眾所周知，機械電磁式的凹版電子雕刻機是德國海爾（Hell GmbH）公司于1962年發(fā)明的。這與激光發(fā)明時間很接近。實際上，該公司的技術(shù)人員當時就試圖利用激光進行鍍銅滾筒的雕刻，但由于銅對光線的高反射率而未能成功，他們轉(zhuǎn)而投入高能電子束雕刻的研究并取得了成功。
凹印版的激光記錄開始于1977年，當時英國Crosfield Electronics公司曾使用激光在帶聚合物樹脂層的凹印滾筒上雕刻出網(wǎng)穴，制作出凹版滾筒。盡管由于質(zhì)量穩(wěn)定性等原因，該系統(tǒng)并沒有真正大量地投入實用，但作為一種有益的技術(shù)研究和探索卻為激光凹印版的制版指出了可以繼續(xù)發(fā)展的途徑。
今年5月在德國杜塞爾多夫舉行的印刷盛會Drupa 2000上，人們看到，激光印版記錄技術(shù)全進入實用化階段，除用于平印CTPlate的技術(shù)成為熱點以外，多家廠商都推出了凹印印版和柔性版的激光制作設(shè)備，成為CTP（Computer To Cylinder）的一個亮點。
就凹版網(wǎng)穴的類型而言，通常有四種類型，即：面積可變網(wǎng)穴、凹下深度右變網(wǎng)穴、面積和凹下深度都可變網(wǎng)穴、調(diào)頻網(wǎng)穴。在目前的技術(shù)發(fā)展水平上，這四種網(wǎng)穴的激光雕刻都已實現(xiàn)。
圖1 面積可變網(wǎng)穴的結(jié)構(gòu)
1．面積可變網(wǎng)穴
顧名思義，該類網(wǎng)穴僅通過改變其開口面積再現(xiàn)圖像的階調(diào)層次變化。顏色深處網(wǎng)穴面積較大，而顏色淺處網(wǎng)穴面積較小，肉穴的下深度不變。就此特點而言，類似于膠印網(wǎng)點的圖像再現(xiàn)原理。故此，該類凹版也稱為“網(wǎng)點凹版”。其網(wǎng)穴結(jié)構(gòu)如圖1所示。
應(yīng)當注意的是，雖然其圖像階調(diào)再現(xiàn)的基本原理與膠印粗似，但其網(wǎng)穴的結(jié)構(gòu)卻不能脫離凹印版的基本技術(shù)要求，這就是：必須形成并保留網(wǎng)墻，不能在印版上出現(xiàn)大面積的無網(wǎng)墻實地。因此，從網(wǎng)穴的微觀結(jié)構(gòu)上講，它與平印網(wǎng)點并不等同。
圖2 凹下深度可變網(wǎng)穴的結(jié)構(gòu)
2．凹下深度可變網(wǎng)穴
這是最典型的凹版網(wǎng)穴，常被稱為“經(jīng)典凹版”或“傳統(tǒng)凹版”。該類網(wǎng)穴僅通過改變其網(wǎng)穴下深度再現(xiàn)圖像的階調(diào)層次變化。顏色深處網(wǎng)穴凹下較深，而顏色淺處網(wǎng)穴凹下較淺，網(wǎng)穴的面積不變。其網(wǎng)穴結(jié)構(gòu)如圖2所示。
由于網(wǎng)穴面積相同，故網(wǎng)墻的厚度是等同的。
3．面積和凹下深度都可變網(wǎng)穴
在機械電磁式電子凹版雕刻機所雕刻的滾筒上常可見這種網(wǎng)穴，它是非激光式電雕凹版最常用的網(wǎng)穴類型。其網(wǎng)穴特點是：顏色深處網(wǎng)穴開口面積和凹下深度都大，而顏色淺處網(wǎng)穴開口面積和凹下深度都小，顯然網(wǎng)墻的厚度是不相等的。其網(wǎng)穴結(jié)構(gòu)如圖3所示。
4．調(diào)頻網(wǎng)穴
將調(diào)頻加網(wǎng)的原理應(yīng)用到凹版用到凹版上，可以生成調(diào)頻網(wǎng)穴凹版。其網(wǎng)穴特點是：面積相同，而在凹印版上出現(xiàn)的空間位置隨機變化。同樣，為了在圖像的暗調(diào)區(qū)域不出現(xiàn)大面積無網(wǎng)墻“地帶”，調(diào)頻網(wǎng)穴的空間位置應(yīng)受到合理的控制，不能完全隨機。其網(wǎng)穴結(jié)構(gòu)如圖4所示。
