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WO2002009941A1 - Verfahren zum gravieren einer druckform mit laserstrahl - Google Patents

Verfahren zum gravieren einer druckform mit laserstrahl Download PDF

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WO2002009941A1
WO2002009941A1 PCT/DE2001/002590 DE0102590W WO0209941A1 WO 2002009941 A1 WO2002009941 A1 WO 2002009941A1 DE 0102590 W DE0102590 W DE 0102590W WO 0209941 A1 WO0209941 A1 WO 0209941A1
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WO
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printing
engraving
printing form
copper
absorption
Prior art date
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PCT/DE2001/002590
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English (en)
French (fr)
Inventor
Siegfried Beisswenger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heidelberger Druckmaschinen AG
Original Assignee
Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heidelberger Druckmaschinen AG filed Critical Heidelberger Druckmaschinen AG
Publication of WO2002009941A1 publication Critical patent/WO2002009941A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41N—PRINTING PLATES OR FOILS; MATERIALS FOR SURFACES USED IN PRINTING MACHINES FOR PRINTING, INKING, DAMPING, OR THE LIKE; PREPARING SUCH SURFACES FOR USE AND CONSERVING THEM
    • B41N1/00—Printing plates or foils; Materials therefor
    • B41N1/16—Curved printing plates, especially cylinders
    • B41N1/20—Curved printing plates, especially cylinders made of metal or similar inorganic compounds, e.g. plasma coated ceramics, carbides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41C—PROCESSES FOR THE MANUFACTURE OR REPRODUCTION OF PRINTING SURFACES
    • B41C1/00—Forme preparation
    • B41C1/02—Engraving; Heads therefor
    • B41C1/04—Engraving; Heads therefor using heads controlled by an electric information signal
    • B41C1/05—Heat-generating engraving heads, e.g. laser beam, electron beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41N—PRINTING PLATES OR FOILS; MATERIALS FOR SURFACES USED IN PRINTING MACHINES FOR PRINTING, INKING, DAMPING, OR THE LIKE; PREPARING SUCH SURFACES FOR USE AND CONSERVING THEM
    • B41N1/00—Printing plates or foils; Materials therefor
    • B41N1/04—Printing plates or foils; Materials therefor metallic
    • B41N1/06—Printing plates or foils; Materials therefor metallic for relief printing or intaglio printing

Definitions

  • the invention relates to a method for engraving a printing form with a laser beam, for example for gravure printing, offset printing, letterpress printing, screen printing or flexographic printing.
  • a laser beam for example for gravure printing, offset printing, letterpress printing, screen printing or flexographic printing.
  • Engraving methods known from the prior art for the direct engraving of gravure printing forms either work with a diamond stylus, an electron beam or a laser beam in order to work out depressions - so-called cups - which each form a halftone dot, from the printing form material.
  • printing cylinders are normally used as printing forms, the surface of which is made of copper, into which the structures required for printing are engraved into the printing cylinder in the form of cups by means of a diamond stylus. After their completion, the printing cylinders are placed in a printing press, in which the cells are filled with printing ink and the printing ink is transferred to the printing material during the printing process.
  • Copper cylinders are used because of their long service life in the printing process. A long service life is required for long runs, especially in magazine printing or packaging printing, since the surface of the printing plate wears out during the printing process. In order to extend the service life even further, the printing cylinders are also galvanically chrome-plated after engraving. It follows that copper is the most suitable material for the surface of gravure cylinders. Materials other than copper have so far not proven themselves for long runs.
  • the diamond stylus When creating the cells, the diamond stylus cuts indentations in the rotating printing cylinder along a circumferential line, while the engraving system moves in the axial direction along the printing cylinder.
  • the lifting movement of the diamond stylus takes place via an electromechanically driven magnet system with an oscillating armature on which the diamond stylus is attached.
  • Such an electrical The tromechanical vibration system cannot be made as quickly as desired due to the forces that are required to engrave the cells.
