DE2241850C3

DE2241850C3 - Verfahren zur Herstellung von Druckformen mittels eines Energiestrahles

Info

Publication number: DE2241850C3
Application number: DE2241850A
Authority: DE
Inventors: Mamiliano 8000 Muenchen Dini
Original assignee: EUROPEAN ROTOGRAVURE ASSOCIATION 8000 MUENCHEN
Current assignee: EUROPEAN ROTOGRAVURE ASSOCIATION 8000 MUENCHEN
Priority date: 1972-08-25
Filing date: 1972-08-25
Publication date: 1978-06-29
Also published as: GB1425340A; CH562684A5; JPS4987401A; US3931458A; DE2241850B2; JPS5347721B2; DE2241850A1

Description

entsprechende Unterbrechung des Strahls leicht gestattet

Bei sehr enger Bündelung und/oder beschränktem Energieinhalt des Energiestrahls kann die Zellenfläche im ganzen oder abschnittsweise, z. B. in ihrem Mittenbezirk, auch mehr als einmal vom Energiestrahl überlaufen werden, um z. B. eine üesonders große Ätztiefe zu erzielen. Die entsprechende Wirkung tritt z. B. ein, wenn man benachbarte Bahnabschnitte, z. B. die zentralen Windungen einer Spirale, auf weniger als Strahldurchmesser aneinander schließen läßt, so daß eine örtliche Überlappung von Strahleinflüssen eintritt Man kann auch die Abstände benachbarter Bahnabschnitte, z. B. die Spiralsteigung, von der Zellenmitte nach außen hin vergrößern.

Ersichtlicherweise kann man für die Durchführung der Erfindung mit besonderem Vorteil hochfrequente, d.h. in der Größenordnung von MHz pulsierende Laserstrahlen mit vergleichsweise niedrigem Energiegehalt verwenden.

Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen:

Es sei davon ausgegangen, daß einerseits die Gravurzelle größten Volumens einen Durchmesser von 120 μ und eine dementsprechend erforderliche Tiefe von 35 μ und andererseits die kleinste, gerade noch eine sichtbare Drucktonung liefernde Gravurzelle einen Durchmesser von 3U μ und eine Tiefe von 2 μ besitzt, und fernerhin angenommen, daß unter der Voraussetzung einer Ultraschall-Modulation der Bahnspur der Energieinhalt jedes Strahlimpulses eine Ätzleistung entsprechend einem Volumen von 200 μ³ hervorbringt. Dann bedarf es theoretisch für die Schaffung der größtvolumigen Gravurzelle etwa 2000 Impulse und für die Schaffung der kleinstvolumigen Gravurzelle etwa 700 Impulse.

Theoretisch läßt sich zwar eine solche Modulation von Frequenz oder Impulsratenwiederholung erzielen. Es bedarf aber keiner Erklärung, daß sich diese Modulationsart in der Praxis bei der erforderlichen Arbeitsfrequenz nur sehr schwierig durchführen läßt. In diesem Fall wird nämlich die Zahl der bezüglich Frequenz und Energieinhalt konstanten Impulse, die jeweils auf eine Einzelzelle einwirken, durch die Zeitdauer bestimmt, während der dieser hochfrequent pulsierende Strahl diese Zelle beaufschlagen darf.

Zur Erzielung der größten Ätzleistung, d. h. zur Schaffung einer Gravurzelle größten Volumens, muß der Strahl während der gesamten Zeitdauer auf die Zellfläche einwirken.

Um andererseits eine Gravurzelle irgendwie mittleren Volumens, also beispielsweise eine Halbtonzelle auszuätzen, darf der Strahl nur während eines Teils der vollen Zeitdauer auf die Zellfläche einwirken und muß sich während der restlichen Zeitdauer außerhalb des Zellgebietes befinden.

Diese zeitweise Fernhaltung des Strahls vom Zellgebiet läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man ihn innerhalb der Modulationsapparatur ausblendet.

Da die Zeitdauer der beherrschende Faktor bei der Modulation der Energie ist, die auf einem speziellen, von der Zelle bestimmten Gebiet verteilt ist, ließen sich beispielsweise günstigere Ergebnisse unter Zugrundelegung der Annahme erzielen, daß sich die Dauer der einzelnen Impulse in der Weise modulieren läßt, daß auf jeder einzelnen Gravurzelle jeweils während der gleichen Zeitdauer unterschiedlich hohe Energieniveaus konzentriert werden.

