1. Про якість поелементного запису зображення
2. Про записуваних поверхнях
3. Реєстрація зображення на світлочутливих матеріалах
4. Реєстрація зображення на термочутливих матеріалах

1 - 2011

Ю.Н. Самарін, МДУП ім. Івана Федорова

У сучасних процесах, що використовують технологію CtP, при виготовленні форм офсетного і флексографічного друку застосовується поелементно запис зображення, яку здійснюють формовиводние пристрою за допомогою лазера. Не називаючи конкретних постачальників CtPустройств, перерахуємо типи лазерів, які використовуються в цій технології (рис. 1):

• червоні гелійнеоновий (HeNe) газові лазери з довжиною хвилі λ = 633 нм;
• блакитні аргоніонние (Ar +) газові лазери з довжиною хвилі λ = 488 нм;
• червоні малопотужні лазерні діоди (IR) з довжиною хвилі λ = 670 680 нм;
• ультрафіолетові аргоніонние (Ar +) газові лазери з довжиною хвилі λ = 350 364 нм;
• інфрачервоні потужні газові СО2лазери з довжиною хвилі λ = 10 600 нм;
• інфрачервоні потужні лазерні діоди (IR) з довжиною хвилі λ = 830 870 нм;
• інфрачервоні потужні твердотільні лазери на іттрійалюмініевом гранаті з неодимом (ND: YAG) з довжиною хвилі λ = 1064 нм (з лампової або напівпровідникової накачуванням);
• зелені твердотільні лазери на іттрійалюмініевом гранаті з неодимом подвоєною частоти (FD: YAG) з довжиною хвилі λ = 532 нм;
• ультрафіолетові твердотільні лазери на іттрійалюмініевом гранаті з неодимом потроєною частотою (ND: YAG) з довжиною хвилі λ = 354 нм;
• фіолетові лазерні діоди (IR) з довжиною хвилі λ = 400 410 нм;
• інфрачервоні волоконні лазери (Faser від Fibre Laser) з напівпровідникової накачуванням з довжиною хвилі λ = 1112 нм.

Мал. 1. Діапазони потужностей і довжини хвиль лазерів

В останніх моделях лазерних CtPустройств для експонування світлочутливих пластин застосовуються лазерні діоди з фіолетовим випромінюванням (400410 нм), а для експонування термочутливих - потужні лазерні діоди з інфрачервоним випромінюванням (830 нм).

Чому саме лазери знайшли застосування в цій технології? Монохроматичність їх випромінювання і його мала розбіжність дозволяють за допомогою оптичної системи сфокусувати лазерний промінь у пляма розміром, порівнянним з довжиною хвилі випромінювання. При цьому чим менше довжина хвилі, тим меншого розміру пляма можна отримати. У різних вивідних пристроях, в залежності від використовуваного типу лазера і конструкції оптичної системи, скануючий пляма може формувати мікроточки розміром від 5,2 до 30 мкм.

Висока інтенсивність лазерного випромінювання також є визначальним фактором швидкісних характеристик формовиводних пристроїв, оскільки від щільності енергії, зосередженої в скануючому плямі, залежить час експонування світлочутливих або термочутливих формних матеріалів.

Про якість поелементного запису зображення

Якість поелементного запису зображення визначається в основному роздільною здатністю пристрою виведення, відповідністю діаметру d мікроточки (рис. 2) вирішенню записи, а також характером розподілу енергії випромінювання в світловому промені, що формує мікроточки. Якість зображення тим вище, чим вище дозвіл записи. В даний час формовиводние пристрої забезпечують дозвіл до 12 000 dpi (друк захищеної продукції, при цьому потрібно якісний папір), хоча в більшості випадків досить 2400 або 2540 dpi.

