Lasery UV a CtP

6 gru 2016 14:43

Niniejszy artykuł poœwięcony jest współczesnym laserom ultrafioletowym (UV) i wykorzystaniu ich do cyfrowego bezpoœredniego naœwietlania 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 œwięci prawdziwe triumfy. Europejska premiera FasTRAKa CtP/C odbyła się w Barcelonie na targach Ifra w 2002 roku. Kilka miesięcy póŸniej 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 naœwietlonš 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 naœwietlanie płyt tradycyjnych wydaje się być urzeczywistniona. Być może na entuzjazm zbyt wczeœnie z powodu braku jasnej sytuacji odnoœnie 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 czułoœci stosowanš w kopioramach. Natomiast na zachodniej półkuli popularne sš płyty tzw. projekcyjne o czułoœciach 5-30 mJ/cm2, podczas gdy te europejskie majš czułoœci rzędu 120-150 mJ/cm2. Tymczasem dzisiejsze systemy CtP z laserami UV poprawnie naœwietlajš 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, zaœ płyty dla CtP w technologii termicznej 830 nm oraz œwiatła 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 wydajnoœć na poziomie 100 płyt w cišgu godziny lub wyższa. Urzšdzenia UV sš œrednio dwu-trzykrotnie droższe od znanych gazetowych CtP o podobnej wydajnoœci z laserami œwiatła 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 oszczędnoœci eksploatacyjne w porównaniu z innymi technologiami. Jakoœć Pod względem jakoœci technologia UV posiada cechy technologii œwiatła widzialnego. Dzięki bezpoœredniemu naœwietlaniu płyt dajšcemu punkty rastrowe tzw. pierwszej generacji jakoœć druku gazetowego jest lepsza niż z płyty naœwietlonej w kopioramie. Dlaczego tak póŸno? Wyjaœnienia wymaga bardzo powolne tempo rozwoju CtP z laserami UV w porównaniu z technologiami œwiatła widzialnego. Skoro możliwa jest wymiana lasera czerwonego na zielony lub fioletowy, dlaczego nie udaje się to samo z laserem UV? Przeszkodš sš właœciwoœci promieniowania UV zupełnie odmienne w porównaniu z wišzkami o długoœciach fal leżšcych w paœmie œwiatła widzialnego. W niezbyt odległej przeszłoœci większoœć prób zastosowania lasera UV w CtP kończyła się niepowodzeniem. Nie udało się wykorzystać optyki œwiatła 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 właœciwoœci wišzki promieniowania UV Laser UV to moduł o złożonej konstrukcji. Podstawowym elementem jest oœrodek czynny. Może to być gaz lub ciało stałe nazywane rdzeniem bšdŸ 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 miłoœnicy twórczoœci Stanisława Lema doskonale pamiętajš. Lasery tego typu od dawna stosowane sš w badaniach naukowych, biologii, medycynie, przemyœle, wojsku. Lasery gazowe wykorzystywane sš w przemyœle, 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, koniecznoœć intensywnego chłodzenia (najczęœciej wodnego), słabš stabilnoœć, podatnoœć 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 paœmie 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). Najczęœciej 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 częstotliwoœci 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 czułoœci offsetowych płyt wrażliwych na promieniowanie UV. Cišgły tryb pracy daje niewielkie moce (kilkaset mW), natomiast moce impulsowe sš znaczne: na razie typowe wartoœci to 4, 5, 8, 10 W, a wkrótce spodziewane sš wyższe. Do najważniejszych zalet należš: Đ łatwoœć emitowania wišzki UV o energii powyżej 10 mJ/cm2, Đ łatwoœć koncentrowania wišzki w wybranym punkcie, Đ wysoka stabilnoœć pracy i długowiecznoœć, Đ brak jakichkolwiek regulacji (praca bezobsługowa), Đ łatwoœć chłodzenia (obwód zamknięty), Đ zasilanie 100-220 V. Powyższe cechy sprawiajš, że sš to lasery idealne do cyfrowego naœwietlania tradycyjnych płyt offsetowych o wysokiej czułoœci, czyli tzw. płyt projekcyjnych. Laser o mocy 8 W to doœć duża i ciężka skrzynka o długoœci nieco powyżej 1 m, szerokoœci 30 cm i wysokoœci 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. Oœrodki 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 czystoœci. Promieniowanie UV jest bardzo łatwo pochłaniane przez większoœć 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 hermetycznoœci zespołów optycznych oraz czystoœci 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. prostopadłoœciennych szklanych bryłek lub płytek o różnej gruboœci 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 oœrodek czynny. Jest to kryształ Nd:YAG lub Nd:YVO4. Kryształ ma kształt cylindra o œrednicy 6-9 mm i długoœci 130-150 mm. Za pomocš dodatkowego kryształu nieliniowego wytwarzana jest trzecia harmoniczna o długoœci falowej 355 nm. Oba kryształy umieszczone sš w rezonatorach, czyli w przestrzeni pomiędzy dwoma zwierciadłami, których obecnoœć jest niezbędna do zapoczštkowania i podtrzymania reakcji laserowej. Zwykle jedno ze zwierciadeł jest półprzepuszczalne, dzięki czemu promień wydostaje się na zewnštrz. Kryształ zaczyna ăœwiecićÓ pod wpływem energii dostarczanej przez tzw. diody pompujšce. Sš to najczęœciej zwykłe półprzewodnikowe lasery 808 lub 830 nm. Promieniowanie o takim właœnie zakresie najłatwiej uruchamia zjawiska laserowe w materiałach takich jak Nd:YAG oraz Nd:YVO4. Przez kilkanaœcie 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 właœciwoœciach 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 całoœci, Đ koniecznoœć 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 częstotliwoœci fali akustycznej, a jej energia może być płynnie zmieniana poprzez regulację amplitudy tej fali. Fala akustyczna nie ma nic wspólnego z zakresem słyszalnoœci ucha ludzkiego. Tu chodzi o drgania mechaniczne o częstotliwoœci 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 naœwietlać np. płytę offsetowš zgodnie z mapš bitowš wysyłanš przez RIPa. Trwałoœć 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 œwiatłowodowo z korpusem lasera. Jeœli 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 możliwoœć wyboru tego momentu tak, by nie powodowało to zakłócenia w naœwietlaniu 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 Ÿródła informujš o wzroœcie zamówień na lasery UV do zastosowań poligraficznych. Opracowanie nowych układów optycznych ze specjalnych materiałów, zapewnienie hermetycznoœci CtP oraz przeprowadzenie badań w warunkach rzeczywistych wymaga czasu. Należy jednak mieć nadzieję, że nowoœci 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 FestkšrperlasernÓ 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