प्लेट बनाने के लिए लेजर सूक्ष्म संरचनात्मक प्रौद्योगिकी
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औद्योगिक गुरुत्वाकर्षण प्लेट उत्पादन में, एक बड़े सतह क्षेत्र में स्थानिक रिज़ॉल्यूशन की उच्च डिग्री की आवश्यकता होती है। प्रिंटिंग रोलर के तेज़ कामकाजी चक्र को थोड़े समय में माइक्रोमीटर परिशुद्धता में कई वर्ग मीटर का प्रभावी उत्कीर्णन की आवश्यकता होती है। इस क्षेत्र में लेजर के आवेदन में निम्नलिखित विशेषताएं हैं: उच्च प्रसंस्करण दर, सटीक ध्यान केंद्रित और डिजिटल मॉडुलन। डायरेक्ट लेजर माइक्रो-स्ट्रक्चरिंग टेक्नोलॉजी पारंपरिक गुरुत्वाकर्षण बनाने वाली तकनीकों (जैसे हीरा कलम या रासायनिक नक़्क़ाशी के साथ यांत्रिक उत्कीर्णन) को बदलती है, क्योंकि परिशुद्धता, दोहराने योग्यता, लचीलापन और उत्पादकता में वृद्धि हुई है।
रोटरी गुरुत्वाकर्षण प्लेट में एक समान तांबा या जस्ती इस्पात रोल होता है। छवि की जानकारी को तांबे या गैल्वनाइज्ड परत में छोटे कोशिकाओं में उत्कीर्ण किया जाता है जो स्याही को सब्सट्रेट में स्थानांतरित करते हैं (चित्र 1 देखें)। क्रोम की एक पतली परत गंभीर पीसने की स्थिति के तहत प्रेस का एक लंबा जीवन सुनिश्चित करता है। डॉक्टर ब्लेड का उपयोग करके, यह सुनिश्चित किया जाता है कि कोशिकाओं के आकार द्वारा निर्धारित स्याही की मात्रा केवल संचरित होती है।
गुरुत्वाकर्षण मुद्रण सिलेंडर की लंबाई 0.3 से 4.4 मीटर है, 0.3 से 2.2 मीटर की परिधि, और 10 वर्ग मीटर तक का सतह क्षेत्र है। जब स्क्रीन रेज़ोल्यूशन 60 से 400 लाइन / सेमी होता है, तो ड्रम पर कोशिकाओं की संख्या आमतौर पर 108 से 1010 होती है। सबसे किफायती समय में छवि प्रसंस्करण करने के लिए, लेजर को उच्च नाड़ी पुनरावृत्ति दर और एक होना आवश्यक है उच्च औसत शक्ति।
थर्मल पृथक्करण के रूप में बड़े पैमाने पर सूक्ष्म उत्कीर्णन के लिए, एक पूर्ण सेल बनाने के लिए एक ही लेजर पल्स के साथ एक स्पंदित लेजर बीम का उपयोग करने का सबसे प्रभावी तरीका है। एक क्यू-स्विच एनडी: 500 वाट की औसत ऑपरेटिंग पावर और 70 किलोहर्ट्ज़ की पुनरावृत्ति दर के साथ याग लेजर सिस्टम (चित्रा 3 देखें) जस्ता की वॉल्यूम पृथक्करण दर 1 सेमी 3 / मिनट तक पहुंचने और 0.1 एम 2 की एक क्षेत्र ablation दर सक्षम करने में सक्षम बनाता है / मिनट सेल का आकार लेजर बीम की तीव्रता तरंगों द्वारा निर्धारित किया जाता है।
