EP0473973B1 - Verfahren zum Bearbeiten von Tiefdruckformen - Google Patents

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EP0473973B1
EP0473973B1 EP19910113491 EP91113491A EP0473973B1 EP 0473973 B1 EP0473973 B1 EP 0473973B1 EP 19910113491 EP19910113491 EP 19910113491 EP 91113491 A EP91113491 A EP 91113491A EP 0473973 B1 EP0473973 B1 EP 0473973B1
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EP
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outer layer
layer
zinc
intaglio printing
printing plate
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Max Dätwyler
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Daetwyler Global Tec Holding AG
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MDC Max Daetwyler AG Bleienbach
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41C—PROCESSES FOR THE MANUFACTURE OR REPRODUCTION OF PRINTING SURFACES
    • B41C1/00—Forme preparation
    • B41C1/02—Engraving; Heads therefor
    • B41C1/04—Engraving; Heads therefor using heads controlled by an electric information signal
    • B41C1/05—Heat-generating engraving heads, e.g. laser beam, electron beam

Definitions

  • the present invention relates to a method for processing gravure printing forms consisting of at least one base body and a metallic outer layer carried by it, as well as a printing form suitable for carrying out this method.
  • DE-PS en 27 09 554 and 27 19 275 describes devices for laser processing of gravure cylinders of a conventional type, that is to say of gravure cylinders with an outer layer of electrolytically applied copper. In practice, however, the laser processing of gravure cylinders with an outer copper layer could not prevail.
  • the present invention has for its object to provide a method of the type mentioned for the laser processing of the metallic outer layer of printing forms, which can be used successfully under the conditions prevailing in practice.
  • the present invention is based on the finding that the laser processing of gravure forms, in particular gravure cylinders, of the conventional type with an outer layer made of copper is associated with difficulties for the following reasons.
  • Figures 1-4 show excerpts from differently designed gravure forms.
  • the printing form 1 shown only in part in FIG. 1 (in the present case a gravure cylinder as a preferred embodiment) has a base body 2 made of a suitable material, e.g. Steel, aluminum or plastic.
  • a metallic intermediate layer 3 is applied to this base body 2 in a known manner, preferably galvanically.
  • the intermediate layer 3 consists for example of copper or zinc.
  • This intermediate layer 3, which serves to adapt to different cylinder diameters, is also present in the embodiments according to FIGS. 2-4, but is no longer shown in these figures.
  • this material has an abrasion and compressive strength that is at least as high as that of copper. Furthermore, this material can be machined at least as well as copper and allows the reproducibility of the grid pattern to be reproduced, which is comparable to that of copper.
  • a material that has these properties and that also meets the printing requirements is in particular zinc or a zinc alloy.
  • the metals and metal alloys used for the outer layer 4 must have an abrasion and compressive strength that is at least as high as that of copper and must be machinable at least as well as copper.
  • the reproducibility of the grid pattern from printing form to printing form must be comparable to that with outer layers made of copper.
  • these metals and metal alloys must also meet the printing requirements and in particular enable a very high quality of the surface 4a of the outer layer 4. Furthermore, it is important that the ratchet cups 5 can be lifted in the outer layer 4 by means of laser beams at a very high speed. The latter requirement is particularly important for the processing of gravure cylinders.
  • a heat-insulating intermediate layer 6 is arranged below the metallic outer layer 4, which largely prevents the outflow of the heat generated during laser processing from the outer layer 4 into the intermediate layer 3 or the base body 2.
  • This heat insulation can be influenced on the one hand by the choice of a material with heat-insulating properties and on the other hand by the thickness of the layer 6.
  • Possible materials for this heat-insulating layer 6 are: plastic, ceramic, metals or metal alloys with poorer thermal conductivity than the material from which the outer layer 4 is made. Such metals with poor thermal conductivity are e.g. Titanium, tin, zinc etc.
  • other suitable heat insulation materials can of course also be used.
  • the outer layer 4 can also be formed from copper.
  • the outer layer 4 is designed as a so-called dispersion layer, which consists of a carrier or matrix material 8 and particles 7 embedded therein, made of a heat-insulating one Material exists.
  • These particles 7 can be made of plastic, metal oxides, ceramics, silicon carbide, molybdenum and the like materials, for example.
  • Zinc, copper or other metallic materials or their alloys can be used as the carrier or matrix material 8.
  • the incorporation of the particles 7 into the outer layer 4 can have a positive influence on the properties of the outer layer 4 which significantly influence laser processing, for example the evaporation energy, the conductivity and the absorption properties of the layer 4.