  • several such engraving systems are arranged side by side in the axial direction of the printing cylinder.
  • several so-called strands are engraved into the surface of the printing cylinder at the same time.
  • Such a strand contains, for example, one or more entire magazine pages.
  • the cell volume is varied depending on the image content of the template to be printed.
  • the respective tonal value of the original is to be reproduced as precisely as possible when printed.
  • the depth of penetration of the diamond stylus into the copper surface is varied by actuating the magnet system, the geometry of the cups being approximately between 120 ⁇ m in diameter at a depth of 40 ⁇ m and approximately 30 ⁇ m in diameter at a depth of 3 ⁇ m changes.
  • the penetration depth of the stylus with which the wells are engraved must be controlled with very high precision in order to reproducibly achieve the desired tonal range . Since the geometry of the engraved cells depends directly on the shape of the stylus, there are also very high demands on the geometry of the diamond stylus. In addition, the diamond stylus is subject to wear, because when engraving a large impression cylinder, approximately 20 million cells have to be engraved by a stylus.
  • the engraved cells which are later to receive the printing ink, are arranged on the surface of the printing form in accordance with the printing screen, with a separate printing cylinder being produced for each printing ink, each of which is given a different screen with a different angle and screen size.
  • These grids narrow webs remain between the individual cells, which, when printed in the printing press, carry the doctor blade, which scrapes off the superfluous ink after inking. Due to the restriction that the cells can only be engraved along a circumferential line, there is only a limited selection of screen angles available for the screens.
  • Another disadvantage of the mode of operation of electromechanical engraving is that texts and lines must also be reproduced in a raster, which leads to the contours of the characters and the lines which the eye recognizes as disturbing. This is a disadvantage of intaglio printing compared to offset printing, in which this offset can be kept so small that the contours of characters and lines appear completely smooth to the eye.
  • the electromechanical engraving is well suited to producing high quality gravure cylinders. But it has a number of weak points and is very complex. These disadvantages would like to be eliminated by another engraving method that does not work with the limitations of electromechanical engraving. Furthermore, it is known to use the electron beam engraving method used in material processing to produce the wells, which has shown very good results because of the high energy of the electron beam and the precision with regard to beam deflection and beam geometry. This process is in the printing step "Fast electron beam engraving process for the engraving of metal cylinders", optics 77, no. 2 (1987) pages 83-92,ticianliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart.
  • a disadvantage of this method is that the arc lamps required for pumping the laser have a relatively short lifespan and must be replaced after about 500 hours of operation. If the pump light source fails during engraving, the engraving cylinder becomes unusable. This corresponds to a failure of the diamond stylus in the electromechanical engraving and has the same disadvantages.
  • a decisive disadvantage of this method is that zinc is considerably softer than copper and is not suitable as a surface material for printing cylinders. Since the doctor blade with which the excess ink is scraped off before printing in the printing press is a steel knife, the zinc surface is damaged after a certain time and the printing cylinder becomes unusable. A printing cylinder with a surface made of zinc therefore does not have nearly as long a service life in printing as a printing cylinder with a surface made of copper. Printing forms with a zinc surface are therefore not suitable for long runs.
  • the method according to the invention is based on the observation that the absorption of the copper surface for light energy increases sharply when part of the copper in the processing spot has already evaporated.
  • the publication "The Laser in the Printing Industry” by Werner Hülsbuch, page 540, publisher W. Hülsbusch, Konstanz it is described that in material processing with power densities from typically 10 7 to 10 8 W / cm 2 for all materials to one spontaneous evaporation of the material occurs, which is associated with a sudden increase in absorption, which is particularly advantageous since the laser power is then no longer reflected by the metal surface.
  • the aim of the invention is to achieve the onset of melting or vaporization of the copper and the associated increase in absorption even at significantly lower power densities. If the absorption is correspondingly increased due to the onset of evaporation, the lower power density is also sufficient to continue the removal process, so that further material is removed from the copper surface. In this way it becomes possible to maintain the engraving process and to engrave wells of variable depth in the copper surface.
