DE2241849A1

DE2241849A1 - Verfahren zum gravieren von druckformen mittels energiestrahlen, insbesondere laserstrahlen

Info

Publication number: DE2241849A1
Application number: DE2241849A
Authority: DE
Inventors: Mamiliano Dini
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-08-25
Filing date: 1972-08-25
Publication date: 1974-03-21
Also published as: GB1428045A; JPS5316721B2; DE2241849B2; DE2241849C3; JPS50106701A; CH561602A5

Description

Patentanwälte

_Or Gerhard HENKEL

BdenBalg

Uar FEILER

Mamiliano Dini · £ZH l

25. ÄUG. 1972

Verfahren zum Gravieren von Druckformen mittels · Energiestrahlen, insbesondere Laserstrahlen

Beim Rastertiefdruck wird bekanntlich die Oberfläche der Druckform, z.B'. des Druckzylinders, mit einer Vielzahl von Zellen bedeckt, deren Flächenausdehnung und/oder Tiefe je der Tonintensität des einer solchen Druckformzelle entsprechenden Bildpunktes des zu reproduzierenden Originals entspricht.

Die Herstellung dieser Zellen erfolgt nach zwei bekannten Methoden, nämlich durch Materialbeseitigung entweder mittels Chemikalien oder durch mechanische oder Strahlenenergie.

Beim chemischen Gravieren wird die originalentsprechende Aushöhlung der einzelnen Zellen mit Hilfe einer die gesamte Druckformriberflache bedeckenden Maske oder Deckschicht moduliert, die den Original-Bildpunkten entsprechend für die Ätzflüssigkeit, z.B. Säure, örtlich unterschiedlich durchlässig ist. Die Maske wird dabei in ihrer Gesamteinheit auf einmal, z.B. auf photographischem Wege, po-rositätsmoduliert, und auch die Einwirkung der Ätzflüssigkeit erfolgt über die gesamte Druckformoberfläche hinweg gleichzeitig.

Beim Gravieren mittels mechanischen Werkzeugs oder Energie-, insbesondere Laserstrahlen andererseits muß Zelle für Zeile nacheinander - bzw. bei Gruppenwerkzeugen ,gruppenweise aufeinanderfolgend - geschaffen werden, wobei man das Original Bildpunkt für Bildpunkt auf seinen Tongehalt abtastet und einzelnen Tonungswerte über elektronische Umwandler zur Steuerung der Gravierleistung der auf die zugeordneten Orte der Druckform'einwirkenden Energieimpulse verwendet. Dieses Verfahren ist aufwendig bezüglich Apparatur und gegebenenfalls

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auch bezüglich Bearbeitungsdauer, sofern man nicht mit hochfrequent pulsierenden Energiestrahlen arbeitet.

Die Erfindung weist nun einen Weg, wie man auch beim Gravieren von Druckformen mit Energie- und insbesondere Laserstrahlen die bisher notwendige bildpunktweise Abtastung des Originals und dementsprechende Modulation von Energie und/oder Frequenz der Ätzstrahlen vermeiden kann. Die Erfindung arbeitet dabei das vom chemischen Ätzen her bekannte Prinzip der Gravierleistungs-Steuerung mit Hilfe einer Maske, die in ihrer lokalen Strahlenbeeinflussungs-Wirkung der Tonabstufung im Original entsprechend moduliert ist, und paßt seine Durchführung an die Besonderheiten an, die der Leistungsmodulation eines Laserstrahls zugrundeliegen.

Demgemäß besteht die Erfindung aus einem Verfahren zum Gravieren von Druckformen mittels Energiestrahlen, insbesondere Laserstrahlen, dessen kennzeichnendes Hauptmerkmal darin besteht, daß man einen bezüglich Energie und Frequenz unmodulierten Energie-, insbesondere Laserstrahl verwendet und die Ausätzung der einzelnen Gravurzellen bezüglich Flächenausdehnung und/oder Tiefe durch den Energiestrahl entsprechend der Tonabstufung des zugeordneten Bildpunkts des Originals mit Hilfe einer im Strahlenweg zwischen Energiestrahlquelle und zu ätzender Druckformoberfläche angeordneten Maske moduliert, deren Reflexionsvermögen für den Energiestrahl der Tonabstufung des Originals umgekehrt proportional ist. Anders ausgedruckt wird der Energiestrahl

entsprechen, von der Maske in ihren Bereichen, die den Weißstellen des Originals/ zumindest so stark reflektiert, daß die diesen Maskenbereichen zugeordneten Druckformbereiche ungeätzt bleiben, während das geringste Reflexionsvermögen in denjenigen Maskenbereichen vorhanden ist, die den tiefsten Tonstufen des Originals entsprechen und deren zugeordnete Druckformbereiche Gravurzellen größten Volumens aufweisen müssen.

