Лазеры решают всё? *

Более 40 лет считалось, что лазерный луч не в состоянии испарять медь при комнатной температуре: из-за отражающей свет блестящей поверхности металл не получает достаточной энергии и остаётся твёрдым. Похоже, современные разработчики скоро избавят нас от этого заблуждения.

Быстрый и надёжный метод нанесения изображений на формные цилиндры всегда был «святым Граалем» глубокой печати. Многие годы цветоделённые изображения, а поверх них — опорные линии растровой структуры поверхности цилиндра в два этапа экспонировались на лист светочувствительной пигментной бумаги с гелеобразным поверхностным слоем. Бумагой оборачивали цилиндр, и после отделения бумажной части на поверхности оставались участки отверждённого фоторезиста. Готовые ячейки формировались на медной поверхности ручным травлением кислотными растворами хлорида железа (III) различной насыщенности.

Как это делается теперь?

Методы удаления материала с поверхности формного цилиндра глубокой печати включают физические (механическим инструментом, который твёрже цилиндра), химические (растворение кислотой, или травление), электролитические (обратная гальванизация, когда цилиндр выступает в роли анода) и термальную абляцию (испарение термической энергией пучка электронов или фотонов, т. е. света).

Химическим и электролитическим способами обрабатывается сразу весь цилиндр с предварительно нанесённым защитным слоем, на который и наносится изображение. Теоретически, возможна электрохимическая обработка, где резец служит катодом, а материал удаляется преимущественно неконтактным способом (электролитическим вместо механического), но существующие разработки не обеспечивают достаточной скорости.

В современных химических и электролитных решениях используется лазер: в системе Schepers он испаряет тонкий слой чёрного лака перед химическим травлением, в устройствах Think и Creo/Acigraf Exactus отверждает светочувствительный слой перед химическим или электролитным удалением меди. Лазеру отведена второстепенная роль, поэтому обработка максимально ускорена, но для формирования ячеек в меди необходимы дополнительные этапы.

Новейшая история

Впервые о технологии электронного гравирования цилиндров глубокой печати (Electron Beam Gravure) заговорили на втором заседании Европейской ассоциации глубокой печати (ERA) в 1958 г., сформировав соответствующую техническую комиссию, в 1960 г. экспериментальная система была запущена во франкфуртском филиале института Бэттела, в 1963 г. Ассоциация получила первый отчёт о «гравировании посредством светового луча», т. е. лазера.

Crosfield Electronics первой поставила на коммерческую основу лазерное гравирование цилиндров глубокой печати, в 1980 г. предложив систему Lasergravure. Экспериментальная версия работала по принципу полного предварительного гравирования медного цилиндра, по аналогии с флексографским анилоксовым валом. Сформированные ячейки полностью заполнялись эпоксидной смолой до выравнивания поверхности, лазер испарял её на несущих изображение участках. Затем от медной матрицы ячеек отказались, цилиндр стали полностью покрывать смолой, гравируя ячейки непосредственно в ней. После двух лет экспериментов, отведённых на разработку продукта, электронные и лазерные компоненты довели до полной функциональности, продав систему компании Robert Maxwell и установив для тестирования в Sun Printers. Но за последующие 5 лет так и не удалось найти смесь смол, по тиражестойкости приближенную к 5 млн отт. Попадавшие в красочные ящики частицы застревали между ракелем и цилиндром, царапая его. В 1987 г. проект свернули, хотя ПО для вывода изображения на цилиндры продавали и дальше — для электронного интерфейса Helio-Klischograph.

Коммерческим проектом гравирование электронным лучом (electron beam engraving, EBG) сделала фирма Dr.-Ing. Rudolf Hell, команда под руководством Зигфрида Байссвенгера. Проблема была в процессе, проходившем в вакууме. Цилиндр и гравировальная головка помещались в подобие «субмарины», сдерживавшей давление воздуха, но полноформатная система требовала соответствующего объёма вакуумированного пространства — решение оказалось неэкономичным, хотя несколько систем продали для гравирования стальных цилиндров, выполняющих тиснение по листовому металлу. Проект окончательно закрыли решением совета на проходившем в Италии ежегодном собрании Европейской ассоциации в 1993 г.

Гравировальная установка Daetwyler Laserstar E

Заручившись поддержкой Bauer, кровно заинтересованной в гравировании электронным лучом, эстафету подхватила MDC Max Daetwyler. Первые «клише», выгравированные планшетным устройством Klischograph, были цинковыми и открыли этот металл для полиграфистов: он хорошо поглощает излучение традиционных лазеров и может покрываться хромом. Если оцинкованный цилиндр после гравировки хромировать, по износостойкости он сравняется с традиционным. В 1995 г. на Drupa индустрии представили систему LaserStar, частота циклов гравирования в которой удвоилась по сравнению с начальными 35 кГц. Новая модель на 70 кГц пользовалась популярностью у производителей упаковки (особенно сигаретной) и поставлялась также в экономичной версии «Е» с укороченным и облегчённым ложем гравирования (макс. длина 2,8 м). Современная версия с двумя головками (140 кГц), гравирующая цилиндры глубокой печати для издательского сегмента, работает на предприятиях Bauer Druck в Кёльне (Германия) и Новогродзеце (Польша), планируется инсталляция в Японии.

