Niniejszy artykuł powięcony jest współczesnym laserom ultrafioletowym (UV) i wykorzystaniu ich do cyfrowego bezporedniego nawietlania offsetowych form drukowych na podłożu aluminiowym.
Rozwój CtP odbywa się etapami wyznaczanymi pojawianiem się nowych laserów. Często w tych samych rozwišzaniach mechanicznych i op-tycznych instalowano kolejno lasery czerwone, zielone, a ostatnio fioletowe. Każdej takiej zamianie towarzyszyło żmudne opracowywanie nowych emulsji. Obecnie płyty dla CtP nadal sš prawie dwukrotnie droższe od tradycyjnych, wrażliwych na promieniowanie UV. Tak w dużym uproszczeniu wyglšda sytuacja na rynku CtP dla drukarń komercyjnych. Tymczasem offsetowy rynek gazetowy ma już gotowe rozwišzania z laserami UV.
Od niedawna na rynku obecne sš urzšdzenia amerykańskich firm Perkin-Elmer Optoelectronics oraz alfaQuest Technologies o nazwach ProForm Metro i FasTRAK CtP/C. O ile instalacji pierwszego jest niewiele, to drugie więci prawdziwe triumfy. Europejska premiera FasTRAKa CtP/C odbyła się w Barcelonie na targach Ifra w 2002 roku. Kilka miesięcy póniej Seybold poinformował o szybko postępujšcych kolejnych instalacjach w drukarniach gazetowych w USA (obecnie jest ich już 20). W Lipsku na targach Ifra 2003 można było zobaczyć urzšdzenie w działaniu i na pamištkę otrzymać płytę nawietlonš za pomocš lasera UV i wywołanš w konwencjonalnym procesie chemicznym. I choć nasze media tego nie odnotowały, jest to niewštpliwy sukces i nadzieja na cyfrowe nawietlanie płyt tradycyjnych wydaje się być urzeczywistniona.
Być może na entuzjazm zbyt wczenie z powodu braku jasnej sytuacji odnonie do płyt oraz wysokiej ceny urzšdzenia. Zastosowane płyty nie sš specjalnie popularne w Europie, lecz ani ich cena, ani uruchomienie dostaw za pomocš istniejšcych już sieci dystrybutorów nie powinny stanowić problemu.
Płyty
W Europie pojęcie ăpłyta tradycyjnaÓ oznacza płytę o niskiej czułoci stosowanš w kopioramach. Natomiast na zachodniej półkuli popularne sš płyty tzw. projekcyjne o czułociach 5-30 mJ/cm2, podczas gdy te europejskie majš czułoci rzędu 120-150 mJ/cm2. Tymczasem dzisiejsze systemy CtP z laserami UV poprawnie nawietlajš wyłšcznie płyty projekcyjne. Cena tych płyt w Europie kształtuje się na poziomie około 6 euro za metr kwadratowy, podczas gdy europejskie płyty tradycyjne kosztujš około 5 euro, za płyty dla CtP w technologii termicznej 830 nm oraz wiatła widzialnego kosztujš 9-10 euro za m2.
Cena
Lasery UV znalazły praktyczne zastosowanie na razie tylko w CtP dla gazet. Jest to kategoria, w której przede wszystkim wymagana jest od systemu wydajnoć na poziomie 100 płyt w cišgu godziny lub wyższa. Urzšdzenia UV sš rednio dwu-trzykrotnie droższe od znanych gazetowych CtP o podobnej wydajnoci z laserami wiatła widzialnego. Niewštpliwie znaczšcy jest koszt lasera UV (40 000-50 000 euro) oraz układów optycznych wykonanych z materiałów specjalnych. Jedno jest pewne: dzisiejsze systemy CtP UV sš drogie, ale za to płyty tanie, co jest szczególnie istotne dla drukarń gazetowych, gdzie nawet bardzo pobieżne obliczenia wykazujš ogromne oszczędnoci eksploatacyjne w porównaniu z innymi technologiami.
