谈谈激光雕刻陶瓷网纹辊的一些问题

   2011-05-23 35
一、什么是激光雕刻陶瓷网辊纹辊?这种陶瓷网纹辊有哪些特点?
  大家知道,激光的空间相干性很好,发散角小方向性好,因此激光经透镜聚焦形成的光斑上可以形极高的能量的密度,这种方向性好功率密度可达105-1013m/cm2的激光束可以作为特殊的加工手段已在材料加工领域中获得了广泛的应用。陶瓷是一种化学稳定性高,硬度高,耐磨损耐腐蚀的材料,但常规的加工手段又难以实现陶瓷在多种应用方向最新发展的要求,限制了它的功能的发挥。激光雕刻陶瓷网纹辊正是利用了激光所具有的特点,在计算机的控制下,在金属基辊外园表面喷涂的一层陶瓷上汽化形成一只只网孔。由于激光功率的高稳定性和计算机控制的高准确性,所形成孔穴可以做到大小深浅一致,网壁较厚且完整,网孔排列角准确。
  激光雕刻的陶瓷网纹辊   发挥了陶瓷材料硬度高耐磨损,耐腐蚀耐高温的特点,大大延长了网纹辊的使用寿命。激光雕刻陶瓷网纹辊通常采用氧化铬陶瓷材料,其喷涂形成的陶瓷涂层的硬度可达到HRC70-72,用这种涂层加工的陶瓷辊已在生产线上使用了多年显示了它所具有的极好耐磨性能和高寿命。陶瓷材料的本身的化学稳定性极好,是容许在腐蚀性较强的环境下工作的,但陶瓷网纹辊的结构是在金属辊外园面上通过等离子喷涂工艺,喷涂了一层厚厚的陶瓷。如果陶瓷涂层结构设计不合理或者工艺措施不到位,那么就有可能出现因基底材料锈蚀而出现陶瓷层脱落的现象,这一现象已经在某些进口辊子上出现。可以说陶瓷网纹辊的耐腐蚀性能是要由严格的材料选用,合理的结构设计和一系列的工艺措施来实现,要由供应商良好的信誉来保证的。
  陶瓷网纹辊是利用激光作为雕刻工具刻制而成,不同的激光输出参量特性就可以获得不同的陶瓷网纹辊性能,与金属网纹辊的加工方法相比,激光参量的调节比较方便,调节范围可以很宽,因此由激光雕刻的陶瓷网纹辊的网孔特征参量和网穴储墨容积的覆盖范围相当宽,基本上实现了在一个连续范围内网纹辊参量可调的功能,为不同用户不同应用目标提供了方便。
  激光的发散角小、方向性好,聚焦光斑可以达到很小的尺寸,所刻网纹辊的网线数可以很高,发形成的网孔边壁比较陡直,网墙可以做得很薄,其壁厚在通常情况下比金属网纹辊网孔壁厚薄了三分之一左右,因此同样线数和孔深的两种网纹辊相比,陶瓷网纹辊的单位面积上储墨容积更林,也更有利于提高油墨的转移率。
  二、激光雕刻陶瓷网纹辊的网线数、网线角和网孔形状激光雕刻陶瓷网纹辊可加工的网线数范围完全取决于所采用的激光器的特性,高功率CO2激光器单模输出的激光束可以生产的最高线数达到1000-1200线/英寸,它的网孔纵剖面接近于碗形。对于近年来高功率YAG激光器加工生产的陶瓷网纹辊,由于YAG激光的波长短,与CO2激光相比两者的波长差了一个数量级,因此在焦平面上聚焦光斑直径可以更小,焦深更长网纹辊的网线数可以更高达到1500线/英寸以上,网孔的剖面形状接近管形。对于同样线数的网纹辊,用YAG激光加工的陶瓷网纹辊的网孔深度更深,储墨容积也就更大。换句话说,用CO2激光达到的网孔储墨容积,用YAG激光可以在更高的网线数下得以实现,这一特点比较有利于进一步提高印刷质量。