  • the lowering of the power density threshold for the onset of evaporation is achieved by the method according to the invention by increasing the absorption of the copper surface by pretreating the gravure cylinder.
  • the surface is preferably converted in a thin layer into a chemical copper compound which has a high absorption for laser light, for example into a copper oxide layer.
  • the chemical conversion of the copper surface can be achieved by the action of acids, alkalis or salt solutions, whereby the process can be accelerated and intensified if necessary by heating or by electrolysis.
  • a thin layer of another metal with higher absorption for the laser light is applied to the copper surface, preferably by galvanic means.
  • This metal layer should not be so thick, as in the known methods, that the cells are engraved exclusively in this other metal. It should only lower the performance threshold for copper evaporation by evaporating this thin layer and increasing the absorption associated with it. The actual engraving of the cells is then carried out in the copper layer.
  • Another solution for increasing the absorption of the copper surface is the mechanical application of a thin, highly absorbent layer, for example a plastic layer.
  • Techniques such as vapor deposition, spraying, melting or varnishing can be used for this, possibly supported by a subsequent baking process.
  • the applied layer should only lower the threshold for copper evaporation, so that the actual engraving of the cells is then carried out in the copper layer.
  • An increased absorption of the copper surface can finally also be achieved by increasing the roughness of the surface, for example by etching the surface.
  • the increase in roughness can also be combined with the aforementioned solutions, i.e. after the generation or application of the thin absorbent layer, this layer is additionally roughened.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Gravieren einer Druckform mit einem Laserstrahl beschrieben, bei dem auf die Oberfläche der Druckform eine absorbierende Schicht aufgebracht wird, deren Absorption für das Laserlicht höher ist als die Absorption des Druckformmaterials. Dadurch wird die für das Schmelzen oder Verdampfen des Druckformmaterials benötigte Laserleistung herabsetzt. Die absorbierende Schicht kann durch chemische Veränderung der Oberfläche der Druckform erzeugt werden, durch galvanische Abscheidung oder durch ein mechanisches Verfahren wie Aufdampfen, Aufsprühen, Aufschmelzen oder Lackieren. Zusätzlich kann die Absorption der Oberfläche der Druckform durch Aufrauhen des Druckformmaterials oder der absorbierenden Schicht erhöht werden. Das Verfahren wird vorzugsweise zum Gravieren von Tiefdruckformen mit einer Kupferoberfläche eingesetzt.

Description

Verfahren zum Gravieren einer Druckform mit Laserstrahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gravieren einer Druckform mit einem Laserstrahl, beispielsweise für Tiefdruck, Offsetdruck, Hochdruck, Siebdruck oder Flexo- druck. Bei der Herstellung von Druckformen ist es erforderlich, sehr feine Strukturen auf der Oberfläche der Druckform zu erzeugen, da hochaufgelöste Bildinformationen wie Text, Rasterbilder, Grafiken (Linework) und Linienmuster wiedergegeben werden sollen.
Nach dem Stand der Technik bekannte Gravierverfahren zur direkten Gravur von Tiefdruckformen arbeiten entweder mit einem Diamantstichel, einem Elektronenstrahl oder einem Laserstrahl, um Vertiefungen - sogenannte Näpfchen -, die jeweils einen Rasterpunkt bilden, aus dem Druckformmaterial herauszuarbeiten. Im Tiefdruck werden normalerweise als Druckformen Druckzylinder verwendet, deren Oberfläche aus Kupfer besteht, in die die für den Druck erforderlichen Strukturen in Form von Näpfchen mittels eines Diamantstichels in den Druckzylinder eingraviert werden. Die Druckzylinder werden nach ihrer Fertigstellung in eine Druckmaschine eingebracht, in der die Näpfchen mit Druckfarbe gefüllt werden und die Druckfarbe beim Druckprozeß auf den Bedruckstoff übertragen wird.