Jakoć
Pod względem jakoci technologia UV posiada cechy technologii wiatła widzialnego. Dzięki bezporedniemu nawietlaniu płyt dajšcemu punkty rastrowe tzw. pierwszej generacji jakoć druku gazetowego jest lepsza niż z płyty nawietlonej w kopioramie.
Dlaczego tak póno?
Wyjanienia wymaga bardzo powolne tempo rozwoju CtP z laserami UV w porównaniu z technologiami wiatła widzialnego. Skoro możliwa jest wymiana lasera czerwonego na zielony lub fioletowy, dlaczego nie udaje się to samo z laserem UV? Przeszkodš sš właciwoci promieniowania UV zupełnie odmienne w porównaniu z wišzkami o długociach fal leżšcych w pamie wiatła widzialnego.
W niezbyt odległej przeszłoci większoć prób zastosowania lasera UV w CtP kończyła się niepowodzeniem. Nie udało się wykorzystać optyki wiatła widzialnego typowej dla CtP, ponieważ jest ona wykonana z materiałów nieodpowiednich dla UV Đ zwykłe soczewki i zwierciadła bardzo szybko ulegajš degradacji.
Laser UV i właciwoci wišzki promieniowania UV
Laser UV to moduł o złożonej konstrukcji. Podstawowym elementem jest orodek czynny. Może to być gaz lub ciało stałe nazywane rdzeniem bšd kryształem. Elementami wspomagajšcymi bywajš m.in. lampy ksenonowe oraz lasery półprzewodnikowe. Na razie czysto półprzewodnikowe lasery UV nie wyszły poza fazę badań laboratoryjnych.
Współczesne lasery UV należš do tego samego gatunku co narzędzie, za pomocš którego pilot Pirx niechcšcy unieszkodliwił sfiksowanego robota na Księżycu, co wszyscy miłonicy twórczoci Stanisława Lema doskonale pamiętajš. Lasery tego typu od dawna stosowane sš w badaniach naukowych, biologii, medycynie, przemyle, wojsku. Lasery gazowe wykorzystywane sš w przemyle, gdzie potrzebne sš ogromne moce (setki i tysišce kW) do precyzyjnego cięcia i spawania, a także wykonywania mikroskopijnych otworów. Moc to jedyna ich zaleta. Do wad zaliczyć należy: zasilanie potężnym pršdem trójfazowym, koniecznoć intensywnego chłodzenia (najczęciej wodnego), słabš stabilnoć, podatnoć na uszkodzenia, duże gabaryty Đ w sumie koszty eksploatacji sš wysokie, a urzšdzenie mało poręczne.
W 1996 roku zaistniały na rynku i stale sš udoskonalane tzw. lasery ciała stałego z diodowym pompowaniem energii, skrótowo nazywane laserami DPSS (Diode Pumped Solid State laser). Dzięki nim obserwowany jest gwałtowny rozwój nowych technologii działajšcych w pamie głębokiego ultrafioletu (poniżej 300 nm). Sš małe, stabilne, do zasilania wystarczy 220 V i dlatego bardzo szybko wchodzš na miejsce tych starych nieefektywnych gazowych. Pierwszymi zastosowanymi w CtP tego typu laserami były zielone lasery Fd:YAG emitujšce wišzkę 532 nm o niewielkiej mocy (150-200 mW).
Najczęciej stosowane lasery klasy DPSS pracujš w oparciu o materiały generujšce falę podstawowš 1064 nm. Dodatkowe układy sprawiajš, że wišzka ostateczna jest jakby rezultatem przemnożenia przez 2, 3, 4 lub 5 częstotliwoci fali podstawowej, dzięki czemu otrzymywane sš harmoniczne: druga (532 nm), trzecia (355 nm), czwarta (266 nm) i pišta (213 nm). Trzecia harmoniczna wypada w pobliżu maksimum czułoci offsetowych płyt wrażliwych na promieniowanie UV. Cišgły tryb pracy daje niewielkie moce (kilkaset mW), natomiast moce impulsowe sš znaczne: na razie typowe wartoci to 4, 5, 8, 10 W, a wkrótce spodziewane sš wyższe.