脉冲YAG激光的另一特点就是它的激光脉冲波形较好,因此当激光与陶瓷材料相互作用时,大部分陶瓷材料可以直接被汽化,而少量的产生重熔,重熔堆积物少可以避免这一不确定因素对网纹辊个别性能可能产生的影响。那么是不是可以说,YAG激光雕刻的陶瓷辊可以替代CO2激光雕刻的陶瓷辊呢?并非为此,因为初步的研究测试表明YAG激光雕刻陶瓷毗同样也存在某些缺点,比如网孔比较容易堵塞,这是深孔存在的共性问题。YAG激光泵浦源的波动会造成输出激光的波动最后导致一根网纹辊上网孔参数前后不一致,分布不均匀,网纹辊特性的重复性差影响使用效果。而CO2激光可以在雕刻过程中保持较好的稳定性的可预见性,辊子网孔参量重复性好。因此到目前为止CO2激光雕刻的陶瓷辊仍然在1000线/英寸以下的陶瓷网纹辊市场中占了绝大多数份额无论用哪一类激光器去加工网纹辊,加工网线角度的能力完全受计算机控制。
  目前市场上多见的网孔排列角是300、450和600。300、和600的孔型为六角形,450的孔型为菱形,一般来说300六角形网孔有较好的释黑特性,但网孔的水平墙会对刮墨刀和墨辊造成较多的磨损,600六角形网孔所形成的墨膜比较均匀,它的孔深浅开口较宽,有利于油墨的释放和陶瓷辊的情况。六角形这一几何形状的面积利用率高,在同等参量条件下相比较,单位面积上六角形的网孔数比菱形网孔数要多15%,450菱形网孔在金属网纹辊中用得较多,网墙厚度一般在15μ-20μ,孔间结点较大不利于均匀墨膜的获得,为了在莫一线数下达到一定的储墨容积往往要求刻深要深,这对于提高转移率和防止网孔堵塞都是不利的。
  三、 激光雕刻陶瓷网纹辊应用实例-柔性版印机中的定量供墨系统定量供墨系统是柔性版印刷质量的重要因素之一,通常它主要由陶瓷网纹辊和刮刀组合而成。随着人们对印刷质量的要求不断提高和印机速度的不断上升,柔印机中定量供墨系统和结构形成也在不断进步。供墨系统从朝期的两辊结构系统,发展到后来的正向刮刀系统,两辊系统和正向刮刀系统适用于印刷质量要求不高速度又较慢的印机设备中。当机器的运转速度超过100米/分时,液压力的作用趋向于使得刮墨器具与墨辊之间的分离,于是影响到墨量的转移特性和印刷质量的变化反向刮刀系统可以解决较高速度运转时液压力所带来的不良影响。但不管是反向刮刀系统还是正向刮刀系统还是两辊系统它们都是属于敞开式供墨结构,在这样的结构中油墨大面积直接暴露在大气之中,容易造成油墨特性的变化和环境问题的出现。精细印刷的要求和环境保护的考虑必然引导走向封闭式供墨系统,于是就出现了封闭双刮刀墨斗系统。在这一系统中除了陶瓷网纹辊和刮刀之外,还有墨斗、墨泵、储墨容器和输墨管路等辅助部分。系统的密封性既保证了机器运行过程中各项有关的印刷要素的协调一致又环境保护的基本要求;系统具有的压力可调节性可以确保在整个接触面上压力分布的均匀一致和大小合适,使系统处于最佳运行状态,系统可与清洁系统快速对接,可实现短时间内对系统内部()沾墨元件彻底清洗从而确保整条印刷生产线高效率运转。
  密封双刮刀墨斗系统目前在中高档窄幅柔印机、宽幅柔印机、印板机、涂布机和上光机中已经比较多见,正因为这一结构具有较多的优点,国内外的旧机改造和设备的升级换代中比较愿意采用密封双刮刀墨斗系统来代替原由的供墨系统或涂布上光系统。