Statt dessen kann man auch die Strahlfokussierung oder -bündelung von Zelle zu Zelle modulieren. Dann hängt innerhalb gleicher Einwirkungsperioden die Gesamtgravurleistung auch von der Energieflächenverteilung der einzelnen Impulse auf der Zellfläche ab. Diese Strahlfokussierungs-Modulation gelingt beispielsweise mit Hilfe eines vom Strahl durchflossenen Fokussierungskristalls, der durch einen entsprechenden, elektronischen Steuerkreis aktiviert wird.

>° Die Strahlbündelung erzielt man auf irgendeine bekannte und übliche Weise, z. B. unter Benutzung von elektronisch oder mittels Ultraschall gesteuerter Modulation, indem man z. B. bei den ersterwähnten Methoden mit Kristallen und bei den zweitgenannten Methoden mit Interferenzphänomenen arbeitet.

Das vom Strahl durchlaufende Bahnmuster kann man je nach Musterstruktur in verschiedener Art festlegen. Im bevorzugten Fall der Strahlbahn in Form einer Spirale steuert man den Spiralradius mit Hilfe von zwei gegeneinander um 90° versetzt arbeitenden und richtig synchronisierten Ablenksystemen. Derartige Apparaturen sind aus der Lichtstrahl- und Elektronenoptik wohl bekannt.
Für die Erfindungsdurchführung, bei der der Ätzstrahl jede Gravurzelle auf einer Spiralbahn überfährt, deren Ausmaß der Tonabstufung des zugeordneten Originalbildpunktes entspricht, gelten folgende rechnerische Grundlagen:
Die Gleichung für eine typische Spirale lautet bekanntlich

In r = a ■ θ

in der r den Radius der Spirale, a das Inkrement und θ die Strahl-Wandergeschwindigkeit, d. h. den Winkel des Radius, bedeutet. Da für θ die Gleichung gilt

30"

mit η gleich der Zahl der je Sekunde vom Ätzstrahl durchlaufenen Spiralwindungen, ergibt sich weiter

. .7 ;i

In r = _To-

und

/30 " = (—

In

Im vorliegenden Anwendungsfall entspricht r der halben Diagonale dT Gravurzelle und besitzt daher einen Festwert, der von der — über die Druckfläche hinweg konstanten — Zellengröße abhängt. Für die vorherrschend üblichen, quadratischen Zellen von 120 μ Kantenlänge ist r = 85 μ. Der in der letzten Formel enthaltene Klammerausdruck ist also eine geometrische Konstante, d. h.

6ο "

oder in Worten: die Zahl der pro Sekunde vom Ätzstrahl abzulaufenden Spiralwindungen kann durch Einstellung des Wertes von a geregelt werden.

In den Zeichnungen ist die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Weg des Ätzstrahls auf einer quadratischen Gravurzelle mittlerer Tönung, F i g. 2 den Weg des Abtaststrahls auf einer

zerlegung und Weiterverarbeitung des Abtastlichtes erfolgt in der in F i g. 7 angedeuteten bekannten Weise.

Die in F i g. 7 rechts abgebildeten Apparaturgruppen 2 bis 4a, Ab entsprechen den an früherer Stelle in Verbindung mit der Schema-Fig.5 bezüglich Aufbau und Arbeitsweise beschriebenen Systemteilen und benötigen daher keiner erneuten Erläuterung.

F i g. 8 eine schaubildliche Teilansicht der Apparatur gemäß F i g. 7.

Die F i g. 1 und 2 zeigen im Schemabild das Erfindungsprinzip unter Zugrundelegung eines spiralförmigen Wanderweges aufeinanderfolgender Ätzstrahlimpulse gleichen Energieinhalts auf der Fläche einer einem Rasterpunkt entsprechenden Gravurzelle. Dabei soll durch die Kreise die — infolge der angenommenen Energiekonstanz durchweg gleich große — Brennfläche der aufeinanderfolgenden Strahlimpulse und durch die gestrichelte Linie der spiralförmige Wanderweg der Ätzstrahlimpulse versinnbildlicht werden. Wenn eine Gravurzelle entstehen soll, die einer mittleren Tonstufe im Original entspricht und etwa die Ätztiefe gemäß F i g. 3 aufweist, wird die Steigung der Spiralbahn groß gewählt, so daß die durch eine Strahlblende begrenzte Gravurzellenfläche in nur wenigen Spiralwindungen überfahren wird. Bei einer Gravurzelle z. B. größter Ätztiefe gemäß F i g. 4 andererseits, die also einem Schattenton im Original entspricht, liegen die Spiralwindungen eng aneinander, und entsprechend vielfach mehr Ätzstrahlimpulse treffen auf die Gravurzellenfläche auf, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist.