Do najważniejszych zalet należš:
Đ łatwoć emitowania wišzki UV o energii powyżej 10 mJ/cm2,
Đ łatwoć koncentrowania wišzki w wybranym punkcie,
Đ wysoka stabilnoć pracy i długowiecznoć,
Đ brak jakichkolwiek regulacji (praca bezobsługowa),
Đ łatwoć chłodzenia (obwód zamknięty),
Đ zasilanie 100-220 V.
Powyższe cechy sprawiajš, że sš to lasery idealne do cyfrowego nawietlania tradycyjnych płyt offsetowych o wysokiej czułoci, czyli tzw. płyt projekcyjnych. Laser o mocy 8 W to doć duża i ciężka skrzynka o długoci nieco powyżej 1 m, szerokoci 30 cm i wysokoci 15 cm ważšca około 50 kg. Laser z zasilaczem, chłodziarkš i sterownikiem w sumie waży 100-120 kg. Pobór mocy wynosi około 2000 W, z czego ponad połowa zużywana jest przez system chłodzenia. Orodki badawcze zmierzajš ku zmniejszeniu poboru mocy oraz gabarytów tego typu laserów.
Prace nad laserami UV sš prowadzone od wielu lat. Okazuje się, że jedne z najpoważniejszych problemów wystšpiły w produkcji układów optycznych o najwyższej czystoci. Promieniowanie UV jest bardzo łatwo pochłaniane przez większoć materiałów. Najmniejsze zanieczyszczenia (także wilgoć) wywołujš punktowš kumulację ciepła, a to w rezultacie prowadzi do postępujšcej degradacji powierzchni oraz wnętrza soczewek i luster. Technologie produkcji materiałów laserowych i polerowania ich zostały opanowane. Bardzo ważne jest zapewnienie nieomalże idealnej hermetycznoci zespołów optycznych oraz czystoci pomieszczeń, w których laser pracuje. Dotyczy to także CtP z laserem UV.
Efektem ubocznym opisanego zjawiska jest zastosowanie laserów UV do produkcji pamištkowych ozdób majšcych postać np. prostopadłociennych szklanych bryłek lub płytek o różnej gruboci z widocznymi wewnštrz białymi bardzo subtelnymi przestrzennymi motywami. Wykorzystano tu komputerowe sterowanie koncentrowaniem wišzki lasera UV do punktowego wypalania wzorów we wnętrzu szklanej bryły. To samo zjawisko umożliwia dokonywanie skomplikowanych operacji okulistycznych oraz trwałe i sterylne znakowanie narzędzi chirurgicznych i innych przedmiotów.
Zasada działania współczesnego lasera UV
Falę podstawowš 1064 nm generuje orodek czynny. Jest to kryształ Nd:YAG lub Nd:YVO4. Kryształ ma kształt cylindra o rednicy 6-9 mm i długoci 130-150 mm. Za pomocš dodatkowego kryształu nieliniowego wytwarzana jest trzecia harmoniczna o długoci falowej 355 nm. Oba kryształy umieszczone sš w rezonatorach, czyli w przestrzeni pomiędzy dwoma zwierciadłami, których obecnoć jest niezbędna do zapoczštkowania i podtrzymania reakcji laserowej. Zwykle jedno ze zwierciadeł jest półprzepuszczalne, dzięki czemu promień wydostaje się na zewnštrz. Kryształ zaczyna ăwiecićÓ pod wpływem energii dostarczanej przez tzw. diody pompujšce. Sš to najczęciej zwykłe półprzewodnikowe lasery 808 lub 830 nm. Promieniowanie o takim włanie zakresie najłatwiej uruchamia zjawiska laserowe w materiałach takich jak Nd:YAG oraz Nd:YVO4. Przez kilkanacie minut od momentu ăzapłonuÓ odbywa się temperaturowa stabilizacja lasera, ponieważ kryształ generujšcy falę podstawowš wydziela dużo ciepła i wymaga intensywnego chłodzenia.