  • the heat flow is not only influenced as in the embodiment according to FIG. 2 towards the base body 2, but also spatially, i.e. also in the direction of the course of the outer layer 4.
  • the heat flow in the outer layer is also considerably reduced by these particles 8, as a result of which, for example, the deformation of extremely thin well walls can be prevented.
  • the embedded particles 7 are selected in terms of shape, size and number per unit volume so that the respective printing requirements (e.g. print quality) can be met.
  • FIG. 4 Another embodiment is described in FIG. 4.
  • the grid cells 5 are then worked directly through this wear-resistant cover layer 9 into the underlying material of the outer layer 4.
  • This embodiment has the advantage that printing form 1 is available for printing directly after laser processing, since chrome layer 9, which is usually only applied after engraving, is already present.
  • the material that is used to form the cover layer 9 should form a very stable oxide on its surface, which makes the adhesion of other materials very difficult or even prevents it. This is the case with chrome, for example.
  • the metallic outer layer 4 can consist of zinc or its alloys or also other metals and metal alloys including copper. In addition, it is also conceivable to produce the outer layer 4 from a suitable plastic.
  • the absorption of the laser beams is increased if the outer layer 4 to be engraved is additionally covered with a black layer.
  • This layer can consist of a chemically or electrochemically applied chromium or chromate layer.
  • the layer can also be applied by means of a plasma or vacuum coating process and can also consist of other materials, such as lacquer or plastics.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von wenigstens aus einem Grundkörper und einer von diesem getragenen, metallischen Aussenschicht bestehenden Tiefdruckformen gemäss Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Druckform.
  • Das Ausbilden der Rasternäpfchen in der Aussenschicht von Druckformen mittels Laserstrahlen ist bereits bekannt. In der DE-PS 23 54 323, die die Bearbeitung einer Druckform mit einer Aussenschicht aus Kunststoff mittels Laserstrahlen zum Gegenstand hat, sind die Probleme beschrieben, die bei der Laserbearbeitung von Druckformen auftreten (siehe insbesondere Kolonne 1, Zeilen 46-62). Im weiteren sind in dieser deutschen Patentschrift Hinweise zur Lösung dieser Probleme zu finden.
  • In den DE-PS en 27 09 554 und 27 19 275 sind Vorrichtungen zur Laserbearbeitung von Tiefdruckzylindern herkömmlicher Art beschrieben, d.h. also von Tiefdruckzylindern mit einer Aussenschicht aus elektrolytisch aufgebrachtem Kupfer. In der Praxis konnte sich jedoch die Laserbearbeitung von Tiefdruckzylindern mit Kupferaussenschicht nicht durchsetzen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art für die Laserbearbeitung der metallischen Aussenschicht von Druckformen zu schaffen, das unter den in der Praxis herrschenden Bedingungen erfolgreich eingesetzt werden kann.
  • Bezüglich der erfindungsgemässen Lösung dieser Aufgabe wird auf die Ansprüche verwiesen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Laserbearbeitung von Tiefdruckformen, insbesondere Tiefdruckzylinder, der herkömmlichen Art mit einer Aussenschicht aus Kupfer aus folgenden Gründen mit Schwierigkeiten verbunden ist.
  • Das Ausnehmen der Rasternäpfchen aus der Kupferschicht mittels Laserstrahlen ist mit einem verhältnissmässig hohen Energieaufwand verbunden und zwar aus folgenden Gründen:
    • 1. Sehr starke Reflexion der Kupferschicht
    • 2. Hohe Schmelz- bzw. Verdampfungstemperatur von Kupfer
    • 3. Hohe Schmelz- bzw. Verdampfungswärme von Kupfer
    • 4. Gute Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und damit starke Wärmeabgabe an die Umgebung der Rasternäpfchen.
  • Speziell an Tiefdruckformen werden noch weitere Anforderungen gestellt. Insbesondere wird eine hohe Qualität der Druckoberfläche und eine kurze Bearbeitungszeit beim Ausbilden der Rasternäpfchen verlangt. Diese Anforderungen sind mit den herkömmlichen Tiefdruckformen mit einer galvanisch aufgetragenen Kupfer-Aussenschicht aber nur sehr schwer zu erfüllen.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden nun verschiedene Massnahmen erläutert, mit denen die vorstehend dargestellten Nachteile, die beim Ausbilden von Rasternäpfchen in herkömmlichen Druckformen mittels Laserstrahlen auftreten, vermieden werden können.
  • Die Figuren 1-4 zeigen Ausschnitte von verschiedenartig aufgebauten Tiefdruckformen.
