Лазеры в системах записи на цифровых фотополимерах

Лазерная техника находит все более широкое применение в системах изготовления флексографских форм. Известные и новые типы лазеров, в том числе волоконные, рассмотрены в статье ведущего специалиста в области лазерного экспонирования форм

Флексографский мир окончательно принял цифровую технологию изготовления флексоформ как необходимую составляющую процесса печати высококачественной продукции. Об этом свидетельствует и многообразие представленных ныне на рынке лазерных систем записи на маскированных (цифровых) фотополимерах, и широкое распространение технологии Computer-to-Plate на флексографских производствах. Разнообразие представленных в мае 2000 г. на выставке DRUPA 2000 лазерных систем вызывает немало вопросов у потенциальных пользователей, ведь системы имеют не только разные характеристики, но и различное устройство, программное обеспечение и т. д. Одним из вопросов, возникающих при выборе лазерной системы записи, является различие в применяемых лазерных источниках. Действительно, лазер выступает наиболее важным компонентом любого аппарата, поэтому ему и уделяется такое большое внимание.

Попытаемся проанализировать виды лазерных источников, которые используются в современных системах Computer-to-Plate для флексографии. Основными из них являются:

• Nd:YAG-лазеры с ламповой накачкой, =1,064 мкм;
• Nd:YAG-лазеры с полупроводниковой (диодной) накачкой, =1,064 мкм;
• волоконные лазеры (Faser) с полупроводниковой (диодной) накачкой, =1,112 мкм;
• лазерные диоды, =830 нм.

Наиболее важные характеристики этих лазерных источников представлены в таблице, а их схематические изображения на рис. 1-5.

Исторически твердотельные Nd:YAG лазеры с ламповой накачкой (пример на рис.1) были одними из первых, примененных в промышленности, и сегодня наряду с CO₂-лазерами они являются наиболее распространенными для задач лазерной гравировки^*. Поэтому первые лазерные системы CDI, предложенные компанией Barco в середине 90-х гг. для записи изображений на маскированных (или цифровых) фотополимерах, используют лазеры с ламповой накачкой. Это проверенное надежное решение, ведь компоненты таких лазеров отрабатывались в течение нескольких десятилетий, и сегодня их производством занимаются сотни компаний во всем мире. Достигнутые характеристики, в первую очередь такие важные для систем записи, как мощность и качество излучения, позволяют успешно использовать эти лазеры для цифровой флексографии.

Однако «ламповым» лазерам присущ ряд недостатков, вынуждающих в некоторых случаях искать им замену. Лазеры с ламповой накачкой имеют невысокий коэффициент полезного действия, например, при необходимых для систем записи характеристиках мощности и качества излучения он не превышает 3%. Именно это приводит к тому, что они имеют высокое энергопотребление, а также необходимость во внешнем водяном охлаждении и периодической смене лампы накачки. Лампа в таких лазерах подлежит смене не реже чем раз в 500–1000 ч. Тем не менее, сегодня эти лазеры — чемпионы по применимости в системах записи для цифровой флексографии, они используются во всех системах CDI и CDI Compact компании Barco, а также в большинстве систем LaserGraver фирмы «Альфа» и аппаратах фирмы Schepers/Ohio.

Логика развития и совершенствования лазерной техники такова, что в 90-е гг. в промышленности получили широкое распространение лазеры с так называемой полупроводниковой (или диодной) накачкой, включая и Nd:YAG-лазеры. Один из вариантов оптической схемы таких лазеров представлен на рис. 2. Главное отличие этих лазеров от «ламповых» в том, что для оптической накачки используются мощные лазерные диоды, которые излучают свет именно той длины волны (808 нм), которая и нужна для генерации лазерного излучения кристаллом Nd:YAG-лазера.

Таким образом, в лазерах с полупроводниковой накачкой практически вся мощность оптической накачки «работает» для создания нужного излучения, в то время как в «ламповых» лазерах большая часть энергии преобразуется в тепло, которое отводится системой охлаждения. Очевидно, что КПД лазеров с полупроводниковой накачкой существенно (на порядок!) превосходит КПД «ламповых» лазеров и делает их более экономичными, удобными в эксплуатации. Система охлаждения — воздушная и обычно интегрирована в единую систему лазера. Такие лазеры не требует столь частого, как у «ламповых», профилактического обслуживания и смены компонентов, производители лазеров заявляют 5000–8000 ч непрерывной работы. Сегодня в западных странах для приложений, требующих мощности до 100 Вт, чаще всего используют именно лазеры с полупроводниковой накачкой. Очевидно, эта тенденция характерна и для систем записи в цифровой технологии флексографии — на базе таких лазеров построены: система CDI Spark компании Barco, Kosmos 3000 компании Cartomac, некоторые модели LaserGraver фирмы «Альфа».

Важно отметить, что в лазерах с полупроводниковой накачкой можно достигнуть высокой мощности излучения при неизменно высоких характеристиках качества самого лазерного пучка. Это делает такие лазеры незаменимыми для построения двухлучевых оптических систем записи, используемых для повышения производительности. Действительно, мощный пучок можно «расщепить» на два раздельно управляемых пучка, которые могут гравировать материал параллельно. Такой подход очень надежен, так как не приводит со временем к появлению нежелательного полошения на растровом изображении, характерного для систем, где используются два раздельных лазера. Дело в том, что с течением времени в лазерах может происходить «слабое отклонение» лазерного пучка, которое выражается в небольшом, в несколько микрон, смещении пятна записи на материале в произвольном направлении. Когда два луча получают расщеплением единого пучка, это смещение для обоих пятен записи происходит синхронно и не приводит к проблемам. Если же применены два лазера, возможно «неудачное» рассогласование пятен, которое и приведет к появлению полос на изображении. Этот эффект можно устранить только повторной калибровкой, которая может быть выполнена лишь специально обученным персоналом.