Man verwendet Kupferzylinder wegen ihrer langen Standzeit im Druckprozeß. Eine lange Standzeit ist bei hohen Auflagen erforderlich, insbesondere im Magazindruck oder Verpackungsdruck, da beim Druckprozeß die Oberfläche der Druckform verschleißt. Um die Standzeit noch weiter zu verlängern, werden die Druckzylinder nach der Gravur auch noch galvanisch verchromt. Hieraus ergibt sich, daß Kupfer als Material für die Oberfläche von Tiefdruckzylindern am geeignetsten ist. Andere Materialien als Kupfer haben sich bisher für hohe Auflagen nicht bewährt.
Bei der Erzeugung der Näpfchen schneidet der Diamantstichel entlang einer Um- fangslinie Vertiefungen in den rotierenden Druckzylinder, während sich das Graviersystem in Achsrichtung entlang des Druckzylinders bewegt. Die Hubbewegung des Diamantstichels erfolgt über ein elektromechanisch angetriebenes Magnetsystem mit einem oszillierenden Anker, auf dem der Diamantstichel befestigt ist. Ein solches elek- tromechanisches Schwingungssystem kann wegen der aufzubringenden Kräfte, die zum Gravieren der Näpfchen erforderlich sind, nicht beliebig schnell gemacht werden. Um die Graviergeschwindigkeit noch weiter zu steigern, sind bei den heutigen Graviermaschinen mehrere solcher Graviersysteme nebeneinander in Achsrichtung des Druckzylinders angeordnet. Beim Einsatz mehrerer Graviersysteme werden in die Oberfläche des Druckzylinders gleichzeitig mehrere sogenannte Stränge eingraviert. Ein solcher Strang enthält z.B. eine oder mehrere ganze Magazinseiten. Ein dabei auftretendes Problem ist, daß in den einzelnen Strängen wegen der verschiedenen Graviersysteme, die unabhängig voneinander angesteuert werden, bei gleichem zu gravierenden Tonwert Näpfchen unterschiedlicher Volumina erzeugt werden, was zu Unterschieden in den einzelnen Strängen führt, die das Auge beim späteren Betrachten erkennt. Aus diesem Grund wird z. B. beim Verpackungsdruck nur mit einem Graviersystem gearbeitet, damit diese Fehler, die im Magazindruck toleriert werden, nicht auftreten.
Bei der Gravur der Näpfchen wird das Näpfchenvolumen abhängig vom Bildinhalt der zu druckenden Vorlage variiert. Hierbei soll der jeweilige Tonwert der Vorlage beim Druck möglichst genau wiedergegeben werden. Um die entsprechenden Volumina zu erzeugen, wird die Eindringtiefe des Diamantstichels in die Kupferoberfläche durch die Ansteuerung des Magnetsystems variiert, wobei sich die Geometrie der Näpfchen etwa zwischen 120 μm Durchmesser bei einer Tiefe von 40 μm und etwa 30 μm Durchmesser bei einer Tiefe von 3 μm ändert. Weil nur ein sehr kleiner Variationsbereich in der Tiefe der Näpfchen zwischen 40 μm und 3 μm zur Verfügung steht, muß die Eindringtiefe des Stichels, mit dem die Näpfchen graviert werden, mit sehr hoher Präzisi- on gesteuert werden, um den gewünschten Tonwertumfang reproduzierbar zu erreichen. Da die Geometrie der gravierten Näpfchen direkt von der Form des Stichels abhängt, werden außerdem noch sehr hohe Anforderungen an die Geometrie des Diamantstichels gestellt. Außerdem unterliegt der Diamantstichel einem Verschleiß, da bei der Gravur eines großen Druckzylinders ca. 20 Millionen Näpfchen von einem Sti- chel graviert werden müssen. Bricht während der Gravur eines Druckzylinders einer der Diamantstichel ab, so ist der ganze Druckzylinder unbrauchbar, was einerseits einen erheblichen finanziellen Schaden anrichtet und zum anderen einen beträchtlichen Zeitverlust darstellt, da ein neuer Zylinder graviert werden muß und der Druckbeginn um Stunden hinausgeschoben wird.
