CN102307730B - 用于制造网纹辊的方法 - Google Patents

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Abstract

用于网纹辊油墨机组的网纹辊通过短脉冲激光器雕刻，其中，雕刻出的小穴或沟纹的横截面轮廓通过重复运行的激光器的多个脉冲加工出。所述激光器的脉冲能量和平均功率这样选择或调节，使得每小时剥离掉至少0.5cm3的材料。接着，辊表面通过机械的精加工步骤平整或清洁。

Description

用于制造网纹辊的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造网纹辊的方法，特别是例如那些以名称“网纹辊”在胶版印刷机的所谓的短油墨机组中用于与刮刀或腔式刮刀结合使用来将油墨从油墨储备容器中取出并且通过另外的辊朝印版的方向输送。但是网纹辊也在上光机组中使用以便计量待施加的亮油量并且除了胶版印刷也在其他印刷方法例如苯胺印刷或在相应的机器中使用。已经公知的是，将以前借助于腐蚀过程结构化或者机械地通过侵入到钢制辊体上的软铜皮中的雕刻刀雕刻的网纹辊现今也利用激光工具雕刻。例如在杂志“苯胺和凹版印刷”中(2004年第二期)出现的文章“用于印刷机的通用网纹辊”描述了这种方法。
背景技术
目前，设置用于在网纹油墨机组中使用的网纹辊为了更高使用时间的目的在表面通常设有硬的陶瓷层。但是在这种辊的激光雕刻中出现问题。常常在相对短的使用时间之后已经在印刷图像中出现条纹，其原因是，陶瓷微粒从网纹辊上脱落、卡在刮刀的刀刃上并且然后在辊表面上产生沟槽。其原因在于激光雕刻的制造过程。因为在那里迄今为止使用热YAG激光器或CO2激光器，其激光脉冲使材料从由其产生的凹部中部分地蒸发、但是部分地也以熔融液态逐出，然后所述材料在产生的凹部的两侧作为“山峰”沉积在表面上。
此外，因为现在待雕刻的小穴或沟纹在辊沿圆周方向(即在横截面轮廓中)旋转时用唯一的持续时间相对长的高能激光脉冲一次逐出并且(只要其涉及长形延伸的小穴或沟纹)沿纵向方向通过多重并排放置的凹部产生所述小穴或沟纹，即，当辊继续旋转约一圈时在该生产过程中得到沿着沟纹延伸的由熔融的陶瓷材料构成的单个的鳞片流。它们不能特别良好地附着在彼此上或附着在辊表面上并且因此容易地通过刮刀在印刷运行中折断，由此在辊表面中产生沟槽，所述沟槽在印刷图像中可导致前述的条纹。为了解决该任务已经建议的是，使陶瓷辊表面在激光雕刻之后在此用激光器加热到稍低于熔融温度，以便由此使裂纹和孔隙闭合并且使表面致密，这在EP 1 967 381 A2中有所描述。由此，虽然延长了网纹辊的使用时间，但是也延长了制造过程，因为通过所述表面的所述附加的过熔或过烧结步骤需要显著的附加时间。总体上，对于直径为180毫米和长度为560毫米的网纹辊来说，按照所述方法的雕刻持续约10至12小时。
此外建议，为了解决所述问题，这样地调节所使用的激光器的脉冲形式，使得在强的第一激光脉冲之后立即进行不太强的第二脉冲，通过所述第二脉冲应使得通过第一激光脉冲产生的凹部和保持在凹部之间的桥接部平整和硬化。例如在2001年11月29日编号为44的杂志“Deutscher Drucker”中描述了这种以名称“超熔”技术公知的方法。尽管利用所述方法可改善激光雕刻的网纹辊的使用时间，但是仍不能达到足够的数量级。值得期望的是，在更换和再修理网纹辊之前例如达到最高50百万转的使用寿命。
也已经建议，在通过CO2激光器雕刻的小穴旁边熔融的材料接着在多个磨削循环中用更精密的金刚石磨料磨削至期望的表面粗糙度(EP 0 396114 B1)在每个第二磨削循环之后测量辊的表面粗糙度和汲取体积，以便确保通过磨削过程不会使期望的优化“过度”。这是费事的过程，其难于再现并且花费很多时间。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种用于激光雕刻具有陶瓷表面的网纹辊的制造过程，利用所述制造过程可以实现辊的高寿命，为此无需大大延长制造过程本身。