Мал. 2. Схема формування зображення при поелементного запису: а - однієї мікроточки; б - поруч мікрокрапок; в - матрицею з мікрокрапок

Діаметр формованої при поелементного запису мікроточки теоретично повинен бути дорівнює величині, зворотній вирішенню, тобто d = 1 / R. Насправді, щоб гарантувати стикування двох сусідніх точечнорастрових рядків в записуваному зображенні без їх видимого розбіжності, діаметр мікроточки роблять на 1020% більше. Це забезпечує невелике перекриття мікрокрапок в двох сусідніх рядках. При зміні дозволу записи (а більшість формовиводних пристроїв можуть записувати з різним дозволом) діаметр мікроточки повинен змінюватися пропорційно дозволу. Властивість формовиводного пристрою змінювати розміри записуючої мікроточки на поверхні реєструючого матеріалу пропорційно зміні дозволу запису зображення називається лінійністю вивідного пристрою.

Тривалість процесу поелементного запису прямо пропорційно залежить від формату зображення, яке записується і обернено пропорційно - від швидкості запису вивідного пристрою. Швидкість запису тим вище, чим більше швидкість рядкової і кадрової розгортки, і тим менше, чим вище дозвіл записи. На швидкість запису впливають потужність джерела оптичного випромінювання і його спектральна характеристика, яка повинна відповідати найбільшій чутливості реєструючого матеріалу. Швидкість поелементного запису зображення визначається як кількість сантиметрів експонованого формного матеріалу максимальної ширини для конкретного формовиводного пристрою в хвилину.

Про записуваних поверхнях

Властивість записуваної поверхні (зазвичай верхнього шару) матеріалу реагувати на випромінювання при експонуванні називається чутливістю. У друкарських процесах використовуються матеріали, що володіють світлочутливістю і термочутливість, тобто чутливі до світлового випромінювання і впливу температури. Світлочутливі і термочутливих матеріали характеризуються спектральної чутливістю - розподілом чутливості реєструючого матеріалу по спектру довжин хвиль випромінювання. У цьому розподілі, як правило, можна виділити інтервал довжин хвиль, при якому матеріал найбільш активно змінює свої фізико-хімічні властивості.

Реєстрація зображення на світлочутливих матеріалах

Отримання зображення шрифтових знаків, штрихових і півтонових растрових зображень в деяких формовиводних пристроях засноване на фотографічному дії світлового випромінювання на світлочутливий шар формного матеріалу протягом експонування. Світлочутливий шар в основному складається з мікрокристалів галогенідусрібла, зважених в тонкій желатиновой плівці, нанесеної на яку-небудь підкладку, наприклад на електрохімічне зернового і анодовану алюмінієву пластину. Мікрокристали в шарі тим крупніше, ніж більше світлочутливість матеріалу. Зі збільшенням розмірів мікрокристалів відповідно збільшується товщина світлочутливого шару і маса галогенідусрібла, яка припадає на одиницю поверхні матеріалу.

Галогеніди срібла є напівпровідником, в якому під дією світла з'являються вільні електрони - по одному на кожен поглинений квант світла. Ці електрони, з'єднуючись з іонами срібла, завжди наявними в междоузлиях кристалічної решітки, утворюють атоми срібла. З'єднання відбувається на невеликих дефектах решітки, які називаються центрами світлочутливості. Це процес утворення прихованого фотографічного зображення. Потім світлочутливий шар піддають фотохімічної обробки: прояву і фіксування.

Після хімічної обробки світлочутливий шар відтворює оптичне зображення у вигляді деякого розподілу оптичної щільності D, яка визначається виразом:

D = lg (l / ρ) = - lg ρ,

де ρ = Фρ / Ф 0 - коефіцієнт відбиття, що характеризує здатність матеріалу (зображення на непрозорій основі) відображати падаюче на нього світловий потік Ф 0;
Фρ - світловий потік, відбитий від матеріалу.

Оптичної щільності D = 0,05 відповідають значення ρ = 0,9; D = 1 - ρ = 0,1; D = 2 - ρ = 0,01 і т.д.

Залежність оптичної щільності D від експозиції для даного світлочутливого шару виражається у характеристичну криву, яка представляє собою графік залежності D = f (lg H). Кожна характеристична крива виражає властивості конкретного фотослоя.

Оптична щільність D0 хімічно обробленого світлочутливого шару, що не піддається впливу світла, називається оптичною щільністю вуалі.