हाफ-ऑटोोटाइपिकल कोशिकाएं (दोनों गहराई और व्यास ग्रेस्केल में परिवर्तनीय हैं) गाऊसी बीम वेवफॉर्म के साथ लेजर द्वारा उत्पन्न की जा सकती है, जबकि पारंपरिक कोशिकाएं (भूरे रंग के मूल्य में भिन्न गहराई के साथ) फ्लैट-नीचे तरंगों का उपयोग करके उत्पन्न होती हैं (चित्र 2 देखें)। कोशिकाओं का आकार नाड़ी ऊर्जा पर निर्भर करता है और एक ध्वनिक-ऑप्टिक मॉड्यूलर का उपयोग कर डिजिटल छवि डेटा सेट द्वारा नियंत्रित किया जाता है। 25 मीटर से 150 मीटर तक का व्यास छवि के स्क्रीन रिज़ॉल्यूशन को परिभाषित करता है; 1 मीटर से 40 मीटर तक की गहराई मुद्रित बिंदुओं के भूरे रंग को परिभाषित करती है।
पिघलने के गर्मी हस्तांतरण और गर्मी संवहन को कम किया जाना चाहिए। नतीजतन, Daetwyler ने एक विशेष electrogalvanized सामग्री विकसित किया है कार्बनिक additives जो सामान्य जिंक संरचनाओं से कम थर्मल प्रवाहकीय है। वाष्पीकरण द्वारा इस विशेष जस्ता को अपनाने से, पिघलने वाले क्षेत्र और burrs को जमा की पतली परत (सेल के चारों ओर 2 से 3 मीटर के भीतर) में कम किया जा सकता है।
पूरे ड्रम सतह को लगातार एक सर्पिल के आकार के जाल ट्रैक द्वारा उत्कीर्ण किया जाता है। जब ड्रम की गति 20 आरपीएम तक पहुंच जाती है, तो मशीनिंग हेड ड्रम अक्ष के समानांतर (स्क्रीन रिज़ॉल्यूशन के आधार पर) 15 से 150 माइक्रोन / रेव की एक ट्रैवर्स फीड पर जाती है। कोशिकाओं के बीच जाल की दीवार की मोटाई केवल 4 से 6 माइक्रोन होती है जब स्वर मान अधिकतम होता है। ड्रम को लगभग 1 माइक्रोन तक रोशनी के लिए बीम की लक्ष्यीकरण सटीकता की आवश्यकता होती है।
एक और तरीका 30-100 किलोहर्ट्ज़ की नाड़ी पुनरावृत्ति आवृत्ति मॉड्यूलेशन रेंज के साथ नाड़ी-मॉड्यूटेड उच्च-शक्ति फाइबर लेजर (500 वाट की औसत शक्ति) का उपयोग करना है। जब आवृत्ति 35 किलोहर्ट्ज़ होती है, तो प्रति नाड़ी अधिक ऊर्जा होती है, ताकि एक शॉट एक बड़े सेल को ड्रिल कर सके (जैसे कि 140 माइक्रोन के व्यास वाले स्क्रीन के साथ स्क्रीन 70 लाइन / सेमी हो)। जब आवृत्ति 100 किलोहर्ट्ज़ होती है, तो प्रति नाड़ी की ऊर्जा कम हो जाती है, और इस प्रकार एक छोटा सा कोशिका उत्कीर्ण होती है (उदाहरण के लिए, स्क्रीन स्क्रीन पर 400 माइक्रोन / सेमी होने पर 25 माइक्रोन का व्यास होता है)।
लेजर बीम का ऑपरेशन गैर-संपर्क है, जो एक हीरे कलम का उपयोग करके इलेक्ट्रोमेकैनिकल उत्कीर्णन पर एक महत्वपूर्ण लाभ है। जब तक प्रिंटिंग प्रक्रिया अनुमानित और दोहराने योग्य हो, तब तक ड्रम की पूरी चौड़ाई पर उत्कीर्णन की समानता की गारंटी दी जा सकती है। उच्च दोहराव की वजह से, सिंगल-शॉट सिंगल-होल लेजर प्रक्रिया इलेक्ट्रोमेकैनिकल उत्कीर्णन से लगभग 10 गुना तेज है।
बीम तीव्रता तरंग मॉड्यूलेशन
प्रिंटिंग बाजार पर कई अलग-अलग सब्सट्रेट सामग्री (जैसे कागज या लोचदार पन्नी) हैं, प्रत्येक अलग सतह विशेषताओं के साथ। स्याही हस्तांतरण का अनुकूलन इस पर निर्भर करता है: सब्सट्रेट की सतह (जैसे खुरदरापन, स्याही अवशोषण क्षमता), स्याही पैरामीटर (जैसे चिपचिपापन या वर्णक का मॉडल), मुद्रण प्लेटें। प्रत्येक अलग-अलग मामले के लिए, इष्टतम प्राप्त करने के लिए उत्कीर्ण कोशिकाओं के विभिन्न आकारों का उपयोग किया जा सकता है।