Пока Hell билась над проблемой гравирования электронным лучом, а Daetwyler создавала собственный лазер, разработками в сфере электромеханического гравирования занялась Ohio Electronic Engraving. После появления гравировальных устройств с одной головкой для упаковочного сегмента она анонсировала модель для издательского рынка глубокой печати M900, первый раз приняв участие в европейской выставке Drupa-1995. Предложенная система заинтересовала букетом инноваций, в т. ч. гравировальными головками удвоенной скорости со встроенными камерами автоматической калибровки. После громкого анонса Нell, пробудившись и прекратив работы над проектом EBG, оперативно разработала модель K405, а затем — базирующиеся на тех же принципах K500 и K6, отличавшиеся рядом инновационных моментов.

Установка Hell Cellaxy для прямого лазерного гравирования по меди

Наконец появился проект Hell Cellaxy. Как специалистам фирмы удалось реализовать технологию «лазер по меди»? За последнее десятилетие серьёзно повысилась мощность лазеров, появились разработки вроде «волоконного лазера», но ключевое отличие всё же в подходе. В базовой системе Daetwyler DLS лазерный луч по ширине равен ячейке — её формирует один удар. Для печати по грубым поверхностям формируется коническая ячейка за счёт дополнительной мощности по центру луча. В Hell Cellaxy принцип тот же, что и в процессорах для офсетных пластин. Ячейка по ширине в несколько раз больше лазерного луча, поэтому создаётся параллельными «надрезами» — мощный луч фокусируется на меньшей площади. Трёхмерный растровый процессор позволяет «высекать» отдельные ячейки любой ширины и глубины (256 градаций мощности лазера). По краям плашек можно формировать «половинные» ячейки, чтобы избежать типичных для электромеханического гравирования «ступенек».

Пока по скорости Cellaxy подходит лишь для гравирования формных цилиндров для печати упаковки, поэтому позиционируется как дополнение к K500 для 100% векторных работ (сигаретная упаковка), но что нас ждёт на Drupa-2008?..

* Перепечатывается с сокращениями из журнала Gravure News, с разрешения секретариата Европейской ассоциации глубокой печати (ERA).

С целью дополнить материал статьи современной объективной информацией, ERA обсудила с д-ром Рене Хартманом из MDC Max Daetwyler и д-ром Зигфридом Байссвенгером из Hell Gravure Systems перспективы лазерного гравирования.

Сможет ли прямое лазерное гравирование цилиндров глубокой печати полностью вытеснить электромеханическую обработку и, если да, как скоро?
Р. Х.: В ближайшей и обозримой перспективе точно нет. Тем не менее, система MDC DLS зарекомендовала себя как универсальный инструмент для высококачественного гравирования, что подтверждает опыт ведущих компаний (Janoschka, Bauer, Saueressig, Keating USA). С появлением английской Interprint активизировался и рынок декоративной печати.
З. Б.: Технологию электромеханического гравирования алмазными резцами Hell предложила ещё в 1962 г., но лишь спустя 34 года на Helio-Klischograph перешла последняя крупная типография Европы. То же ждёт и лазерное гравирование. Пока крупные инвестиции гарантированно окупаются лишь в глубокой печати узкоспециализированной упаковки. Реальной альтернативой электромеханическому гравированию лазер станет лишь с повышением эффективности и снижением стоимости обработки.

Каковы экономические преимущества лазерного гравирования цилиндров перед традиционными методами?
Р. Х.: Качество гравирования выливается в безупречность полиграфической продукции. Лазерные системы DLS на порядок снижают усилия по достижению стабильности/повторяемости работы машины и изготовления цилиндров. Эти факторы — не что иное, как деньги! Технология цинк–гальваника оптимизирует перечисленные показатели, кроме того, дешевле традиционной меди.
З. Б.: Пока у лазерного гравирования нет экономических преимуществ по сравнению с электромеханическими методами. Его достоинство — улучшенное качество для определённых упаковочных сегментов: во-первых, стабильный результат на ряде материалов, во-вторых, повышенное разрешение векторных и текстовых элементов (например, на сигаретной упаковке). По последней позиции прямое лазерное гравирование по меди или цинку — прямой конкурент применяющейся многие годы лазерной обработке светочувствительного слоя с последующим травлением. И его проще автоматизировать, нежели комбинированный процесс лазер/травление, и сейчас Hell интегрирует системы прямого гравирования по меди с традиционными технологиями (при необходимости с комбинированием в одном изделии) в автоматизированные линии выпуска цилиндров для печати упаковки.