Aus den F i g. 5 bis 8 ist der schematische Aufbau einer zur Erfindungsdurchführung geeigneten Strahlsteuerungsapparatur ersichtlich. Da ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin liegt, daß der Ätzstrahl im Prinzip nicht nach Energie und/oder Frequenz, sondern bezüglich seines Wanderweges auf der Gravurzellenfläche moduliert wird, befindet sich zwischen Strahlenquelle und zu ätzender Druckfläche kein elektronisches, sondern ein z. B. akusto-optisches Strahlsteuersystem. Dieses kann durch eine Strahlfokussierungsanordnung ergänzt werden. In den F i g. 5 bis 8 sind gleichwirkende Apparaturgruppen mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Grundbestandteile einer solchen Strahlsteueranlage sind also das Originalabtastgerät 1, das der Tonabstufung entsprechend modulierte Helligkeitssignale abgibt, der Helligkeitssignalumwandler 2, der entsprechende elektrische Signale, möglicherweise in Digitalform abgibt, das Ultraschallgerät 3, das diese elektrischen Signale in zwei z. B. sin x- und cos ^-Signale umwandelt, welche getrennt voneinander auf zwei z. B. kristall-optische Ablenksysteme Aa und Ab übertragen werden, die einen von der Strahlenquelle 5 gelieferten, z. B. CO2-Laserstrahl in zwei lotrecht zueinander stehenden Koordianten ablenken und dadurch zu dem quadratischen Gravurzelle tiefer, d. h. Schattentönung,

F i g. 3 einen Schnitt durch die Druckflächenoberschicht im Gebiet der Gravurzelle gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 für die Gravurzelle gemäß Fig. 2,

F i g. 5 eine schematische Darstellung der Geräteeinheiten einer erfindungsgemäß arbeitenden Ätzapparatur,

F i g. 6 eine schematische Darstellung ähnlich F i g. 5, die eine abgewandelte Ätzstrahl-Steuerungsanlage zeigt,

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Apparatur an sich bekannten Grundaufbaus und

eriindungsgemäßen, spiralförmigen Wanderweg 6s auf einer Gravurzellenfläche der z. B. zylindrischen Druckfläche 6 zwingen.

Dabei ist, um es zu wiederholen, die Anzahl der auf die Fläche einer Gravurzelle gerichteten, unter sich energiegleichen Strahlimpulse von Zelle zu Zelle konstant, d. h., der Strahlübergang von einer Zelle zur nächsten erfolgt in konstanten Zeitintervallen. Bei stärkeren Tonwerten bearbeitet die gesamte Impulsserie die Zellenfläche, während bei schwächeren Tonabstufungen entsprechenden Zellen der Strahlwanderweg das Zellenflächenausmaß überschreitet und, soweit er sich außerhalb desselben befindet, in den Bereich einer im Ablenksystem Aa, Ab angeordneten Maske gerät, die die überschüssigen Strahlimpulse absorbiert.

Bei der in den F i g. 6 und 7 dargestellten, abgewandelten Ausführungsform der Anordnung wirkt das Ultraschallgerät 5 nicht nur auf die beiden Strahlablenksysteme Aa, Ab, sondern unter bestimmten Voraussetzungen, z. B. bei Zellen, die extremen Tonabstufungen zugeordnet sind, auch noch auf eine z. B. mit einem brennweitenmodulierbaren optischen System ausgestatteten Strahlfokussierungsgerät 7 ein. Durch dieses Gerät wird der Querschnitt und damit die Intensität der auf einen Zellenpunkt auftreffenden Energie eines Strahlimpulses moduliert, so daß das die Ätzleistung mitbestimmende Ausmaß der Wärmeenergiestreuung in die Zylindermasse hinein Einfluß gewinnt.