所述任务通过权利要求1特征部分给出的措施解决。
根据本发明，在激光雕刻时通过重复运行的短脉冲激光器产生凹部，其中，分别采用多个激光脉冲以便在横截面轮廓中加工出一个凹部。
即，在此为了制造网纹辊动用本身公知的短脉冲激光器。所述激光器提供非常短的在几百纳秒范围内或以下的持续时间的光脉冲并且在小焦点范围内产生非常高的能量密度，由于所述能量密度，需去除的材料基本上被剥离或蒸发并且不会或在非常小的范围内沉积在所述桥接部上，刮刀在所述桥接部上滑动。
如已经证实的那样，被剥离的材料以一种方式附着在网纹辊的桥接部上，使得这些剩留的残余可通过短的不太费事的精加工过程例如通过珩磨、研磨或抛光或者通过清洁过程无喷溅地去除掉。手动的过抛光或将残留物从以所述方式用短脉冲激光器雕刻的辊上擦除已经足以在那里产生极其光滑且耐用的表面，刮刀在所述表面上滑动。
使用飞秒范围内的超短激光脉冲来使材料微结构化虽然本身是公知的并且例如在物理的55页(1999年，Nolte、Momma、Chickov和Welling的文章编号6，第41页)中有所描述。但是用于印刷机油墨机组的网纹辊的制造没有被称为应用领域并且也没有描述在制造这种网纹辊时出现的问题及其消除方式。目前，飞秒激光器也不能够以对于雕刻可接受的几个小时的加工时间剥离掉在网纹辊中所需的材料量。因为为此所需的能量密度和能量量在目前可能的脉冲重复率的情况下不能集中到激光脉冲中。按照本发明所采用的激光器、优选光纤激光器或圆盘激光器提供20皮秒与200纳秒之间范围内的激光脉冲并且提供10瓦至多个100瓦之间范围内的平均激光功率。重要的是，所采用的短脉冲激光器提供足够的能量密度以便使耦合入的光能量最佳地用于剥离待加工的材料。此外，到达材料上的平均功率必须足够高以便例如在具有陶瓷表面(其典型地具有3cm3的汲取体积)的网纹辊的情况下每小时去除掉0.5cm3的陶瓷材料。因为否则将使得用于激光雕刻辊的加工时间不允许地变长或者在同时采用多个激光器的情况下使得设备技术耗费太高。
适于加工网纹辊的短脉冲激光器产生例如波长为1065nm、脉冲持续时间符合目的要求地处于200纳秒以下(优选在100与150纳秒之间)的激光束脉冲。已经证实，在200纳米的脉冲持续时间以下，在陶瓷材料中产生的用于材料去除的热能足够小并且不会在待雕刻的小穴的边缘上产生大规模的熔融。用2至6千瓦的脉冲最大功率可容易地实现在网纹辊中在网纹辊油墨机组中常见的小穴深度，其中，为了加工出横截面轮廓分别使多个脉冲前后相继地排列，典型的是视小穴或沟纹的宽度和深度而定采用5至100个激光脉冲。利用所述脉冲数量可产生具有相对光滑平整侧壁的凹部并且此外也可以这样地影响小穴或沟纹的横截面侧壁形状，使得与本文开头所述类型的其他方法相比得到良好地适于小穴的油墨输出特性/油墨接收特性的几何结构。必要时以多个循环雕刻网纹辊，从而使得横截面形状在多个上下叠置的层中通过激光脉冲加工出。激光器的脉冲重复率为多个100,000kHz。通过这种方式可在100与1000转/分钟的转速的情况下在几小时内雕刻规格为35/50cm的用于印刷机组的辊。符合目的要求的是，在所述激光雕刻后面跟随着精加工步骤和/或清洁步骤，例如在与在前面的激光雕刻本身中相同的辊夹紧装置中，但是所述精加工步骤或清洁步骤也可以手动进行，例如通过过抛光或利用清洁介质擦拭激光处理过的辊，要么仍在所述夹紧装置中要么在将辊从所述夹紧装置中取出之后。在超声波浴中清洁所述辊也可以是足够的并且在很多情况下也可以完全取消所述精加工步骤。
具体实施方式
本发明的其他优点从下面对实施例的说明中得出。