Aus der vorstehenden Erläuterung der Erfindung ist somit ersichtlich, daß es sich bei ihr nicht um die bloße übertragung des Maskenprinzips von der chemischen auf die Energiestrahl-Gravurzellenätzung

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handelt, sondern auch die spezifische Anpassung von Maskenwirkung und Maskeneigenschaften an das neue Anwendungsgebiet, nämlich die Ätzung mittels Energiestrahl umfaßt,

Diese spezielle Maskencharakteristik war für den Fachmann auf dem Gebiet der Gravurzellen-Ätzung mittels Energie- und insbesondere Laserstrahlen durchaus nicht naheliegend, da ihn die Natur und Wirkungsweise solcher Strahlen bei ihrer bisher üblichen Ausnutzung als Ätz- bzw. Graviermittel zum einseitigen Denken in elektronischer Modulation des Strahls veranlaßten.

Die Verwendung des Maskenprinzips bei der Strahlätzung gibt darüber die technisch vorteilhafte und durchaus nicht voraussehbare Möglichkeit, mit Energie-, z.B, Laserstrahlen zu arbeiten, deren Energieniveau weit oberhalb der Energiewerte liegt, mit denen der Fachmann bei der bisherigen Strahlmodulation entsprechend der Tonabstufung der abgetasteten Originalbildpunkte arbeiten konnte. Diese Sonderwirkung beruht darauf, daß die Modulation einer derart hohen Strahlenergie bei der Schaffung von Einzelzelle nach Einzelzelle ein Arbeiten mit sehr hohen Frequenzen verlangt, wenn man eine vernünftige zeitliche Arbeitsleistung erzielen, d.h. eine genügend hohe Anzahl von Gravurzellen in der Zeiteinheit schaffen bzw. für die Fertigstellung einer Druckform nicht zu viel Zeit gebrauchen will, . Bisher stehen aber der Technik noch keine Energiestrahlgeneratoren, z.B. Laserstrahlerzeuger zur Verfügung, die die beiden Eigenschaften in sich vereinigen, nämlich hochenergiereiche Strahlen bei sehr hohen Impulsfolgeraten zu liefern. Durch die Erfindung wird dieses nachteilige Fehlen solcher Generatoren'im Falle der bisher üblichen Arbeitsweise mittels über Abtastgerät modulierter Ätzstrahlen unschädlich gemacht.

Die erfindungsgemäße originalentsprechende Modulation der Ätzleistung des Strahls mit Hilfe einer bezüglich ihres Reflexionsvermögens örtlich modulierten Maske bringt aber außer dem vorstehend erörterten technischen Vorteil noch weitere mit sich.

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Hierzu gehören z.B. die grundsätzliche Einsparung von elektronischen Einrichtungen für die Modulation der Energie und/oder Frequenz des primären Energiestrahls, fernerhin die Möglichkeit, die Druckformoberfläche mit einem Energiestrahl überfahren zu können, dessen Flächenausmaß mehrfach größer als das entsprechende Flächenausmaß der am stärksten auszuätzenden Gravurzelle ist, wodurch sich die Strahlführung vereinfacht, und weiterhin die Arbeitserleichterung bei der Maskenherstellung, deren örtlich unterschiedliches Reflexionsvermögen nach verschiedenen und auf anderen technischen Gebieten bekannten Verfahren erzielbar ist, die auf lichtphotographischen, elektrophotographischen oder galvanotechnischen Prinzipien beruhen.

Wie bereits aus vorangehenden Beschreibungsteilen erkennbar ist, soll mit dem zur Erfindungskennzeichnung benutzten Kurzausdruck "Maske" das allgemeine Wirkungsprinzip und nicht etwa eine bestimmte körperliche Ausgestaltungsform gemeint sein. Das Wirkungsprinzip, nämlich die originalentsprechende, örtliche "Modulierunß" des Reflexionsvermögens gegenüber dem Ätzstrahl, ist im Vorstehenden ausführlich erörtert. In körperlicher Form besteht die Maske aus der erfindungsgemäßen Reflexionsschicht und einem Träger, die zusammen ein Verbundgebilde sind. Dieses Verbundgebilde kann als selbsttragender dünner Körper mit Glas, Kunststoff oder einer anderen für den Energiestrahl durchlässigen Substanz als Trägermaterial an geeigneter Stelle zwischen Strahlenquelle und Druckform angeordnet sein, wobei ersichtlicherweise die modulierte Reflexionsschicht dem Strahlengang zwischen der praktisch punktförmigen Strahlenquelle und der Form der zu ätzenden Druckformoberfläche entsprechend verzerrt ausgestaltet sein kann. Eine solche Maske ist für die Herstellung einer Mehrzahl gleichgestalteter Druckformen wiederholt verwendbar.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maske besteht darin, daß man als Träger für die modulierte Reflexionsschicht die Druckform, z.B. den Druckzylinder selbst verwendet. Beispielsweise wird die zu ätzende Druckformoberfläche