Die F i g. 7 und 8 zeigen eine zur Erfindungsdurchführung geeignete Anlage, die in bezug auf den Synchronantrieb von Originalabtastgerät 1 und Druckzylinder 6 und die Zusatzeinrichtungen zur Erzeugung von Farbauszügen einen bekannten Aufbau besitzt Die den Originalbildfilm tragende Abtasttrommel 1 ist mit der Belichtungstrommel 6, die das Filmmaterial für die einzelnen Farbauszüge trägt, über eine Führungsspindel 16 verbunden, die von einem mit Innengewinde versehenen Stein 16a umspannt ist, der bei ortsfestem Abtast- und Gravierorgan eine spiralige Abtastung von Original und Druckfläche gewährleistet. Die Spektral-

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

also nur Teilbereiche der zur Verfügung stehenden

PfiK Bildtonfläche graviert. Dies führt jedoch zu einer unbe-

hateniansprucne: friedigenden Bildqualität insbesondere wenn noch bell 1. Druckformherstellung unter Ausbildung der rücksichtigt wird, daß die Ränder der gravierten Spirally Rasterpunkte mittels eines Energiestrahls, insbeson- 5 bahnen relativ stark aufbördeln. Wie die genannte

ψ dere eines Laserstrahls, der eine in der Punktmitte Literaturstelle ausweist, konnte sich die direkte Elek-

K. beginnende Spiralbahn beschreibt, dadurchge- tronenstrahlgravur trotz der an sich guten Steuerbar-

kennzeichnet, daß die Spiralbahn eine je nach k_eu von Elektronenstrahlen nicht durchsetzen.

U Tonwert unterschiedliche Steigung hat und die dem _{Wenn man m};_t Hilfe eines Tiefdruckzylinders

■S Energiestrahl ausgesetzte Fläche des Rasterpunktes 10 sämtliche Gradationsstufungen wiedergeben will, muß

■:;; durch eine überschüssige Außenteile der Spirale ab- j_ecj_e z_en_e auf ihrer Oberfläche eine Volumenvariation

haltende Blende begrenzt wird. aufweisen, die von Null bis zu einem Höchstwert reicht
2. Druckformherstellung nach Anspruch 1, da- _uncj _zur Erzielung einer guten Tonmodulation sehr durch gekennzeichnet, daß bei impulsweise arbeiten- vielstufig sein muß. Der Übergang zwischen aufeinandem Energiestrahl der zeitliche Abstand aufeinan- 15 derfolgenden Stufen darf bei einer kontinuierlichen derfolgender Impulse so klein ist, daß sich die den Tonvariation praktisch keinen sichtbaren Kontrast einzelnen Impulsen entsprechenden Brennpunkte hervorrufen. Um bei einer Tonvariation zwischen einer überlappen. maximalen und einer minimalen Druckdichte solche
3. Druckformherstellung nach Anspruch 1 oder 2, weichstufigen und gleichzeitig scharfen Druckergebnisdadurch gekennzeichnet, daß die Brennfläche des 20 _{se zu} erzielen, bedarf es einer Tonstufenzahl in der Energiestrahles größer als der Abstand benachbar- Größenordnung von 200, d. h, jede Zelle auf der ter Spiralwindungen ist Druckzylinderfläche muß 200 verschiedene, mögliche
4. Druckformherstellung nach einem der Ansprü- Variationen ihres Volumens (in bezug auf Flächenausche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die dehnung und/oder Tiefe) aufweisen können.
Steigung der Spiralbahn nach außen zunimmt. 25 Wenn man nun in der eingangs beschriebenen,
5. Druckformherstellung nach einem der Ansprü- bekannten Art mit einer kontinuierliche Pulse aussenche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der denden Energiequelle, z.B. einem Laserstrahl, diese Energiestrahl in gleichen Zeitabständen von Raster- vielstufige Gradationsskala erzielen wollte, müßte ihre punkt zu Rasterpunkt verlagert wird. Energie und/oder Frequenz dementsprechend, d.h.