गर्मी चालन और संवहन के अलावा, कोशिकाएं लेजर बीम के फोकस तीव्रता तरंगों का सटीक रूप से प्रतिनिधित्व करती हैं। प्रत्येक सेल के लिए एक विशिष्ट आकार प्राप्त करने के लिए, बीम के स्टीरियोस्कोपिक तीव्रता तरंगों को वास्तविक समय में सक्रिय रूप से गठित किया जाता है, और छवि डेटा द्वारा नियंत्रित आवृत्ति 100 किलोहर्ट्ज जितनी अधिक होती है। इस स्टीरियो मॉडुलन तकनीक की समग्र योजना चित्रा 4 में दिखाया गया है।
प्रत्येक एकल कोशिका का आकार, व्यास और गहराई तीव्रता तरंग के सक्रिय मॉड्यूलेशन और प्रत्येक लेजर पल्स की ऊर्जा की स्वतंत्र भिन्नता द्वारा स्वतंत्र रूप से निर्धारित की जा सकती है। प्लेट बनाने की प्रक्रिया में इस नए प्रकार के सेल को सुपर हाफॉटोटाइपिकल सेल (एसएचसी) कहा जाता है, जो हाफॉटोटाइपिकल सेल का विस्तार है (सेमी-स्वचालित सेल की गहराई और व्यास भिन्न होता है, लेकिन स्वतंत्र रूप से नियंत्रित नहीं होता है)।
एसएचसी मॉड्यूलेशन एक लेजर सिस्टम को विभिन्न कोशिकाओं (पारंपरिक, ऑटोोटाइपिकल, हाफॉटोटाइपिकल) को उत्कीर्ण करने की अनुमति देता है। अतीत में, विभिन्न प्रक्रियाओं (इलेक्ट्रोमेकैनिकल उत्कीर्णन, रासायनिक नक़्क़ाशी) की आवश्यकता थी। अब, प्रत्येक रंग%-टन मूल्य और प्रिंट सब्सट्रेट के लिए स्याही स्थानांतरण विशेषताओं और प्रिंटिबिलिटी को अनुकूलित करने के लिए नए सेल आकार बनाए जा सकते हैं।
रणनीति और आवेदन
एसएचसी बीम वेवफॉर्म मॉड्यूलेशन के "सिंगल-शॉट सिंगल-होल" विधि के अलावा, निरंतर लेजर दालों को सुपरमोपोज़ करके उत्कीर्ण कोशिकाओं को डिजाइन करना भी संभव है, सिवाय इसके कि स्पॉट व्यास आवश्यक सेल आकार से छोटा है (जैसे स्पॉट व्यास 10-15)। माइक्रोन, सेल आकार 100 माइक्रोन)। गठित कोशिकाओं का आकार और आंतरिक संरचना लेजर दालों (जैसे छवि टाइपसेटिंग मशीन स्कैनिंग एल्गोरिदम) की मॉड्यूलेशन, ओवरलैप और स्कैनिंग योजनाओं पर निर्भर करती है।
निरंतर तरंग लेजर स्विच किए जाते हैं या ग्रे-स्केल को छोटे ओवरलैपिंग पट्टियों को बनाने के लिए मॉड्यूल किया जाता है जो हीरा के आकार वाले सेल का निर्माण करते हैं। लाभ छवि का उच्च संकल्प है (उदाहरण के लिए, 1000 माइक्रोन / सेमी का एक संकल्प 10 माइक्रोन के आगे परिवहन चरण आकार और 15-20 माइक्रोन का स्पॉट व्यास)। नुकसान उत्पादन क्षमता का नुकसान है, जिसे उच्च मॉड्यूलेशन आवृत्ति (लगभग 1 मेगाहर्ट्ज) और बहु-बीम उत्कीर्णन सिर का उपयोग करके मुआवजा दिया जाना चाहिए।