Каков предел скорости подготовки цилиндров к печати и достигнут ли он?
Р. Х.: Система DLS с быстрым и производительным лазером — серьёзный шаг вперёд. Лазеры становятся мощнее, технология совершенствуется, но этого мало. Нашим клиентам необходим сбалансированный и синхронизированный техпроцесс. Поэтому очередной качественный скачок невозможен без прогресса не только в гравировании, но и в нанесении покрытий. Сейчас MDC активно работает в этом направлении.
З. Б.: Нет, и в первую очередь это относится к журнальной печати, где важно и дальше сокращать время подготовки цилиндров. Hell продолжает работу над повышением скорости электромеханических гравировальных головок, автоматизацией печатного оборудования и передачи данных по гравированию. Через несколько лет лазерным технологиям будет сложно конкурировать в издательском сегменте не только по соотношению цена/производительность, но и по скорости.

Член Европейской ассоциации глубокой печати (ERA), компания Wetzel (гравирование цилиндров для упаковочной и декоративной печати) объявила о разработке системы «лазер по меди». Первые изготовленные формные цилиндры уже проходят производственные испытания. Предложенная технология Lexus подходит и для обработки стальных цилиндров для конгрева. Похоже, конкурентам собственную разработку Wetzel продавать не намерена.

НАШИ

Метод прямого лазерного гравирования (DLS) аппарата Laserstar в полной мере реализует сильные стороны глубокой печати — высочайшие качество и воспроизводимость. Скорость гравирования, в сравнении с электромеханическим процессом, увеличивается в 15 раз (с 9 до 140 кГц). Есть и другие важные преимущества — экономия краски, воспроизведение ячеек любой формы. Самое слабое место электромеханического гравирования — гравировальный штихель. Представьте, лишь за секунду он до 9000 раз ударяет по медному цилиндру. А ведь гравирование может длиться несколько часов, а иногда и дней! Такие экстремальные нагрузки долго не выдерживает даже самый твёрдый природный минерал — алмаз. В ходе эксплуатации он выкрашивается и истирается, а сделанные новым штихелем ячейки выглядят совсем не так, как изготовленные прежним в конце его работы. У лазера всё иначе, ведь он работает бесконтактно и ячейки, сделанные первыми, полностью идентичны последним.

С 1995 г. MDC Max Daetwyler произвела и продала десятки промышленных аппаратов Laserstar (один успешно работает в России), отлично себя зарекомендовавшие во всех областях глубокой печати, где требуется наивысшее качество: табачная и гибкая упаковка, журнальная продукция, декор, защищённая продукция. Корпорацией накоплен уникальный опыт применения метода прямого лазерного гравирования цилиндров глубокой печати, который она намерена приумножать и дальше, утверждая своё лидерство в этой высокотехнологичной области.

Сергей Казанович (kazanovich@galika.ru), руководитель отдела продаж оборудования MDC Max Daetwyler

Статья даёт чёткое представление о развитии формных процессов в глубокой печати, от классических технологий до лазеров. Ретроспектива полезна, хотя ситуация за последний год существенно изменилась: появилась Cellaxy, гравирующая по хромированному медному цилиндру. Гравируемый лазером слой толще обычного, что повышает износостойкость вала. Ведь не только абразивный износ соприкасающейся с ракелем хромированной поверхности ограничивает тиражестойкость формного цилиндра; развальцовка стенок ячеек или следы от попавшей в клиновой зазор между ракелем и цилиндром твёрдой частицы досрочно выводят формный цилиндр из строя. Мы часто видим повреждения на медном слое после удаления хромового покрытия, а ведь цинк мягче меди — на таких валах эти факторы ещё критичнее. Заслуживают внимания отзывы специалистов о повышенном краскопереносе ячеек, гравированных оптоволоконным лазером в слое хрома. Речь не о большей краскоёмкости, а о большем коэффициенте выхода краски из ячейки. В сочетании с традиционным растрированием это предоставляет новые возможности для печати на сложных материалах. Уже проведены промышленные испытания комбинированных комплектов валов: цилиндры CMY гравированы электромеханически, а K — лазером по хрому. Растровое наложение триады и чёрного (в рамках геометрии традиционных растровых структур элекромеханического гравирования) обеспечено, благодаря имитации электромеханического растра оптоволоконным лазером высокого разрешения и специальному RIP. Но это промежуточные итоги, финиш очередного этапа развития технологий мы увидим на Drupa-2008.

Борис Сумароков (bsumarokov@upackgroup.ru), руководитель проекта «УпакРото»