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mit einer lichtempfindlichen Schicht überzogen, auf die das wiederzugebende Original (nebst üblichem Raster) entweder in direktem Kontakt oder auf projektivem Wege aufkopiert wird. Das Aufkopieren kann durch Belichtung der Gesamtfläche oder z.B. unter Einschaltung einer Schlitzmaske linien- oder streifenweise erfolgen. Das so entstandene latente Bild wird dann licht- oder elektrophotographisch entwickelt,, wobei im ersteren Fall bei Verwendung einer lichtempfindlichen Halogensilberschicht das Silberbild moduliert unterschiedlich glänzend entwickelt oder in einem Tonungsbad in ein Bild aus einem anderen Metall umgewandelt wird. Bei elektrophotographischer Entwicklung verwendet man einen mit Glanzmetallpigment gefüllten Toner. Es ist fernerhin, wie bereits erwähnt, möglich, die modulierte Reflexionsschicht auf galvanotechnischem Wege zu erzeugen. Die praktische Durchführung der vorerwähnten Reflexionsschicht-Herstellungsverfahren erfolgt in üblicher, wohlbekannter Weise.

Als reflektierenden Werkstoff verwendet man vorzugsweise Metalle mit besonders hohen Reflexionskoeffizienten für den Wellenlängenbereich von etwa 10M, in dem die üblichen Lasertypen, z.B. ein C0₂-Laser, strahlen. Solche Metalle sind z.B. Aluminium, Magnesium und vorzugsweise Silber . _w , die alle für diesen Wellenlängenbereich einen Reflexionskoeffizient von etwa 99,9 % aufweisen.

Die erhöhte Durchsatzleistung bei der Druckformätzung unter Benutzung der erfindungsgemäßen Maskensteuerung des Laserstrahls ergibt sich aus folgenden Berechnungen:

Es sei angenommen, daß die zu gravierende Druckform, aus einem Drehzylinder von 2 m Axiallänge und 1 m Mantellinienlänge besteht, ein typischer Raster von 70 Zellen je cm benutzt wird und der Laserstrahl einen Durchmesser von 3 mm besitzt und den Zylinder in aneinanderschließenden und untereinander sowie zur Zylinderachse parallelen Bahnstreifen überstreicht. Dann bedeckt er in jedem Augenblick ¹J mm Zylinder fläche entsprechend etwa 350 Gravurzellen. Die Abtastung des gesamten Zylinder-

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umfangs dauert dann bei Annahme einer üblichen Zylinderdrehzahl von 60 U/min nur etwa 10 Minuten. Diese Zeit ist mit der Zeit (von etwa 15 Minuten) vergleichbar, die mit dem bisher schnellsten, nämlich chemischen Verfahren erzielbar ist, und schafft somit im Vergleich zu ihm einen Beschleunigungsfaktor von 3 : 1 und im Vergleich zur mechanischen bzw. Werkzeug-Gravierung einen solchen von 5:1.

Eine weitere, wesentliche Verkürzung der Zylinderbearbeitungszeit läßt sich ersichtlicherweise durch die apparativ einfach zu lösende Verwendung von zwei oder mehreren, gleichzeitig den maskentragenden Zylinder bearbeitenden Laserstrahlen und durch die insbesondere bei Verwendung hochenergetischer Laserstrahlen mögliche Verdoppelung oder sogar Vervielfachung der obenerwähnten, üblichen Zylinderdrehzahl erreichen.

In der beigefügten Zeichnung ist das Wesen der Erfindung schematisch verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus dem Strahlengang des Laserstrahls im Gebiet von Modulationsmaske und Druckformoberfläche, und

Pig. 2 eine Teilaufsicht auf die Druckformoberfläche, um

das Größenverhältnis zwischen Gravurzellen und Ätzstrahlquerschnitt anzudeuten.

Wie aus den Nebenfiguren IA und IB ersichtlich ist, sind in dem Strahlengangschema der Pig. 1 die von der - nicht dargestellten - Strahlenquelle ausgesandten und in Richtung der Druckformoberfläche einfallenden Strahlen durch von links unten nach rechts oben verlaufende Schraffurlinien und die von der Maske reflektierten, also nicht bis zur Druckformoberflache vordringenden Strahlen durch von rechts unten nach links oben verlaufende Schraffurlinien symbolisiert.