  • Die in Figur 1 nur ausschnittweise dargestellte Druckform 1 (im vorliegenden Fall als bevorzugte Ausführungsform ein Tiefdruckzylinder) weist einen Grundkörper 2 aus einem geeigneten Material, z.B. Stahl, Aluminium oder Kunststoff, auf. Auf diesen Grundkörper 2 ist auf bekannte Weise eine metallische Zwischenschicht 3 aufgetragen, vorzugsweise galvanisch. Die Zwischenschicht 3 besteht beispielsweise aus Kupfer oder Zink. Diese Zwischenschicht 3, die zur Anpassung an verschiedene Zylinderdurchmesser dient, ist bei den Ausführungsformen gemäss den Figuren 2-4 auch vorhanden, in diesen Figuren jedoch nicht mehr dargestellt.
  • Mit der Zwischenschicht 3 ist eine metallische Aussenschicht 4 verbunden, die ebenfalls galvanisch aufgebracht wird. In dieser Aussenschicht 4 sind mittels Laserstrahlen Rasternäpfchen 5 ausgebildet. Die Aussenschicht 4 ist nicht aus elektrolytisch aufgetragenem Kupfer sondern besteht aus einem bzw. enthält einen Werkstoff mit den folgenden Eigenschaften:
    • 1. Sein Absorptionsfaktor 1-R ist grösser als derjenige von Kupfer,
    • 2. Er weist eine geringere Schmelz- bzw. Verdampfungswärme Q auf als Kupfer,
    • 3. Er weist eine geringere Schmelz- bzw. Verdampfungstemperatur T auf als Kupfer, und
    • 4. Seine Wärmeleitfähigkeit k ist geringer als diejenige von Kupfer.
  • Daneben weist dieser Werkstoff eine Abrieb- und Druckfestigkeit auf, die mindestens so hoch ist wie diejenige von Kupfer. Im weiteren ist dieser Werkstoff mindestens so gut mechanisch bearbeitbar wie Kupfer und erlaubt eine Reproduzierbarkeit des Rasternäpfchenmusters, die mit derjenigen von Kupfer vergleichbar ist.
  • Ein Werkstoff, der diese Eigenschaften aufweist und der zudem den drucktechnischen Anforderungen genügt ist insbesondere Zink oder eine Zinklegierung.
  • Zwischen den im Zusammenhang mit der Lasergravur wichtigen Materialeigenschaften von Kupfer und Zink bestehen die folgenden bedeutenden Unterschiede:
    Verdampfungsenergie Cu: 892 J/mm³
    Zn: 31,4 J/mm³
    Verdampfungstemperatur Cu: 2595° C
    Zn: 907° C
    Absorptionsfaktor (1-R) (bei 1»m und Zimmertemperatur) Cu: 0,06
    Zn: 0,5
    Wärmeleitfähigkeit Cu: 3,94 W/cm°C
    Zn: 1,13 W/cm°C
  • Zum Ausheben einer Rasternäpfchens mit einem Durchmesser von 120 »m und einer Tiefe von 30 »m sind zum Beispiel beim Kupfer 165 mWs und beim Zink 6 mWs notwendig.
  • Neben Zink und dessen Legierungen eignen sich auch Werkstoffe mit vergleichbaren Eigenschaften.
  • Bei der Auswahl der geeigneten Werkstoffe ist noch folgendes zu beachten:
    Die für die Aussenschicht 4 zur Anwendung gelangenden Metalle und Metalllegierungen müssen eine Abrieb- und Druckfestigkeit aufweisen, die mindestens so hoch ist wie diejenige von Kupfer und müssen sich mindestens so gut mechanisch bearbeiten lassen wie Kupfer. Zudem muss die Reproduzierbarkeit des Rasternäpfchenmusters von Druckform zu Druckform vergleichbar sein zu derjenigen bei aus Kupfer bestehenden Aussenschichten.
  • Natürlich müssen diese Metalle und Metalllegierungen auch den drucktechnischen Anforderungen genügen und insbesondere eine sehr hohe Güte der Oberfläche 4a der Aussenschicht 4 ermöglichen. Im weiteren ist es von Bedeutung, dass das Ausheben der Rasternäpfchen 5 in der Aussenschicht 4 mittels Laserstrahlen mit sehr grosser Geschwindigkeit erfolgen kann. Die letztgenannte Forderung ist vor allem für die Bearbeitung von Tiefdruckzylindern von sehr grosser Bedeutung.
  • Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ist unterhalb der metallischen Aussenschicht 4 eine wärmeisolierende Zwischenschicht 6 angeordnet, welche den Abfluss der bei der Laserbearbeitung entstehenden Wärme aus der Aussenschicht 4 in die Zwischenschicht 3 bzw. den Grundkörper 2 weitgehend verhindert. Diese Wärmeisolation kann einerseits durch Wahl eines Werkstoffes mit wärmeisolierenden Eigenschaften und andererseits durch die Dicke der Schicht 6 beeinflusst werden. Als mögliche Werkstoffe für diese wärmeisolierende Schicht 6 sind zu nennen: Kunststoff, Keramik, Metalle oder Metalllegierungen mit schlechterer Wärmeleitfähigkeit als der Werkstoff, aus dem die Aussenschicht 4 besteht. Solche Metalle mit schlechterer Wärmeleitfähigkeit sind z.B. Titan, Zinn, Zink u.s.w. Daneben sind selbstverständlich auch andere geeignete Wärmeisolationsmaterialien einsetzbar.
  • Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform kann die Aussenschicht 4 neben den bereits im Zusammenhang mit Figur 1 genannten Werkstoffen auch aus Kupfer gebildet sein.
  • Bei der Ausführungsform gemäss Figur 3 ist die Aussenschicht 4 als sogenannte Dispersionsschicht ausgebildet, die aus einem Träger- oder Matrixmaterial 8 und darin eingebetteten Partikeln 7 aus einem wärmeisolierenden Werkstoff besteht. Diese Partikel 7 können z.B. aus Kunststoff, Metalloxiden, Keramik, Siliziumkarbid, Molybdän und dergleichen Materialien sein. Als Träger- bzw. Matrixmaterial 8 kann z.B. Zink, Kupfer oder andere metallische Werkstoffe bzw. deren Legierungen verwendet werden.
  • Durch die Einlagerung der Partikel 7 in die Aussenschicht 4 können die die Laserbearbeitung massgeblich beeinflussenden Eigenschaften der Aussenschicht 4 positiv beeinflusst werden, so z.B. die Verdampfungsenergie, die Leitfähigkeit und die Absorptionseigenschaften der Schicht 4. Der Wärmeabfluss wird nicht nur wie bei der Ausführungsform gemäss Figur 2 in Richtung zum Grundkörper 2 hin beeinflusst, sondern räumlich, d.h. auch in Richtung des Verlaufes der Aussenschicht 4. Anders ausgedrückt wird durch diese Partikel 8 auch der Wärmeabfluss in der Aussenschicht erheblich herabgesetzt, wodurch beispielsweise die Deformation von extrem dünnen Näpfchenwandungen verhindert werden kann. Die eingelagerten Partikel 7 werden bezüglich Form, Grösse und Anzahl pro Volumeneinheit so gewählt, dass die jeweiligen drucktechnischen Anforderungen (z.B. Druckqualität) erfüllt werden können.
  • Eine weitere Ausführungsform ist in Figur 4 beschrieben. Bei dieser Variante wird vor der Laserbearbeitung auf die Oberfläche 4a der Aussenschicht 4 eine Deckschicht 9 aufgebracht, die aus einem abrieb- und verschleissfesten Material besteht, z.B. aus Chrom oder einem Metalloxid. Die Rasternäpfchen 5 werden dann direkt durch diese verschleissfeste Deckschicht 9 hindurch in das darunterliegende Material der Aussenschicht 4 eingearbeitet.
  • Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Druckform 1 direkt nach der Laserbearbeitung für den Druck zur Verfügung steht, da die üblicherweise erst nach dem Gravieren aufgebrachte Chromschicht 9 nun bereits vorhanden ist. Das Material, das zur Bildung der Deckschicht 9 verwendet wird, sollte auf seiner Oberfläche ein sehr stabiles Oxid bilden, welches die Haftung anderer Werkstoffe sehr stark erschwert oder sogar verhindert. Dies ist beispielsweise bei Chrom der Fall. Beim Bilden der Rasternäpfchen 5 herausgeschleudertes Material, das am Rand des Rasternäpfchens 5 kondensiert, wird von dieser Oxydschicht der Deckschicht 9 abgestossen, so dass zwischen dieser Deckschicht 9 und dem abgelagerten Material keine haftende Verbindung stattfinden kann. Somit können im Randbereich der Rasternäpfchen 5 keine störenden Materialablagerungen erfolgen.