Die gravierten Näpfchen, die später die Druckfarbe aufnehmen sollen, sind entspre- chend dem Druckraster auf der Oberfläche der Druckform angeordnet, wobei für jede Druckfarbe ein separater Druckzylinder hergestellt wird, der jeweils ein anderes Raster mit unterschiedlichem Winkel und unterschiedlicher Rasterweite erhält. Bei diesen Rastern verbleiben zwischen den einzelnen Näpfchen schmale Stege, die beim Druck in der Druckmaschine das Rakelmesser tragen, das die überflüssige Farbe nach dem Einfärben abrakelt. Bedingt durch die Einschränkung, daß die Näpfchen nur entlang einer Umfangslinie graviert werden können, steht für die Raster auch nur eine beschränkte Auswahl an Rasterwinkeln zur Verfügung. Ein weiterer Nachteil der Betriebsweise der elektromechanischen Gravur ist, daß auch Texte und Linien gerastert wiedergegeben werden müssen, was zu Vertreppungen der Konturen der Schriftzei- chen und der Linien führt, die das Auge als störend erkennt. Dies ist ein Nachteil des Tiefdrucks gegenüber dem Offsetdruck, bei dem diese Vertreppung so klein gehalten werden kann, daß die Konturen von Schriftzeichen und Linien dem Auge vollkommen glatt erscheinen.
Ebenso können bei der Tiefdruckgravur bedingt durch die mechanische Randbedingung in der Graviermaschine, daß die Näpfchen nur entlang einer Umfangslinie graviert werden können, keine frequenzmodulierten Raster erzeugt werden, bei denen die Größe und die Position der Näpfchen dem Tonwert entsprechend zufällig verteilt wird. Solche frequenzmodulierten Raster hätten den Vorteil einer verbesserten Bild- qualität, weil Details schärfer wiedergegeben werden können und weil kein Moire zwischen den Grundfarben des Drucks auftreten kann.
Alles in allem ist die elektromechanische Gravur gut geeignet, um Tiefdruckzylinder hoher Qualität herzustellen. Sie hat aber doch eine Reihe von Schwachpunkten und ist sehr aufwendig. Man würde diese Nachteile gerne durch ein anderes Gravierverfahren eliminieren, das nicht mit den Einschränkungen der elektromechanischen Gravur arbeitet. Weiterhin ist es bekannt, zur Erzeugung der Näpfchen das in der Materialbearbeitung angewendete Elektronenstrahlgravierverfahren einzusetzen, das wegen der hohen Energie des Elektronenstrahls und der Präzision bezüglich Strahlablenkung und Strahlgeometrie sehr gute Resultate gezeigt hat. Dieses Verfahren ist in der Druck- schritt "Schnelles Elektronenstrahlgravierverfahren zur Gravur von Metalizylindern", Optik 77, No. 2 (1987) Seiten 83-92, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart, beschrieben. Wegen des sehr hohen Aufwandes, der für die Hardware und Elektronik erforderlich ist, wurde die Elektronenstrahlgravur in der Praxis bisher nicht für die Gravur von Kupferzylindern für den Tiefdruck eingesetzt, sondern nur in der Stahlindustrie zur Oberflächengravur von sogenannten Texturwalzen für die Blechherstellung, mit denen Texturen in die Bleche gewalzt werden.
In der Fachliteratur und auch in der Patentliteratur ist wiederholt vorgeschlagen worden, die Kupferzylinder mittels Laser zu gravieren. Da Kupfer aber für Laserstrahlung ein sehr guter Reflektor ist, sind sehr hohe Leistungen und insbesondere sehr hohe Leistungsdichten der Laser erforderlich, um in das Kupfer einzudringen und es aufzuschmelzen bzw. zu verdampfen. Es gibt bisher keine Lasergraviereinheit mit Laserstrahlungsquellen entsprechend hoher Leistungsdichte und Energie, mit der es gelingt, die Kupferzylinder für den Tiefdruck mit der geforderten Näpfchenstruktur in der Kup- f erobert lache zu versehen.