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Die Pig, 1 zeigt vier horizontale Zonen, nämlich die zwischen Strahlenquelle und Maske M liegende Zone 1, die sowohl von einfallenden als auch von reflektierten Strahlen erfüllt ist, darunter die von der Maske gebildete Zone 2, darunter die Zwischenzone 3 zwischen Maske M und Druckformoberfläche D, die nur von den Strahlen durchsetzt ist, welche die Maske passieren ließ, und schließlich die letztgenannte Oberflächenzone D.

Sowohl in der Maske M als auch in der Oberflächenzone D sind oberseitig Vertiefungen a - f eingezeichnet, deren Tiefe von links nach rechts zunimmt. Ihre örtliche Lage entspricht der der Gravurzellen (Fig. 2). Sie symbolisieren in der Maskenzone 2 Gebiete verringerten Reflexionsvermögens und in der Zone 4 die Ätztiefe der vom Ätzstrahl bearbeiteten Gravurzellen. Die zwischen den Vertiefungen liegenden Streifen g entsprechen den Druckformoberflächen-Bezirken zwischen den einzelnen Gravurzellen. Sie dienen bekanntlich als Stützbzw. Gleitfläche für die druckfarbenverteilende Rakel und sind während des Druckvorgangs von einer hauchdünnen Farbschicht bedeckt, die aber keine störende Untergrundtönung auf den Druckabzügen verursacht. Die Maskengebiete g sind völlig rückstrahlend und verhindern daher jeglichen Durchtritt von Ätzstrahlen zur Druckformoberfläche D. Die Maskengebiete a bis f besitzen zunehmend geringeres Reflexionsvermögen und lassen daher in dieser Reihenfolge zunehmend mehr Ätzstrahlen passieren, die dementsprechend zunehmend tiefer ausgeätzte Gravurzellen schaffen. Die zunehmende Intensität der von den Maskengebieten a - f durchgelassenen Ätzstrahlen wurde durch die Dichte der Schraffurlinien innerhalb der Zone 3 versinnbildlicht.

Der in Pig. 2 eingezeichnete Querschnitt des auf die Maske M auftreffenden Ätzstrahlenbündels soll nur symbolisch das Größenverhältnis zwischen Ätzstrahlenbündel und den einzelnen Gravurzellen darstellen. Ersichtlicherweise muß dafür gesorgt

werden, daß die von der Zone 1 her durch das wandernde Ätzstrahlenbündel übertragene, ätzwirksame Energie über die gesamte Maskenfläche M hinweg gleichmäßig verteilt ist, also nicht etwa streifenweise mehr oder weniger Energie eingestrahlt und demgemäß die erfindungsgemäß vorgesehene Ätzleistungs-Modulierung ausschließlich durch die Maske gestört wird. Man wird also z»B. für diesbezüglich genaue Abstimmung zwischen Bündelquerschnitt und Strahlwanderwegüberlappung sorgen, wobei ein rechteckiger und insbesondere quadratischer Strahlenquerschnitt die einfachsten Verhältnisse schafft.

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Claims

Mamiliano D.tni München Patentansprüche

1) Verfahren zum Gravieren von Druckformen mittels Energiestrahlen insbesondere Laserstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen bezüglich Energie und Frequenz unmodulierten Energiestrahl verwendet und die Ausätzung der einzelnen Gravurzellen bezüglich Flächenausdehnung und/oder Tiefe durch den Energiestrahl entsprechend der Tonabstufung des zugeordneten Bildpunktes des Originals mit Hilfe einer im Strahlenweg zwischen Energiestrahlen quelle und zu ätzender Druckformoberfläche angeordneten Maske moduliert, deren Reflexionsvermögen für den Energiestrahl der Tonabstufung des Originals umgekehrt proportional ist.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu gravierende Druckformoberfläche mit einem Energiestrahl be-

. arbeitet wird, dessen Querschnittsausmaß mehrfach größer als das entsprechende Flächenausmaß der am stärksten auszuätzenden Gravurzelle ist.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu gravierende Druckformoberfläche gleichzeitig mit zwei oder mehreren Energiestrahlen gfryjrarfrTyir-fei-g hea-rhai tat wird.

4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß man eine Maske in Form eines dünnen, flächigen Verbundkörpers verwendet,, der aus einem für den Energiestrahl durchlässigen Träger und einer auf ihm angeordneten Schicht mit moduliertem Reflexionsvermögen für den Energiestrahl besteht.

5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Maske in Form einer auf der zu ätzenden Druckformoberfläche haftenden Schicht mit moduliertem Reflexionsvermögen für .den Energiestrahl verwendet.

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6) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Maske verwendet, deren reflektierender Werkstoff aus einem Metall mit hohem Reflexionsvermögen für den Wellenbereich von 10 /u besteht.

7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Maske verwendet, deren reflektierender Werkstoff aus Silber besteht.

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