Світловий потік, що несе зображення мікроточки в формовиводних пристроях, потрапляє на світлочутливий шар. Оптична щільність зображення на цьому шарі після його прояви буде тим більше, чим більше експозиція.

На характер розподілу оптичної щільності D в сфальцьованому плямі на світлочутливому матеріалі і відповідно в зображенні мікроточки після фотохімічної обробки плівки впливає розподіл енергії в апертурі лазерного пучка. Точки зображення, у яких оптична щільність на краях дуже різко змінюється від максимального значення до мінімального, називають жорсткими, а точки з більш плавним зміною оптичної щільності на краях - м'якими (рис. 3). У зв'язку з тим, що растрова точка зображення формується з певної кількості м'яких або жорстких мікрокрапок, поняття жорсткості може бути застосовано і до растрових точок (рис. 4).

Мал. 3. мікроточки зображення

Мал. 4. Збільшений мікроденсітометріческій скан точки растра

При запису зображення з невисокими лініатурами растра (133, 150 lpi) вплив жорсткості точки практично невловимо, а з урахуванням похибок власне друкованого процесу і зовсім зникає. Для друку при високій линиатуре жорсткість променя починає грати принципову роль, так як для досягнення таких линиатур потрібно адекватне зменшення діаметра скануючого лазерного плями.

Реєстрація зображення на термочутливих матеріалах

Реєстрація зображення на термочутливих матеріалах в вивідних пристроях здійснюється під дією інфрачервоного лазера, який використовується в якості джерела енергії теплового впливу, здатного не тільки нагріти речовину до будь-якої необхідної температури, але і розплавити і випарувати практично всі відомі речовини і матеріали завдяки виключно великій концентрації енергії. Встановлено, що тривалість процесів передачі енергії при тепловій дії лазерного випромінювання лежить в діапазоні
1011 ... 108 с. У процесах запису зображення в вивідних пристроях при допустимій неточності відтворення країв штрихових зображень 510 мкм максимальна тривалість наростання і спаду температури нагріву на краях штрихів повинна мати порядок 107 с. Отже, мінімальний час, необхідний для нагрівання матеріалу лазерним випромінюванням для забезпечення якісного запису, принаймні на порядок більше характерного часу обміну енергією між лазерним випромінюванням і оброблюваних матеріалом.

Таким чином, при розрахунках результатів теплового впливу лазерного випромінювання на речовину в процесі реєстрації зображення можна вважати, що при падінні на речовина це випромінювання миттєво виділяє в ньому теплоту, утворюючи внутрішнє джерело енергії, характер якого залежить від прозорості речовини.

При проходженні випромінювання через прозоре речовина теплова енергія не виділяється, якщо не брати до уваги втрат на локальних неоднорідностях, що знижують променеву стійкість матеріалу і визначають якість оптичних матеріалів.

При падінні випромінювання на непрозоре речовина деяка частина енергії цього випромінювання відбивається від його поверхні, а інша частина виділяється у вигляді теплоти в шарі, товщина якого залежить від ступеня поглинання випромінювання даним матеріалом. При малій швидкості поглинання випромінювання речовина є напівпрозорим, теплота виділяється в ньому в обсязі, пронизує лазерним променем, і поширюється від цього обсягу в результаті теплопровідності в сторони. При значній швидкості поглинання випромінювання його вплив призводить до поверхневого нагрівання матеріалу з поширенням його в товщу за експоненціальним законом.

У всіх випадках важливо оцінити, яка частина енергії випромінювання відбивається від опромінюваної поверхні, а яка поглинається у вигляді теплоти. Встановлено, що при опроміненні неметалів це питання не має практичного значення, якщо лазерне випромінювання направляється приблизно перпендикулярно до поверхні матеріалу. В цьому випадку переважна частина енергії випромінювання поглинається і тільки невелика її частина (близько 10%) відбивається. При падінні лазерного випромінювання під невеликим кутом до поверхні коефіцієнт відображення істотно зростає, але цей випадок зазвичай не має практичного значення в реальних процесах нагрівання речовин лазерним випромінюванням. Таким чином, можна вважати, що при нагріванні неметалічних матеріалів лазерним випромінюванням практично вся енергія цього випромінювання витрачається на нагрів матеріалу.