Man hat trotzdem versucht, Laser für die Tiefdruckgravur einzusetzen, indem man auf andere Materialien als Kupfer ausgewichen ist. So ist z.B. in der Druckschrift DE-A-19 27323 vorgeschlagen worden, Kupferzylinder mittels chemischer Ätzung so vorzube- reiten, daß die Oberfläche des Kupferzylinders bereits Näpfchen aufweist, die ein Volumen haben, das der maximalen Druckdichte entspricht. Diese Näpfchen werden mit einem festen Füllmaterial z.B. Kunststoff gefüllt. Mittels eines Lasers wird dann von dem Füllmaterial soviel entfernt, bis das gewünschte Näpfchenvolumen erreicht ist. Dieses Verfahren kommt zwar mit geringerer Laserleistung aus, als nötig wäre, um das Kupfer wie bei der Elektronenstrahlgravur aufzuschmelzen und zu verdampfen. Bei diesem Verfahren wird aber im Druckprozeß der verbleibende Kunststoff vom Lösungsmittel der Druckfarbe angegriffen und zersetzt, so daß nur eine geringe Druck- aufläge möglich ist. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis nicht bewährt und ist nicht zum Einsatz gekommen.
Es ist weiterhin in der Druckschrift der VDD Seminarreihe "Direktes Lasergravierver- fahren für metallbeschichtete Tiefdruckzylinder", herausgegeben im Rahmen eines "Kolloquium vom Verein Deutscher Druckingenieure e.V. und dem Fachgebiet Druckmaschinen und Druckverfahren, Fachbereich Maschinenbau, Technische Hochschule Darmstadt", von Dr. phil. nat. Jakob Frauchiger, MDC Max Dätwyler, AG, Darmstadt, 12. Dez. 1996, vorgeschlagen worden, mit Zink beschichtete Tiefdruckzylinder durch einen mit Bogenlampen gepumpten, gütegeschalteten Nd:YAG Hochleistungs- Festkörperlaser zu gravieren. Bei diesem Verfahren wird das Volumen der Näpfchen durch die optische Leistung des Lasers bestimmt.
Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die zum Pumpen des Lasers erforderlichen Bogenlampen eine relativ kurze Lebensdauer haben und nach ca. 500 Betriebsstunden ersetzt werden müssen. Beim einem Ausfall der Pumplichtquelle während der Gravur wird der Gravierzylinder unbrauchbar. Dies entspricht einem Ausfall des Diamantstichels bei der elektromechanischen Gravur und hat die gleichen Nachteile zur Folge.
Ein entscheidender Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß Zink wesentlich weicher als Kupfer ist und als Oberflächenmaterial für Druckzylinder nicht geeignet ist. Da das Rakelmesser, mit dem vor dem Druck in der Druckmaschine die überschüssige Farbe abgerakelt wird, ein Stahlmesser ist, wird die Zinkoberfläche nach einer gewissen Zeit beschädigt und der Druckzylinder wird unbrauchbar. Ein Druckzylinder mit einer Oberfläche aus Zink erreicht daher nicht annähernd eine so lange Standzeit im Druck, wie ein Druckzylinder mit einer Oberfläche aus Kupfer. Druckformen mit Zinkoberfläche sind deshalb nicht für hohe Auflagen geeignet.
Auch wenn man, wie weiterhin vorgeschlagen wurde, die Zinkoberfläche nach der Gravur verchromt, um die Standzeit zu erhöhen, kommt die Standfestigkeit den normalen Kupferzylindern nicht nahe. Chrom haftet auf Zink nicht so gut, wie auf Kupfer und das sog. "Heißverchromen", das bei Kupferzylindern mit Erfolg angewendet wird, um eine optimale Haftung des Chroms auf dem Kupfer zu erreichen, ist bei Zink nicht möglich, da das Zink hierbei schmelzen würde. Da die Chromschicht nicht sehr gut auf dem Zink haftet, wird sie ebenfalls vom Rakelmesser angegriffen, was zu einem relativ frühen Ausfall der Druckzylinder führt. Werden dagegen Kupferzylinder nach diesem Verfahren verchromt, so sind extrem hohe Auflagen möglich, da das Chrom fest auf der Kupferoberfläche haftet, so daß diese Kupferzylinder die verchromten Zinkzylinder bei weitem übertreffen.