  四、陶瓷网纹辊的维护保养工作陶瓷网纹辊确实有不少优点,但如果使用不当或日常不注意维护保养那么陶瓷网纹辊的优越性就不可能充分发挥,甚至出现无法正常使用的问题,长寿命的特点也就无从谈起。归纳起来影响雕刻陶瓷网纹辊长期正常使用的主要问题:1)由于使用不当加速了辊子的磨损速度最终影响到产品质量;2)用户未向供应商讲明特殊使用条件下的特殊要求,没有对陶瓷网纹辊采取必要的防腐工艺措施、之后又盲目把辊子用到严酷的环境条件下,致使陶瓷辊提前出现基底腐蚀,表面起泡爆裂等问题;3)为了防止网孔堵塞,及时正确清洗辊子极为重要。但是不恰当的清洗方法或者不按照清洗说明书盲目操作,往往就造成对陶瓷网纹辊重大破坏;4)网纹辊表面出现划痕,原因是多方面的,可能来自刮刀磨损产生的颗粒也可能是混杂在油墨中的硬粒子,刮擦表面产生划痕。这种硬质小颗粒也可能来自保养不善或质次的墨泵中金属粒子的脱离等;5)碰撞破坏,主要发生在工人操作或辊子移位过程中。
  针对这五大类问题我们可以采取的应对措施是:
  1)激光雕刻陶瓷网纹辊的磨损性能好,但绝不是“永不磨损”。减缓陶瓷辊和刮刀的磨损速率的重要一点就是正确调节加在刮墨刀上的压力,过大的压力会加速刮刀和网纹辊的磨损速率,过小的压力又会影响到最终印刷效果,恰当调节使辊子和刮刀之间有一层非常薄的油墨起润滑作用,减少磨损。其次油墨的粘度显然其润滑作用较差,不利于减小磨损;
  2)耐腐蚀性能好是激光雕刻陶瓷辊的又一重要特点。当用户的陶瓷网纹辊所接触的油墨、涂料和清洗剂的PH值过大或过小时(PH<4.5和PH>11.8)用户必须向供应商提出在选材和工艺上采取强化耐腐蚀措施。目前供应商完全有能力生产出耐腐蚀性能更好的陶瓷辊并在生产实践中得到推广应用。基辊材料的选用极为重要,不锈钢的耐腐蚀性能较好,而铝基材料比钢基材料更容易腐蚀,建议在水基墨条件下慎用铝基材料做辊子;
  3)许多文章都已介绍了金属和陶瓷网纹辊的情况方法,重要的是要经常提醒操作人员。这些清洗方法只有严格按说明书操作才会取得较好效果。如果使用不当会导致辊子特性变化,甚至出现不能继续使用的严重后果。例如用超生波清洗、喷粉清洗和化学清洗时,有些人一味追求清洗效果,盲目加大超生功率密度,加大喷气压力或者延长化学清洗液浸泡时间,最终造成无法挽回的损失。另外在清洗过程中必须加强检测工作,清洗和检测协调进行,真正做到心中有数,因为盲日清洗往往造成不良后果,目前业界正在形成一种共识,即手工刷洗仍然是一种安全有效的清洗方法,可以作为常规清洗手段,而其它仅作为这一手段的补充。为了提高在高线数网纹辊上手工刷洗的效果,国外有时把不锈钢刷子的不锈钢细丝的直径做到0.008mm;
  4)陶瓷网纹辊上划痕线呈园周向分布、上文中已经提及其产生的原因,为减少它们的影响,在墨泵系统中采用过滤措施和安放稀土强磁体,捕捉各类硬度小颗粒。为减少刮刀磨损所产生的金属颗粒的影响,安装刮刀必须认真进行,仔细检查刮刀面和刀架面是否洁净平整,装好后检查刀口端面的平直程度,避免不当安装引起刀口起伏产生不正常磨损;
  5)碰撞破坏原因大多操作人员粗心大意造成。除了加强责任心教育外,辊子在运输过程中或在车间内上上下下时用专用保护套包好后进行。碰撞破坏经常发生在辊面上和端部尖角处。
 
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