Значення коефіцієнта відбиття випромінювання від металевої поверхні істотно залежить від довжини хвилі випромінювання. Мінімальні відображення характерні для ультрафіолетової області спектра. При переході в інфрачервону область коефіцієнт відображення практично для всіх металів досягає 90% і більше. Тому використовувати для нагріву металів випромінювання лазерів на вуглекислому газі з довжиною хвилі близько 10 мкм економічно недоцільно, незважаючи на те що ці лазери характеризуються відносно великим значенням коефіцієнта корисної дії.

При нагріванні матеріалів розрізняють наступні ступені їх нагрівання:

• помірний нагрів матеріалів до настання щодо енергоємних физикохимических перетворень речовини (фазові переходи, хімічні реакції, полімеризація, руйнування структурних зв'язків і т.д.);
• плавлення;
• руйнування (абляція) речовини (головним чином випаровування).

У формних пластинах з термослоямі друкують і пробільні елементи формуються під дією лазерного інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі 830 нм і вище. При цьому друкують і пробільні елементи друкарської форми можуть формуватися за принципом безпосереднього теплового впливу на термошар, в якому експоновані ділянки переходять з гідрофільного в гидрофобное стан або за принципом дифузійного перенесення зображення в багатошарових структурах, або за принципом подвійного шару, при якому після впливу ІКізлученія друкують і пробільні елементи формуються в різних шарах, утворюючи мікрорельєф зображення. Термопластини нечутливі до денного світла.

Процес обробки цих пластин після експонування складається з трьох ступенів: попереднього випалу, прояви, випалу.

Термопластини чутливі тільки до певної довжині хвилі енергії експонування без будь-якої градації (тобто немає поняття «більше - менше», а тільки «так - ні»). Якщо енергії менше, ніж необхідно, то пластини не проекспоніруется; якщо більше - то це не має значення і не буде ніяких наслідків. Завдяки такому цифровому властивості ( «так - ні») якість форм стає передбачуваним і контрольованим.

Звичайно, не всі системи термоекспонірованія однакові. У більшості пристроїв для запису на термочутливих матеріали формовані мікроточки розташовуються один щодо одного так, щоб в результаті отримати растрову точку потрібної форми, наприклад у вигляді кола, еліпса і т.д. Оскільки промінь експонує лазера круглий, то точка не завжди точно відповідає квадратної растрової сітці, тому повинна задаватися з запасом, щоб уникнути пустот в остаточному растре. Це веде до збільшення розмірів точки на формі. Однак суттєвим є те, що у такий лазерної точки енергія зменшується від середини до країв. Відповідно точне положення порогового рівня енергії, при якому пластина починає експонуватися, має невизначений розмір. Це призводить до коливань остаточних розмірів точки. Тому що отримується растрова точка і відповідний результат друку не цілком передбачувані (рис. 5 а).

Мал. 5. Освіта растрових точок в системах CtP при записі: а - м'якої круглої точкою; б - жорсткої квадратної точкою

Дані дві проблеми - форма лазерної мікроточки і відповідний їй профіль розподілу енергії, що роблять негативний вплив на точність, передбачуваність і стабільність процесу, - можуть бути вирішені при експонуванні пластин квадратної лазерної мікроточки, у якій фактично немає перерозподілу енергії лазера за площею від її центру до країв . Завдяки своїй формі квадратні точки прилягають один до одного дуже точно, що дозволяє отримати в результаті растрову точку потрібної форми. За відсутності перерозподілу енергії мікроточки прогнозована і однорідна (рис. 5 а, б).

Реєстрація зображення на термочутливих матеріалах для отримання офсетних друкарських форм застосовується також у деяких цифрових друкарських машинах, всередині яких вона виготовляється. Такі цифрові друкарські машини відносяться до класу DI (Direct Imagigng) і використовуються в технології ComputertoPress ( «комп'ютер - друкарська машина»). Реєстрація зображення на формі може здійснюватися способами обробки тонких плівок і термопереноса полімеру з його носія (передавальної стрічки) з подальшим термічним закріпленням на поверхні форми.

КомпьюАрт 1'2011