Aus der Druckschrift EP-B-0473 973, die ebenfalls das im vorangehenden beschrie- bene Verfahren betrifft, geht hervor, daß bei diesem Verfahren zum Ausheben eines Näpfchens mit einem Durchmesser von 120μm und einer Tiefe von 30 μm bei Zink eine Energie von 6 mWsec erforderlich ist. Für Kupfer wird in dieser Druckschrift eine Energie von 165 mWsec angegeben, was einen Faktor von 27,5 bei der erforderlichen Laserleistung ausmacht. Damit werden Laser mit einer Dauerstrichleistung von einigen Kilowatt bei guter Strahlqualität erforderlich, um Näpfchen in Kupfer mit einer für die Druckindustrie annehmbaren Geschwindigkeit herzustellen. Eine solche Leistung kann aber mit der im vorangehenden beschriebenen Laseranordnung nicht erzeugt werden. Aus diesem Grunde ist es auch nur möglich, in eine Zinkoberfläche zu gravieren.
Weiterhin wäre bei einer solchen Anordnung für die Gravur von Kupferzylindern ein aufwendiger Modulator erforderlich. Modulatoren für sehr hohe Laserleistungen sind langsam, was zu einer Verringerung der Modulationsfrequenz und damit der Gravierfrequenz führt. Ist die Gravierfrequenz aber zu gering, diffundiert die Energie in die Umgebung des Bearbeitungsfleckes auf der Oberfläche, ohne ein Näpfchen auszuheben. Daher ist es erforderlich, neben der hohen Energie zum Ausheben auch eine hohe Leistung aufzubringen.
Will man die Vorteile der Kupferoberfläche nutzen und diese mit einem Laser gravie- ren, ist es unabdingbar, die zum Eindringen in die Oberfläche des Kupfers erforderliche hohe Leistungsdichte und die zum Aufschmelzen bzw. Verdampfen des Kupfers erforderliche hohe Energie aufzubringen. Dies ist aber bisher mit einem Festkörperlaser nicht gelungen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die beschriebenen Nachteile der Verfahren nach dem Stand der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zum Gravieren von Druckformen - vorzugsweise von Kupferzylindern für den Tiefdruck - mit einem Laserstrahl anzugeben, das mit einer geringeren Leistungsdichte und Energie auskommt und deshalb kostengünstig ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 8 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Beobachtung, daß sich die Absorpti- on der Kupferoberfläche für Lichtenergie stark erhöht, wenn ein Teil des Kupfers im Bearbeitungsfleck bereits verdampft ist. In der Druckschrift "Der Laser in der Druckindustrie" von Werner Hülsbuch, Seite 540, Verlag W. Hülsbusch, Konstanz, ist beschrieben, daß es bei der Materialbearbeitung bei Leistungsdichten ab typisch 107 bis 108 W/cm2 bei allen Materialien zu einer spontanen Verdampfung des Materials kommt, die mit einem sprunghaften Absorptionsanstieg verbunden ist, was besonders vorteilhaft ist, da dann anschließend die Laserleistung nicht mehr von der Metalloberfläche reflektiert wird.
Das Ziel der Erfindung ist, das Einsetzen des Aufschmelzens bzw. der Verdampfung des Kupfers und den damit verbundenen Anstieg der Absorption schon bei wesentlich geringeren Leistungsdichten zu erreichen. Wenn die Absorption durch die einsetzende Verdampfung entsprechend erhöht ist, genügt die geringere Leistungsdichte auch zur Fortsetzung des Abtragungsprozesses, so daß weiteres Material aus der Kupferoberfläche entfernt wird. Auf diese Weise wird es möglich, den Gravierprozeß aufrechtzu- erhalten und Näpfchen mit variabler Tiefe in die Kupferoberfläche zu gravieren.