Lasery ciała stałego sš drogie ze względu na:
Đ specjalne materiały o szczególnych właciwociach optycznych uzyskiwane na drodze skomplikowanych procesów fizykochemicznych,
Đ precyzję obróbki tychże materiałów,
Đ precyzję wykonania podzespołów mechanicznych,
Đ precyzję ostatecznego zestrojenia poszczególnych elementów,
Đ hermetyczne zamknięcie całoci,
Đ koniecznoć precyzyjnego stabilnego chłodzenia.
Bardzo ciekawym elementem służšcym do sterowania wišzkš jest modulator akustyczno-optyczny. Jest wykonany z materiału specjalnego, w którym na skutek czynnika pobudzajšcego powstaje stojšca fala akustyczna, przez co dla promieniowania UV materiał ten staje się siatkš dyfrakcyjnš. Przy braku pobudzenia wišzka UV przechodzi na wylot jak przez szkło. Natomiast w fazie pobudzenia następuje odchylenie promienia. A zatem pojawienie się akustycznej fali stojšcej zmienia kierunek wišzki UV. Kšt odchylenia wišzki zależy od częstotliwoci fali akustycznej, a jej energia może być płynnie zmieniana poprzez regulację amplitudy tej fali. Fala akustyczna nie ma nic wspólnego z zakresem słyszalnoci ucha ludzkiego. Tu chodzi o drgania mechaniczne o częstotliwoci od kilkunastu do kilkuset MHz wytwarzane przez rezonatory piezoelektryczne lub kwarcowe.
Taki modulator umieszczony w przestrzeni rezonatora pozwala na inicjowanie ăzapłonuÓ lasera, stabilizację mocy oraz wyłšczanie. Modulator akustyczno-optyczny umieszczony poza laserem umożliwia emisję impulsów zdolnych nawietlać np. płytę offsetowš zgodnie z mapš bitowš wysyłanš przez RIPa.
Trwałoć lasera UV
Zużywajš się dwa zespoły: lasery pompujšce oraz kryształ nieliniowy służšcy do generacji trzeciej harmonicznej. Wymiana laserów pompujšcych odbywa się co 10 000 godzin, jest bardzo łatwa i nie wymaga żadnych regulacji, ponieważ zespół ten umieszczany jest na zewnštrz i łšczony wiatłowodowo z korpusem lasera. Jeli chodzi o kryształ nieliniowy, to degeneracji ulega nie tyle sam kryształ, co powierzchnia w miejscu, gdzie pada nań wišzka podstawowa 1064 nm. Głowica laserowa jest tak skonstruowana, że co 500 godzin na sygnał z komputera następuje niewielkie przesunięcie kryształu nieliniowego i wišzka 1064 nm pada na nienaruszone miejsce powierzchni. Użytkownik CtP ma możliwoć wyboru tego momentu tak, by nie powodowało to zakłócenia w nawietlaniu płyt. Po około 31 000 godzin pracy kryształ nieliniowy trzeba wymienić Đ możliwe to jest tylko u producenta.
CtP z laserem UV dla drukarń komercyjnych
Na razie cisza. Jednakże nieoficjalne ródła informujš o wzrocie zamówień na lasery UV do zastosowań poligraficznych. Opracowanie nowych układów optycznych ze specjalnych materiałów, zapewnienie hermetycznoci CtP oraz przeprowadzenie badań w warunkach rzeczywistych wymaga czasu. Należy jednak mieć nadzieję, że nowoci będzie można zobaczyć już na najbliższych targach drupa.
Autor jest Product Managerem w firmie Reprograf Sp. z o.o.
Bibliografia:
1. Materiały udostępnione przez alfaQuest Technologies Ltd Scangraphics Prepress Technology GmbH oraz PerkinElmer Optoelectronics
2. Materiały udostępnione przez dr Józef Dresner, Eurotek International Sp. z o. o. Đ przedstawicielstwo Coherent Inc.
3. ăTechnologischer Durchbruchmit blauen FestkrperlasernÓ Matthias Schulze, Photonik nr 3/2001
4. www.alfaquest.com,
www.coherentinc.com, cord.org/com/content1.htm,
www.DPSS-Lasers.com,
www.dreamlasers.com,
www.jenoptik-los.com,
www.perkinelmer.com,
www.spectra-physics.com
