激光印刷的金屬印刷版制法

激光印刷的金屬印刷版制法

隨著激光全息照相技術的發(fā)展和改進，近年來，用全射射學改良材料制成的完整全息圖，在紙幣、信用卡、信用卡等重要的身份卡上以及香煙、護理、藥物等高質量的包裝上得到了完美結合。提高了包裝的藝術質量和質量，徹底有效地防止了偽裝標識的重復應用，滿足了綠色環(huán)保包裝的要求。輻射印刷已廣泛應用于包裝印刷和偽造領域。鐳射印刷的學名是全息印刷,是一種以激光全息攝影為基礎,通過制作出來的全息圖片,使之能夠在二維載體上形成干涉條紋并且清晰而大量復制三維圖像在特定的印刷材料上的印刷技術,是一種無油墨的彩色印刷。其產(chǎn)品呈現(xiàn)在承印物上的圖像不是某一客觀物體的單一投影,而是,通過其本身出現(xiàn)變化的各種色彩的立體景物,主要可運用在防偽印刷和精美物品印刷上。鐳射印刷通過全息照相中記錄被拍攝物體反射或者透射的全部相息和反射光波的相位,從而制作出拍攝后再現(xiàn)的全息照片,再將這些照片作為母版,通過熱轉印設備將全息金屬模版上的精細浮雕條紋轉印到具有高度折光性能的高分子薄膜上,制作出大批量的全息印刷產(chǎn)品。其基本生產(chǎn)工藝流程為:全息照相制版→電鑄金屬模版→模壓(壓印)塑料薄→模切等印后加工。鐳射印刷與其它印刷工藝最大的區(qū)別是制版工藝及無須用油墨再現(xiàn)圖文信息。在鐳射印刷中,最重要,也是對產(chǎn)品質量起決定性作用的步驟就是全息照相制版。1全息照相制的過程拍攝全息圖→制作全息母版→制作全息金屬模版1.1基于激光的擴大鏡后,知識在對象上也是一種全息圖版上的表現(xiàn)目前常用的拍攝方法一般是,將氦-氖激光器發(fā)出的光進行分光,一束為物體光波,一束為參考光,將物光通先通過反光鏡再通過擴束鏡之后照射到物體上,通過物體的漫反射到達感光乳膠版上,而參考光則先經(jīng)過擴束鏡再經(jīng)過反光鏡達感光乳膠版上,兩束光在感光乳膠版上將產(chǎn)生干涉,而感光乳膠版會記錄下干涉條紋,再沖洗就有了原物的全息圖版。這時,假如使用激光照射在感光乳膠版上,再通過感光乳膠版背后觀察感光乳膠版,就可以看到原物的逼真形象。其原理是利用了光的干涉原理,將反應物體光波特征的特定光波以干涉條紋的形式用兩束相干光在紀錄介質上記錄下來,并在一定條件下使其再現(xiàn)物體的立體圖像。1.2壓光劑、用金臺制作全息圖用分光鏡將氬離子發(fā)出的激光一分為二,一束先通過分光鏡再通過擴束鏡照射在全息圖版上,通過衍射后形成一個實像,用實像作為物光波,通過狹縫照射到另一塊涂有光致抗蝕劑的干版上。另一束光波則先通過反光鏡,再通過擴束鏡同樣照射到涂有光致抗蝕劑的干版上。涂有光致抗蝕劑的干版上曝光后經(jīng)過顯影和堅膜處理,就形成了一張浮雕型相位全息圖,就是制作模壓全息圖片的母版。由此可見,形成浮雕型全息圖的材料和工藝是一大關鍵因素。一般來說,能形成浮雕型全息圖的材料和工藝有很多,目前應用比較廣泛的是光致抗蝕劑工藝,在這里簡要介紹一下BP-212光致抗蝕劑的制作工藝過程:1)準備片基。將制板玻璃片基在酸性溶液中浸泡30min左右,流水沖洗10min,反復3次,再在中性溶液中浸泡30min左右,自來水沖洗10min,反復3次,隨后用去離子水沖洗干凈,經(jīng)過100℃烘箱進行20min的烘烤,在自然環(huán)境下冷卻待用。