Die Herabsetzung der Leistungsdichteschwelle für das Einsetzen der Verdampfung wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, indem durch eine Vorbehandlung des Tiefdruckzylinders die Absorption der Kupferoberfläche erhöht wird. Vor- zugsweise wird die Oberfläche in einer dünnen Schicht in eine chemische Kupferverbindung umgewandelt, die eine hohe Absorption für Laserlicht aufweist, beispielsweise in eine Kupferoxidschicht. Die chemische Umwandlung der Kupferoberfläche kann durch die Einwirkung von Säuren, Laugen oder Salzlösungen erreicht werden, wobei der Vorgang bei Bedarf durch Erwärmung oder auch durch Elektrolyse beschleunigt und intensiviert werden kann.
Nach einer alternativen Lösung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Kupferoberfläche eine dünne Schicht eines anderen Metalls mit höherer Absorption für das Laserlicht aufgebracht, vorzugsweise auf galvanischem Weg. Diese Metallschicht soll nicht wie bei den bekannten Verfahren so dick sein, daß die Näpfchen ausschließlich in dieses andere Metall graviert werden. Sie soll nur durch das Verdampfen dieser dünnen Schicht und die damit verbundene Erhöhung der Absorption die Leistungs- schwelle für die Kupferverdampfung herabsetzen. Die eigentliche Gravur der Näpfchen erfolgt dann in der Kupferschicht.
Eine weitere Lösung zur Erhöhung der Absorption der Kupferoberfläche ist das mechanische Aufbringen einer dünnen gut absorbierenden Schicht, beispielsweise einer Kunststoffschicht. Dazu können Techniken wie Aufdampfen, Aufsprühen, Aufschmelzen oder Lackieren verwendet werden, gegebenenfalls unterstützt durch einen nachfolgenden Einbrennvorgang. Auch hier soll die aufgebrachte Schicht nur die Einsatzschwelle für die Kupferverdampfung herabsetzen, so daß die eigentliche Gravur der Näpfchen dann in der Kupferschicht erfolgt.
Eine erhöhte Absorption der Kupferoberfläche kann schließlich auch durch eine Erhöhung der Rauhigkeit der Oberfläche erreicht werden, beispielsweise durch Ätzen der Oberfläche. Die Erhöhung der Rauhigkeit kann auch mit den zuvor genannten Lösungen kombiniert werden, d.h. nach der Erzeugung bzw. dem Aufbringen der dünnen absorbierenden Schicht wird diese Schicht noch zusätzlich aufgerauht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Gravieren einer Druckform mit einem Laserstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche der Druckform eine absorbierende Schicht aufgebracht wird, deren Absorption für das Laserlicht höher ist als die
Absorption des Druckformmaterials.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Schicht die für das Schmelzen oder Verdampfen des Druckformmaterials benö- tigte Laserleistung herabsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Schicht durch chemische Veränderung der Oberfläche der Druckform erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Schicht durch galvanische Abscheidung erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbie- rende Schicht durch ein mechanisches Verfahren wie Aufdampfen, Aufsprühen,
Aufschmelzen oder Lackieren aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorption der Oberfläche der Druckform durch Aufrauhen des Druckfomnmate- rials oder der absorbierenden Schicht erhöht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckform eine Tiefdruckform ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckformmaterial Kupfer ist.
PCT/DE2001/002590 2000-07-29 2001-07-11 Verfahren zum gravieren einer druckform mit laserstrahl Ceased WO2002009941A1 (de)

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DE2000136995 DE10036995A1 (de) 2000-07-29 2000-07-29 Verfahren zum Gravieren einer Druckform mit Laserstrahl

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