不同。标准雕刻模式激光雕刻陶瓷网纹辊的网线最初雕刻角度为45°,部分原因是由于它是机械雕刻网纹辊的典型雕刻角度。另外，客户对45°雕刻辊体的性能比较熟悉。随着工业发展，更多的雕刻角度被介绍给网纹辊用户。主要有30°和60°,这两种雕刻相对于45°模式,在相等的面积内雕刻的网孔数量增加了15%。这样就使油墨分散的更均匀,印刷质量更好。对于要求涂布更高黏度的电子或UV干燥墨,推荐使用网孔间有轻微通沟的30°雕刻模式。60°雕刻已经成为今天最流行的雕刻模式,主要因为网孔排列紧凑,另外这种雕刻非常适合于今天的刮墨刀技术,与各种类型的刮墨刀配合都好,磨合期短。设计者选用这种雕刻角度将会得到满意的印刷效果。先进的雕刻技术技术的发展已经产生了更先进的网线雕刻模式。例如螺旋线和三螺旋线网墙雕刻。尽管这种雕刻模式仍然使用传统的激光技术，但它以独特的网孔结构区别于标准雕刻模式。网孔之间连续的突起网墙支撑刮墨刀，让雕刻出的平滑表面可提供更大的容墨空间。经过两年的发展，这种雕刻设计比传统雕刻目前可以更大的油墨转移量。针孔问题也因其超强的释墨能力而得到了消除。另外，由于网孔间特殊的连通结构而更易清洗。传统雕刻模式很容易把油墨、黏胶、光油等沉积在网孔低部。另一种新的雕刻设计是90°螺旋线，即沿辊体圆周方向的雕刻凹槽（没有单独的网孔）。脊状网墙支撑刮墨刀。这种雕刻提供更高的印刷密度、改善油墨转移、易清洗、更大的涂布量。不管是用CO2还是用YAG激光雕刻，没有网孔的平滑辊体表面改善刮墨刀的刮墨作用。这中平滑表面还能减少刮刀振动，提高印刷质量。