实例1：
a)提供设有轴颈的由ST52钢制成的辊体，该辊体具有560mm的滚筒长度L并且滚筒外套直径D为180mm。被车削成形状的辊体接着在等离子体喷射设备中在滚筒外套上设有0.275mm厚度的氧化铬层。
b)接着，滚筒表面借助于陶瓷键合的金刚石磨削盘以0.01mm的公差磨削成滚筒形状。最后，滚筒表面在转速为200转/分钟和进给量为200mm/分钟、压紧力为2.5bar的珩磨机中平整三遍。在此使用粒度为2000的珩磨石。被这样处理过的滚筒表面因此具有RZ＝1.9μm的粗糙度。
c)然后，将被这样处理过的辊体放入到激光加工设备中。所述设备包含重复运行的镱-光纤激光器，其在脉冲重复率为500kHz的情况下具有130ns的脉冲持续时间。所述激光器的平均功率为150W，其提供2.5kW的脉冲最大功率。所述激光器被调节到所述值上是为了在滚筒表面上在520毫米的长度上在桥接部宽度为约20μm的情况下雕刻平均深度为20μm和平均宽度为90μm的沟纹。
所述沟纹应在90L/cm的线条安排的情况下在多个陡螺旋线中在滚筒表面上延伸。但是因为雕刻过程在工件快速旋转时沿圆周方向进行，因此激光器的脉冲可非常精确地与辊的转速同步。所述转速在考虑500kHz的最大脉冲重复频率并且150W的激光器平均功率的情况下调节到750转/分钟，以便实现所需的沟纹宽度和深度。在此，在沟纹的横截面上分别得到6个脉冲，在所述脉冲在沟纹之间在桥接部的区域中分别短时中断之前(也就是说在那里2个激光脉冲被抑制)，利用所述脉冲从所述材料中加工出横截面形状。
激光器单元沿着滚筒轴线的进给量为5μm每辊转，也就是说，在设定的750转/分钟的转速的情况下，雕刻过程在560毫米的滚筒长度L上持续约2.4小时。在所述时间内，在待雕刻的0.3m3的面中去除掉约1.5cm3。接着，所述辊以相同的设定再次在第二循环中被雕刻，以便实现沟纹的20μm的期望平均深度。总之，然后对于雕刻在4.8小时的总加工时间期间得到3cm3的材料去除。
d)被这样结构化后的网纹辊接着经历第二精加工步骤。在此，雕刻后的表面用粒度为4000的珩磨石以约1bar的小压紧力在600mm/分钟的进给量的情况下以200转/分钟的转速平整两遍。
被这样处理过的辊可接着装入到SM52型页张胶版印刷机的印刷机组中并且在那里用作网纹辊。从陶瓷涂层到最终精加工过程的总加工过程持续5.5小时。
实例2：
在此与实例1的制造过程相比，加工步骤b)进行下述改变：用粒度为4000的珩磨石以1.5bar的压紧力珩磨四遍。被这样处理过的滚筒表面因此具有RZ＝1.5μm的粗糙度。
在接下来的激光雕刻中，在激光器的其他设定相同的情况下将辊转速降低到250转/分钟并且将轴向进给提高到7.5μm/转。在简单地扫过辊表面的情况下已经可以获得平均深度为约20μm的足够工整的沟纹，从而可放弃再次雕刻。
在激光雕刻(步骤c))之后，被结构化后的网纹辊不被再次珩磨，而是手工抛光约10分钟。这样获得的网纹辊具有与实例1一样好的特性。

Claims (29)

1.用于借助于激光雕刻制造用于胶版印刷机或者苯胺印刷机的油墨机组或上光机组的网纹辊的方法，在该方法中，在可具有陶瓷表面的辊中通过借助于激光辐射进行的材料去除加工出凹部，其特征在于下述步骤： 
-通过重复运行的短脉冲光纤激光器产生所述凹部，所述短脉冲光纤激光器提供至少2kW的脉冲最大功率和至少80瓦的平均功率， 
-在脉冲重复率在100与1000kHz之间时，分别采用在5至100个之间的激光脉冲以便在横截面轮廓中加工出凹部， 
-所述短脉冲光纤激光器被这样选择或调节，使得其每小时从辊表面上剥离至少500mm3的材料。 
2.按权利要求1所述的方法，其中，所述凹部是小穴或沟纹。 
3.按权利要求1所述的方法，其中，所述辊表面接着通过机械的精加工步骤平整和/或清洁。 