2)涂布BP-212光致抗蝕劑。一般采用離心涂布方法,將涂布BP-212光致抗蝕劑涂布到玻璃片基上。涂布厚度為0.7~1μm左右,烘烤溫度為65℃,烘烤時間為30min。3)曝光。用氬離子激光器曝光,在曝光過程中,須絕對保證暗室不能有一絲亮光;全息攝影工作臺保持水平及穩(wěn)定性,不能受到任何輕微的振動,以免使干涉條紋產(chǎn)生變形。全息圖是參考波和物光波干涉條紋的記錄,如果在曝光過程中兩光波的光程差有變化,就要影響干涉條紋的調(diào)制度。通常要求該光程差的變化小于十分之一。所以,在全息原版制作過程中,特別要注意全息工作臺的穩(wěn)定性問題。影響穩(wěn)定性的因素有震動、空氣流和熱變化等。震動的主要影響來自地基的震動,如果記錄系統(tǒng)部件的機構有松動就會把震動放大,所以必須對全息工作臺采取減震措施。專用全息氣浮工作臺是最好的減震臺。簡單的減震方法可用砂箱、微孔塑料、氣墊(用汽車、飛機輪子的內(nèi)胎)和重100~200kg的鑄鐵或花崗巖,應安裝一個隔離罩。如果不用隔離罩記錄全息圖時,室內(nèi)不要通風,工作人員不要大聲講話和距工作臺遠一些。4)顯影。用BP-212顯影原液以4∶1的比例稀釋,液體溫度控制在21℃,顯影時間40~60s之間,顯影完成后迅速用去離子水沖洗干凈,自然干燥。5)堅膜。在烘烤箱中烘烤30min,溫度控制在120℃。為了獲得一張高質量的全息圖,使用和處理全息干版時還要注意一些技術性問題。全息干版在涂布乳膠后的干燥過程往往產(chǎn)生應力,為消除這種應力,可以將干版在使用前放置在一定濕度的容器中過一夜。全息干版的片基玻璃表面平度一般不好,在記錄時由于背面反射光的影響,產(chǎn)生一種木紋狀的干涉條紋。消除這種條紋的辦法是曝光時在干版片基玻璃的背面覆蓋一塊中性玻璃,中間加入折射率與玻璃相匹配的折射液,當顯影時把它去掉。如果記錄反射全息圖,可以把干版放在折射率匹配的液槽中。另外,曝光時,如果光束以較大的角度斜入射在干版上,光從側面進入玻璃,將在兩表面之間發(fā)生多次反射,形成一條條的小全息圖,這會影響全息圖的質量;消除的辦法是用光欄限制光束,使其截面小于全息干版,或擋住干版的邊緣。1.3工作模具電鍍法目前的鐳射印刷主要是采用模壓復制技術,需要將全息母版上的浮雕的干涉條紋溝槽轉移到金屬模上制成金屬壓印模版。這種金屬模版上的浮雕條紋具有十分精細的結構,其空間頻率通常在1000線/mm以上,而浮雕的平均深度僅有光波長的幾分之一,大致在0.14μm左右。金屬模版的制作工藝分為三步。首先是在光致抗蝕劑的全息母版表面上形成一個金屬導電層,這些沉積光致抗蝕劑表面的微細金屬顆粒,可將浮雕全息圖上的干涉溝槽真實地轉移到金屬表面,形成全息金屬模版的雛形。第二步是通過電鑄在第一層導電層上形成一層稍厚的金屬支撐層,作為陰極芯的導電層吸引源源不絕的金屬離子在其上沉積而達到加厚目的。第三步是利用第一版翻鑄金屬工作模版。1)金屬導電層的形成。金屬導電層的形成方法一般通過以下幾種方法實現(xiàn):(1)真空鍍銀。這種方法僅僅適用于制作較小尺寸的模版。