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自20世纪80年代以来,处理大型胶片的工业市场呈现了极大的改变,几乎完全被激光器和数字处理所代替。从那时起,在印刷行业中,雕刻网版常用的技术是使用RF鼓励CO2激光器,功率高达1kW,可以按照雕刻的图案来调剂功率(图1)。
图1:激光雕刻网版,在被雕刻之处,印刷的颜色会从网孔中经过。
网孔被薄的聚合物层所覆盖,用调制的激光光束雕刻这一层,在被雕刻之处将会打开网孔中的洞。这是一种非常有效的生产印刷版和滚筒的方法,特别是涉及到大量印刷时。几乎所有效于纺织品、地毯、壁纸和纸币的一些功能的印刷都能使用这种技术。
对CO2激光器的直接调制受限于10kHz左右,主要是因为亚稳態氮,这是激光气体混合物的一个主要部分。当前在管和罐的印刷中使用的技术要求有更加高的脉冲频次,约莫几百千赫。这主要是因为更加高的辩白率所要求,而不是因为材料的真实3D结构所要求。雕刻网孔基本上是一个2D过程,而雕刻印刷版和聚合物或橡胶滚筒是一个具备复杂结构的3D雕刻过程。每个直接雕刻的结构都需要坚固的底座以在印刷过程当中保持稳定,它们可能在顶部有着复杂的几何表面,比如一个表面清晰的图案和用来赔偿网点扩大的咬边。
将来,高防伪印刷(纸币、安全文件、护照等,如图2)将需要最少500kHz或更加高的频次,同时业界现在想在包装设计中实现拍照功效般的印刷,这也需要相似的特性和功能。
图2:用激光雕刻印刷纸币用的滚筒
相比较直接调制RF激光的放电,声光调制器(AOMs)可以用调制频次快好多的方法来控制激光光束。但是声光调制器因为在锗晶体的接收及其损伤阈值而受到约束。为了得到最佳的输出结果,必须悉心设计声光调制器、激光源和光束路径。
对所有先进的激光器进行测试,特别是它们的脉冲行为、功率稳定性、指向稳定性和模式。上涨和降落时间决定脉冲行为,因此也决定着雕刻速度。混合气体中的氮会降低脉冲频次至10kHz左右。这对曩昔的好多应用已足够,但对将来的需求来讲是不敷的。典型的激光功率和时间关系图显示出±5~10%的偏差值。
这绝对不合适控制3D雕刻材料。被测试的各种激光器的激光指向稳定性出奇的好,这对声光调制器的使用(对入射角非常敏感)将起着直接的影响。
在近声光调制器的功率极限时,锗晶体对不良的激光场模式非常敏感。热点会导致出射光束变形并很容易粉碎晶现出不良的激光模式。普遍状况下,输出耦合器和声光调制器之间的间隔应当在2m左右或更加多,这样会有更加好的激光场模式(图3)。
图3:全功率的CO2 激光器别离在1m的间隔(a)和6m(b)的间隔,左边是2D图,右边是3D图。
有时这难以实现,特别是在紧凑型的雕刻设备中。
新的CO2激光器项目
聪明的选择是在经典的折叠CO2激光器的谐振腔结构中使用现代的材料(像碳纤维),这样能实现高稳定的谐振腔和近完美的光束模式。碳纤维管的热膨胀系数非常小(小于1μm每米和开尔文),特别是设计得很好时,比如用增强有限元计算方法(FEM)来优化热力学行为的设计。
光束路径优化。定制的碳纤维光学元件用在实现激光谐振腔的高精准度,乃至设置声光调制器和红外(IR)拍照机(PyroCams)的光束路径,这样能在線可视化光束模式。在声光调制器的前面和后面安放的两个PyroCams红外拍照机(图4)能精确地测量锗晶体的影响(特别是变形)。
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)有两个红外拍照机。
六轴。锗晶体声光调制器能提供比比较好的特性和功能,能达到乃至超过600W CO2激光器的功率,条件是激光光束模式近高斯表面。如果功率过高,特别是如果在晶体表面呈现热点,就会很容易破坏。
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大粤激光(DAYUE LASER)品牌简介
大粤激光(DAYUE LASER)是一家专业从事精密激光焊接和高精度激光打标设备的制造商,生产销售精密激光焊接机和高精度激光打标机。
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