1° entsprechend z. B. 200 verschiedenen Gravurleistungen,

moduliert werden. Es bedarf keiner besonderen

Begründung, daß diese Forderung nur mit einer praktisch schwer erzielbaren Energiemodulations-Fre-Die Erfindung betrifft die Druckformherstellung quenz erfüllbar ist

unter Ausbildung der Rasterpunkte mittels eines 35 Die Erfindung schafft nun einen Weg, dieses Ziel einer Energiestrahles insbesondere eines Laserstrahles. vielstufigen Gravurleistung mit Hilfe einer Energiequel-

Es ist bekannt, Druckformzylinder mit einem der i_e, insbesondere eines Laserstrahls, zu erzielen, deren Bildvorlage entsprechend energiemodulierten Laser- Energie und/oder Frequenz geringstufiger oder vorstrahl zu gravieren, wobei jeder einzelne Energieimpuls zugsweise überhaupt nicht moduliert, d. h. konstant ist, zur Herstellung einer Gravurzclle dient, deren Flächen- 40 _um dadurch die vorerwähnten Schwierigkeiten einer abmessung oder Tiefe von der Energie des Impulses vielstufigen Modulation der Energie und/oder Frequenz abhängt Bei einer ebenfalls bekannten, speziellen der Strahlenquelle selbst zu umgehen.
Ausführungsform werden in der Druckformoberfläche Die Erfindung ist bei einem Verfahren zur Druck-Zellen ausgebildet, die eine der maximal erforderlichen formherstellung unter Ausbildung der Rasterpunkte Drucktiefe entsprechende Tiefe haben und mit einem 45 mittels eines Energiestrahls insbesondere eines Laservom Laserstrahl leichter zersetzbaren oder verdampf- Strahls, der eine in der Punktmitte beginnende Spiralbaren Material gefüllt sind. Die Intensität und , bahn beschreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spi-Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahles werden so ralbahn eine je nach Tonwert unterschiedliche Steigung gewählt daß nur das Filmmaterial der Energie der hat, und die dem Energiestrahl ausgesetzte Fläche des einzelnen Abtastflecke entsprechend tiefenmoduliert 50 Rasterpunkts durch eine überschüssige Außenteile der wird. In beiden Fällen ist der Variationsbereich für die Spirale abhaltende Blende begrenzt wird.
Modulation von Energie und/oder Frequenz eines Bei der praktischen Durchführung läßt man den solchen der Gravurzellenerzeugung dienenden Energie- gebündelten Strahl im Mittelpunkt einer Gravurzelle ' Strahles aber begrenzt und ermöglicht nur eine relativ beginnen und anschließend die Zellenfläche auf einer

ή eng begrenzte Anzahl von Tiefen- und damit Bildtonstu- «kontinuierlichen Bahnlinie überlaufen, deren Vertei-

fen. Mit derart vergleichsweise wenig Bildton- oder lungsausmaß auf der Zellenfläche um so größer ist

-gradationsstufen läßt sich aber die heutzutage insbe- und/oder deren benachbarte Bahnabschnitte um so

fi sondere für die Farbbildwiedergabe geforderte Bildgüte enger aneinanderliegen, je höher die Dichte des diesem

nicht erreichen. Zellenort entsprechenden Punktes der Bildvorlage ist.

Bekanntgeworden sind auch Versuche mit hochener- _6o Dem Verteilungsausmaß entspricht dann der Außen-

j| getischen Elektronenstrahlen Druckformen in söge- durchmesser und dem Abschnittsabstand die Steigung

^fe nannter direkter Elektronenstrahlgravur zu erzeugen der Spirale. Mit diesem Prinzip der Strahllaufbahn-Re-

(vgl. Zeitschrift »Der Polygraph«, Heu 9, 1970, S. 537 gelung kann man eine Gravurskala erreichen, die und 538). Dabei sollen die Tonabstufungen der einzelnen beliebig vielstufig bis sogar praktisch stufenlos sein Bildpunkte dadurch erreicht werden, daß der in einer (>₅ kann. Es ist zwar aus der FR-PS 15 16 547 bereits ein Spiralbahn gleichbleibender Steigung geführte Elektro- Druckverfahren bekannt, bei dem die Ausbildung eines nenstrahl früher oder später ausgeblendet wird. Bei der Rasterpunktes in Form einer Spirale erfolgt, jedoch nur Erzeugung beispielsweise einer Halbtongravur werden bei Verwendung einer Kathodenstrahlröhre, die die