從原理上講，激光凹版雕刻是應(yīng)用一路或多路高能激光束，在滾筒表面的待雕材料（金屬層或基漆層）上，燒蝕出網(wǎng)穴或露銅的網(wǎng)穴形狀，直接形成網(wǎng)穴印版，或為后續(xù)加工網(wǎng)穴做好準備。
從上面所給出的基本原理可以知道，這其中包含了兩種略有差異的雕刻技術(shù)。第一種是用高能量激光直接雕刻滾筒金屬表面，形成凹版網(wǎng)穴（見下頁圖5左圖）。就目前的技術(shù)水準而言，直接雕刻銅層還未獲得成功。瑞士Daetwyler公司采取了雕刻鋅層的妥協(xié)方法，實現(xiàn)其激光雕刻的目標。第二種則是在銅滾筒上先涂覆黑色基漆層，用激光燒蝕網(wǎng)穴區(qū)域，使網(wǎng)穴處的銅層裸露出來，非網(wǎng)穴處由基漆保護抗蝕，待腐蝕后即可獲得凹下的網(wǎng)穴。這就是德國Hell公司在Drupa 2000上推出的HelioBeam C2000所采用的技術(shù)方案（見下頁圖5右圖）。
圖3 面積和凹下深度可變網(wǎng)穴的結(jié)構(gòu)
盡管從基本原理上兩者的差異似乎并不大，但從網(wǎng)穴特征、工藝過程等細節(jié)上分析，兩者還是各具特色的。
1．激光雕刻凹版基漆層技術(shù)
以德國Hell公司的HelioBeam C2000系統(tǒng)為代表，激光雕刻凹版基漆層技術(shù)成為Drupa 2000上激光雕刻凹版的新熱點。
德國Hell公司的激光雕刻凹版方案的實質(zhì)是：充分利用激光記錄的高分辨率，使激光在基漆上燒蝕出的網(wǎng)穴輪廓、文字、圖形輪廓達到高精度。網(wǎng)穴輪廓面積隨圖像顏色的深淺明暗而變化。因此，經(jīng)過后續(xù)腐蝕處理所得到的網(wǎng)穴屬于前述的“面積可變、凹下深度不變網(wǎng)穴”（實際上，在腐蝕過程中，網(wǎng)穴輪廓面積的大小仍然會在一定程度上影響網(wǎng)穴腐蝕深度）。熟悉膠印制版的人員會發(fā)現(xiàn)，這是“平印化”的凹版。
圖4 調(diào)頻網(wǎng)穴的結(jié)構(gòu)
長期以來，凹版制作中存在文字和圖形質(zhì)量低于膠印的問題。其原因是膠印制版通常使用1200－3000線／英寸的記錄分辨率記錄文字和圖文的輪廓，精度較高；而電子雕刻機的雕刻分辨率（網(wǎng)線數(shù)）較低，一般在60－140線／厘米，即150－356線／英寸。這樣的線數(shù)對圖像層次和細節(jié)的再現(xiàn)是可以的，但對于文字和圖形的輪廓質(zhì)量而言就顯得不足，以此分辨率雕刻出的文字和圖形邊緣不夠光滑，品質(zhì)與膠印不可同日而語，特別是雕刻小字號的文字時間問題更突出（見圖6）。
膠印網(wǎng)點是由多個激光曝光點組合成的，利用這一特點，人們可以做兩件事：第一，可以實現(xiàn)網(wǎng)點面積的多級變化。如果100％面積率的網(wǎng)點由16×16個記錄曝光點組合而成，則網(wǎng)點面積率可以有257級（包括0％）變化；第二，網(wǎng)點的形狀可以較為自由地設(shè)計，如將不同面積率的網(wǎng)點設(shè)計成不同的形狀，這樣可以相應(yīng)補償印刷過程中的網(wǎng)點擴大或網(wǎng)點縮小，使圖像的層次和顏色再現(xiàn)更趨完美。
圖5 激光凹版雕刻金屬鋅層（左）、基漆層（右）的原理