  • Bei dieser Ausführungsform gemäss Figur 4 kann die metallische Aussenschicht 4 aus Zink oder seinen Legierungen oder auch anderen Metallen und Metalllegierungen einschliesslich Kupfer bestehen. Daneben ist es auch denkbar, die Aussenschicht 4 aus einem geeigneten Kunststoff herzustellen.
  • Die Absorption der Laserstrahlen wird erhöht, wenn die zu gravierende Aussenschicht 4 zusätzlich mit einer schwarzen Schicht überdeckt wird. Diese Schicht kann aus einer chemisch oder elektrochemisch aufgebrachten Chrom- bzw. Chromatschicht bestehen. Die Schicht kann auch mittels eines Plasma- oder Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebracht werden und kann auch aus andern Materialien, wie z.B. Lack oder Kunststoffen, bestehen.
  • Versuche haben folgendes gezeigt:
    Mit CO₂-Lasern können bei einer Aussenschicht 4 aus unlegiertem Zink (Zn) die besten Materialabtragsleistungen erzielt werden. Doch haben Aussenschichten 4 aus reinem Zink den Nachteil, dass die drucktechnischen Anforderungen, wie insbesondere Druckbeständigkeit, nur schlecht erfüllt werden können.
  • Demgegenüber konnte festgestellt werden, dass mit aus Zinklegierungen bestehenden Aussenschichten 4, die mit einem YAG-Laser bearbeitet wurden, eine bedeutend bessere Qualität der Rasternäpfchen 5 erzielt werden konnte und auch die bereits früher erwähnten drucktechnischen Anforderungen viel besser erfüllt werden können.
  • Trotzdem waren bei mit YAG-Lasern bearbeiteten Aussenschichten 4 aus Zinklegierungen bezüglich Materialabtragsleistungen keine Nachteile feststellbar.
  • Daraus lässt sich schliessen, dass bei Verwendung von Zinklegierungen für die Aussenschicht 4 und bei Bearbeitung durch YAG-Laser sich die gewünschten Resultate erzielen lassen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Bearbeiten von wenigstens aus einem Grundkörper (2) und einer von diesem getragenen, metallischen Aussenschicht (4) bestehenden Tiefdruckformen (1), bei dem in der Aussenschicht (4) mittels Laserstrahlen die Rasternäpfchen (5) ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckform (1) mit einer metallischen Aussenschicht (4), die aus Zink oder einer Zinklegierung besteht oder Zink oder eine Zinklegierung enthält, verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter der metallischen Aussenschicht (4) eine wärmeisolierende Zwischenschicht (6) angeordnet wird, die aus einem Isolationsmaterial, z.B. Kunststoff, besteht oder durch eine Metallschicht mit schlechterer Wärmeleitfähigkeit als die Aussenschicht (4) gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der metallischen Aussenschicht (4) Partikel (7) eines wärmeisolierenden Werkstoffes, z.B. Kunststoff, Metalloxid, Siliziumkarbid, Keramik oder Molybdän, eingebettet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Aussenschicht (4) vor der Laserbearbeitung mit einer Deckschicht (9) aus einem abrieb- und verschleissfesten Material, z.B. einem Metalloxid oder Chrom, versehen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenschicht (4) mit einer eine Erhöhung der Absorption der Laserstrahlen bewirkenden schwarzen Schicht versehen wird.
  6. Für die Ausbildung von Rasternäpfchen (5) mittels Laserstrahlen geeignete Tiefdruckform (1) bestehend wenigstens aus einem Grundkörper (2) und einer von dieser getragenen metallischen Aussenschicht (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenschicht (4) aus Zink oder einer Zinklegierung besteht oder Zink oder eine Zinklegierung enthält.
  7. Tiefdruckform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Aussenschicht (4) eine wärmeisolierende Zwischenschicht (6) angeordnet ist, die aus einem Isolationsmaterial, z.B. Kunststoff, besteht oder durch eine Metallschicht mit schlechterer Wärmeleitfähigkeit als die Aussenschicht (4) gebildet ist.
  8. Tiefdruckform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der metallischen Aussenschicht (4) Partikel (7) eines wärmeisolierenden Werkstoffes, z.B. Kunststoff, Metalloxid, Siliziumkarbid, Keramik oder Molybdän, eingebettet sind.
  9. Tiefdruckform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Aussenschicht (4) mit einer Deckschicht (9) aus einem abrieb- und verschleissfesten Material, z.B. einem Metalloxid oder Chrom, versehen ist.
  10. Tiefdruckform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenschicht (4) mit einer eine Erhöhung der Absorption der Laserstrahlen bewirkenden schwarzen Schicht versehen ist.
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