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，所述精加工步骤和/或清洁步骤在与先前的激光雕刻步骤中相同的辊夹紧装置中进行。 
5.按权利要求3所述的方法，其中，所述精加工步骤和/或清洁步骤手动进行。 
6.按权利要求3所述的方法，其中，所述清洁步骤在超声波浴中进行。 
7.按权利要求1所述的方法，其中，对于雕刻所使用的激光器产生脉冲持续时间在低于200ns范围内的辐射脉冲。 
8.按权利要求1所述的方法，其中，用于加工出所述凹部的横截面轮廓的激光脉冲的数量在10至50个之间。 
9.按权利要求1至8中任一项所述的方法，其用于加工具有金属芯和陶瓷外套的辊。 
10.按权利要求9所述的方法，其中，陶瓷层是氧化铬，其施加在金属辊体上。 
11.按权利要求10所述的方法，其中，陶瓷层是氧化铬，其通过蒸镀、溅射或等离子体喷射方法涂覆在金属辊体上。 
12.按权利要求10所述的方法，其中，在对辊进行激光雕刻之前在金属辊体的外套上涂覆陶瓷层并且将陶瓷表面磨圆。 
13.按权利要求12所述的方法，其中，所述辊通过磨削过程得到公差小于0.01mm的滚筒形状。 
14.按权利要求13所述的方法，其中，磨削后的表面在激光雕刻之前通过第一精加工步骤这样地平整，使得表面的平均粗糙度RZ小于2μm。 
15.按权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，具有陶瓷表面的辊在激光雕刻的方法步骤之前被磨削成形状并且然后无另外的精加工步骤地进行雕刻。 
16.按权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，辊表面在雕刻时通过激光辐射多次扫过以加工出所述横截面轮廓的形状或深度。 
17.按权利要求2所述的方法，其中，所述精加工步骤涉及下述方法中的一个或多个：珩磨、研磨、抛光。 
18.按权利要求9所述的方法，其中，具有陶瓷表面的辊在激光雕刻的方法步骤之前被磨削成形状并且然后无另外的精加工步骤地进行雕刻。 
19.按权利要求10所述的方法，其中，具有陶瓷表面的辊在激光雕刻的方法步骤之前被磨削成形状并且然后无另外的精加工步骤地进行雕刻。 
20.按权利要求11所述的方法，其中，具有陶瓷表面的辊在激光雕刻的方法步骤之前被磨削成形状并且然后无另外的精加工步骤地进行雕刻。 
21.按权利要求12所述的方法，其中，具有陶瓷表面的辊在激光雕刻的方法步骤之前被磨削成形状并且然后无另外的精加工步骤地进行雕刻。 
22.按权利要求13所述的方法，其中，具有陶瓷表面的辊在激光雕刻的方法步骤之前被磨削成形状并且然后无另外的精加工步骤地进行雕刻。 
23.按权利要求9所述的方法，其中，辊表面在雕刻时通过激光辐射多次扫过以加工出所述横截面轮廓的形状或深度。 
24.按权利要求10所述的方法，其中，辊表面在雕刻时通过激光辐射多次扫过以加工出所述横截面轮廓的形状或深度。 
25.按权利要求11所述的方法，其中，辊表面在雕刻时通过激光辐射多次扫过以加工出所述横截面轮廓的形状或深度。 
26.按权利要求12所述的方法，其中，辊表面在雕刻时通过激光辐射多次扫过以加工出所述横截面轮廓的形状或深度。 
27.按权利要求13所述的方法，其中，辊表面在雕刻时通过激光辐射多次扫过以加工出所述横截面轮廓的形状或深度。 
28.按权利要求14所述的方法，其中，辊表面在雕刻时通过激光辐射多次扫过以加工出所述横截面轮廓的形状或深度。 
29.按权利要求15所述的方法，其中，辊表面在雕刻时通过激光辐射多次扫过以加工出所述横截面轮廓的形状或深度。 
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