常見的機械電磁式電子雕刻機調(diào)刻刀的一次雕刻動作就生成一個網(wǎng)穴。網(wǎng)穴的形狀僅決定于雕刻刀的角度、滾筒轉(zhuǎn)速和雕刻頭的模向進給速度等，改變網(wǎng)穴形狀的自由度是比較小的。由此可知，非組合式網(wǎng)穴的形狀變化少，而且由于分辨率較低，文字和圖形的邊緣雕刻品質(zhì)不佳。為了解決這個問題，Hell和Daetwyler-Ohio公司的技術(shù)人采用過一些方法，例如Daetwyler-Ohio公司的TransCell技術(shù)在雕刻文字的筆劃時微量改變網(wǎng)穴的間距，使其間距變小，局部地增加雕刻分辨率；Hell公司除雕刻刀的微量移動外，還采用類似“反混淆技術(shù)”的方法，用小網(wǎng)穴補充在筆劃的鋸齒空隙處，從視覺效果上予以彌補。
文字、圖形邊緣精度低這一問題的真正解決途徑在于提高記錄分辨率。在HelioBeam C2000激光雕刻機上，由于采用“準平印方式”進行激光基漆燒蝕，可以用2540－5080點／英寸的高分辨率記錄圖文（激光光斑直徑5－10微米），雕刻分辨率是原來分辨率的10－20倍，因此從根本上解決了上述問題，提高了文字和圖形的再現(xiàn)質(zhì)量。同時，由于燒蝕出的每個網(wǎng)穴是由多個激光曝光點組合而成的，因此可以較為方便地設(shè)計網(wǎng)穴輪廓形狀，以改善圖像層次的傳遞效果。在HelioBeam C2000激光雕刻機上，除Hell公司原有的網(wǎng)穴形狀外，還可以產(chǎn)生其他網(wǎng)穴形狀。例如，該系統(tǒng)上產(chǎn)生的內(nèi)凹形網(wǎng)穴對補償印刷中的網(wǎng)點擴大有益。從原理上講，雕刻調(diào)頻網(wǎng)穴也是可以實現(xiàn)的。
提高雕刻分辨率引出了如何保證雕刻效率的問題。Hell公司的技術(shù)人員在HelioBeam C2000激光雕刻相上采用了多束激光并行曝光的方法，將功率為60瓦的新型纖維紅外激光（1110納米）分成8束（每束7．5瓦），對鍍銅滾筒上的基漆層進行熱燒蝕。纖維激光器產(chǎn)生的激光束質(zhì)量好、聚焦深度（景深）大，而基漆的性質(zhì)穩(wěn)定，僅在高能激光下得以汽化。
從雕刻制版工藝路線上觀察，采用該系統(tǒng)不必改變滾筒鍍銅、滾筒表面加工（車／磨／拋）的配置，僅需要在工藝流程中加入基漆涂布和腐蝕兩個步驟。系統(tǒng)可以比較方便地與原有的雕刻工藝共存，即加工好的帶銅層滾筒既可以進行機械電磁式雕刻，也可以經(jīng)過基漆涂布進入HelioBeam C2000進行激光雕刻，再經(jīng)過腐蝕和去除基漆層得到凹版滾筒。隨后進行的鍍鉻等工藝布置也是相同的。因此，該系統(tǒng)具有較高的工藝靈活性。
圖6 膠印版和凹版上文字的邊緣質(zhì)量
在Drupa 2000上，Daetwyler-Ohio公司推出的Digilas激光雕刻系統(tǒng)也屬于同類的激光燒蝕基漆層系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用1束或2YAG激光（1064納米），雕刻記錄的分辨率為1250－2540點／英寸（激光光斑直徑10－20微米）。
日本Think Lab公司也在Drupa 2000上推出了其TB－21系列激光雕刻系統(tǒng)FP－20／40／80。該系統(tǒng)采用多束激光對感光抗蝕層進行曝光，隨后經(jīng)過顯影加工使網(wǎng)穴處理的銅層裸露出來，再進行銅層網(wǎng)穴腐蝕，得到凹版滾筒。其基本特征雖與上述兩個公司的系統(tǒng)類似，但其激光記錄的是感光層，需要進行顯影加工，而未采用基漆燒蝕方法。
2．激光雕刻金屬鋅層技術(shù)