उच्च चमक फाइबर लेजर (200-600 वाट, निरंतर लहर, नाड़ी मॉड्यूलेशन) या अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेजर फोकस के दौरान अपनी उच्च चोटी शक्ति के कारण इस उन्नत उत्कीर्णन विधि को सक्षम करते हैं। जस्ता के अलावा, तांबे और मिट्टी के बरतन जैसे अन्य सामग्रियों को उत्कीर्ण करने के लिए इस उच्च चमक का भी उपयोग किया जा सकता है।
छवि लेआउट मशीन स्कैनिंग प्रक्रिया एल्गोरिदम कई उच्च रिज़ॉल्यूशन 2 डी (प्रिंटिंग) अनुप्रयोगों और 3 डी (प्रिंटिंग) अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। उदाहरण के लिए, एक आरएफआईडी गुरुत्वाकर्षण रोल उत्कीर्णन।
मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स एक आगामी नई तकनीक है, और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और सर्किटों के लिए आवश्यक उच्च परिशुद्धता प्रिंट आउटपुट सटीकता और एकरूपता के लिए एक नया बेंचमार्क सेट करेगी। कंडक्टर और अर्धचालक के अधिकांश कार्बनिक या अकार्बनिक स्याही पेस्ट की तरह हैं, जो मुद्रित करने के लिए बहुत श्रमिक हैं।
वर्दी के लिए, इन स्याही के गैर-छिद्रपूर्ण संदूषण, सेल ज्यामिति का सटीक नियंत्रण और गुरुत्वाकर्षण प्लेट की सतह बनावट महत्वपूर्ण है। चित्रा 5 सी केवल 10 माइक्रोन की समोच्च चौड़ाई के साथ एक आरएफआईडी टैग एंटीना का उत्कीर्णन परीक्षण दिखाता है।
सारांश और दृष्टिकोण
लेजर प्रौद्योगिकी पारंपरिक मुद्रण प्रक्रिया में सुधार, प्रिंट आउटपुट दक्षता, स्क्रीन रेंज, सटीकता और गुणवत्ता में सुधार करने के लिए डिजिटल इमेजिंग विधियों को जोड़ती है। अलग-अलग लेजर प्रकारों का उपयोग करने के लिए विभिन्न एल्गोरिदम का उपयोग किया जा सकता है। मॉड्यूटेड लेजर बीम वेवफ़ॉर्म का उपयोग करते हुए, सिंगल-शॉट सिंगल-होल एसएचसी प्रक्रिया वर्तमान में गुरुत्वाकर्षण के लिए सबसे तेज़ प्रक्रिया है और विभिन्न सब्सट्रेट्स, स्याही और प्रिंटिंग के लिए इसका उपयोग किया जा सकता है। उच्च ऊर्जा वाले टीईएम 00 स्रोतों का उपयोग कर नया उत्कीर्णन एल्गोरिदम औद्योगिक अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला के लिए लेजर पृथक्करण विधियों की सीमा को बढ़ाता है, जैसे बड़े क्षेत्र के भौतिक हस्तांतरण के लिए एनीलॉक्स रोल, मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उच्च परिशुद्धता गुरुत्वाकर्षण मुद्रण, और 3 डी प्रिंटिंग टूल्स में प्रयुक्त । अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स लेजर उपरोक्त तरीकों को ड्राइव और सुधारने में सक्षम होंगे जब आवश्यक लेजर पावर और नए उत्कीर्णन परिपक्व एल्गोरिदम दोनों संतुष्ट हैं। भविष्य के लिए चुनौती ablation प्रक्रिया को अनुकूलित करने के लिए एक पिकोसेकंद ultrashort नाड़ी लेजर का उपयोग करना होगा।