瑞士Daetwyler公司是一個勇于探索的公司，在Drupa 2000舉辦之前，他們與美國Ohio電雕機公司合并成立了Daetwyler-Ohio公司，以面對雕刻技術(shù)領(lǐng)域的競爭。在1995年的Drupa上，該公司首次推出了雕刻金屬鋅的系統(tǒng)LaserStar。系統(tǒng)采用單束氬離子激光雕刻，雕刻深度為35000－70000網(wǎng)穴／秒。當時，以“傳統(tǒng)凹版的復(fù)興”為口號，展示了其凹下深度可變、具有“影寫凹版”特征的網(wǎng)穴。該公司還進行調(diào)頻圖像激光雕刻系統(tǒng)的開發(fā)。
圖7 7個激光點組合成1個網(wǎng)穴
從激光記錄技術(shù)上看，曝光光斑尺寸不變，用圖像記錄信號調(diào)制激光的記錄強度，即可雕刻出上述特征的網(wǎng)穴。一次激光曝光即產(chǎn)生一個網(wǎng)穴。這一技術(shù)的關(guān)鍵之處是：為了保證圖像層次再現(xiàn)，對激光曝光強度的精確控制。如果圖像數(shù)字信號為8位，可以攜帶256級圖像層次信息，要求激光能量也精確地控制為256等級，在數(shù)十至數(shù)百微米的范圍內(nèi)雕刻出多級深度的網(wǎng)穴。圖像層次的再現(xiàn)依賴于激光雕刻精度控制。由于網(wǎng)線數(shù)在70－200線／厘米，在此雕刻分辨率下，文字和圖形的輪廓精度尚可，但并不很高。
主要參數(shù) 系統(tǒng)類型 Hell C2000 Daetwyler LaserStar
雕刻介質(zhì) 基漆層 金屬鋅層
激光類型 纖維激光 氬離子激光
激光束 8 1
網(wǎng)穴線數(shù)
（線／英寸，LP1） 152－356 178－508
雕刻記錄分辨率
（／英寸，dpi） 2540－5080 178－508（非組合式網(wǎng)穴）
530－1500（組合式網(wǎng)穴）
工藝流程 可兼容原有銅層加工工藝，增加基漆涂布、銅層腐蝕 建立鋅層加工流水線
主要參數(shù) 系統(tǒng)類型 Hell F2000 Daetwyler SaserStar
雕刻介質(zhì) 光聚合物材料 光聚合物材料
激光類型 纖維激光（1110納米） YAG激光（1064納米）
激光束 8 1－2
印版材料尺寸（毫米） 1600×1200 1100×1600或1524×2032
雕記錄分辨率
（點／英寸，dpi） 1270－2540 1270－2540
為了改善雕刻質(zhì)量，該公司又在提高雕刻分辨率的基礎(chǔ)上，推出了多光束組合網(wǎng)穴。具體的實現(xiàn)方法是用7個激光曝光點組成一個網(wǎng)穴（雕刻分辨率為原來的3倍），這樣雕刻的網(wǎng)穴（見圖7）為“面積和凹下深度都可變”類型。網(wǎng)穴的面積率可以有7級變化而凹深有多級變化。分辨率的提高可以改善文字和圖形的雕刻質(zhì)量，同時，網(wǎng)穴面積的多級變化又可以降低對激光強度調(diào)制的精度要求。
從雕刻工藝流程上看,因為雕刻對象是金屬鋅層，因此需要為鍍鋅、鋅層表面加工等建立生產(chǎn)線。
從上面所進行的技術(shù)比較，可以得到目前激光凹版雕刻技術(shù)的類型、技術(shù)水平、網(wǎng)穴特征和工藝滾程構(gòu)成。表1對上述各項內(nèi)容進行了簡單的歸納。
柔性版材料的激光雕刻同樣可以利用高能激光進行曝光形成凸版網(wǎng)點。在Drupa 2000上，Hell公司和Daetwyler-Ohio公司都展示了柔性版激光雕刻系統(tǒng)。兩個公司的系統(tǒng)都使用激光直接對單張柔性版或柔性版套筒進行曝光（見表2），形成柔性印版。系統(tǒng)的基本配置與凹版激光雕刻系統(tǒng)類似。具體性能如表2。
綜上所述，激光雕刻制版技術(shù)正處在穩(wěn)步發(fā)展的過程中，隨著激光技術(shù)、印版材料等科技的發(fā)展，它在凹版和柔性版制版領(lǐng)域還將取得更大的進展。
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