方法是把仔細處理過的致蝕劑全息圖面朝下固定在真空室的頂部,從底部蒸發(fā)出來的銀蒸汽,使其覆蓋在全息圖表面。(2)化學鍍銀。這是最常用的一種方法,這種方法是分兩步的浸漬過程,第一步首先要對被鍍表面敏化,常用的溶液是氯化亞錫。通過敏化處理的被鍍表面吸附一層容易氧化的金屬離子,引發(fā)金屬銀的快速、均勻沉積,并參加鍍層與基材的結合強度。第二步則通過在鍍液中浸漬實現(xiàn)銀的沉積。(3)噴銀法。這種方法與化學鍍銀的化學反應機理相同,但是,它不是通過浸漬,而是通過2種溶液通過噴嘴同時噴到光致抗蝕劑表面上,使還原的銀迅速沉積。在噴鍍的同時,通常要高速旋轉鍍層,使其獲得均勻的導電層。這種方法效率很高,適合用于大規(guī)模的生產(chǎn)。(4)化學鍍鎳?；瘜W鍍鎳也是一個兩步過程,是在鍍前處理中除了需要敏化之外,還需要作活化處理。就是在敏化后的被鍍表面再置換一層高活性的金屬微粒作為催化中心。通常使用氧化鈀。時間在1~2min之間。第二步是在加熱的容器內(nèi)通過浸漬作化學鍍鎳。這種方法由于實在室溫下操作,所以很適合在光致抗蝕劑上進行化學鍍鎳。2)電鑄金屬模版。雖然前道工序形成了一層金屬導電層,但是由于該層的厚度太薄,無法進行大規(guī)模的生產(chǎn),所以必須使用電鑄金屬模版的方法對該層進行加厚。電鑄的原理:裝有鎳珠的鈦藍為陽極,鎳不斷電離形成鎳離子進入溶液中,裝有母版的不銹鋼掛具為陰極。溶液中的鎳離子在陰極不斷得到電子轉化為金屬鎳沉積在版面上,以形成足夠強度凹凸形狀的鎳層,其厚度一版為50~100μm。在電鑄時,先使用強度較小的電流,防止燒壞表面,以后逐步加大電流強度,30min后,采用恒定值9h。電解液應當具有穩(wěn)定性,電鑄鎳要有較高的強度和硬度,且抗延展性能良好。pH值應控制在3~5之間,溫度為38℃。3)翻鑄工作模版。翻鑄第2代、第3代工作模版的電鍍工藝與設備與制造母版相類似,僅僅存在以下2個差異:一是翻鑄工作模版時,由于陰極本身導電,所以可以不進行敏化、活化的鍍前處理;二是翻鑄工作模版時,必須解決好與母版的剝離問題,通常情況下,是在鍍前對母版使用純化溶液,使其與工作模版之間產(chǎn)生氧化層而容易剝離。一塊母版通常情況下在翻鑄100塊左右的第3代工作版之后其本身會出現(xiàn)干涉條紋脫落,圖象清晰度,亮度變差等質量問題。所以,必須在事先確定本身的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品質量要求,尋求較為合適的制作方法。2全裝配印刷材料的質量的重要因素全息模版的質量在很大程度上決定了鐳射印刷品的質量優(yōu)劣,所以全息模版的制造是全息模壓復制的關鍵工藝。2.1壓印金屬模板1)厚度及其均勻性。用于滾壓的全息模版,其厚度大約為50μm。用于平壓的模版,其厚度與全息圖的尺寸有關,一般較小的模版厚度應在250μm左右;當全息圖尺寸較大時,則模版厚度應大于1016μm。無論平壓或滾壓,模版厚度都應當均勻,同一模版的厚度偏差不應大于1μm;同一壓印滾筒上固定的不同模版的厚度偏差不應大于13μm。2)應力。金屬模版應當柔韌、平整、無應力。既不出現(xiàn)中間凸邊緣卷曲的拉伸應力,也不出現(xiàn)中心凹險邊緣上翻的壓印力。張應力或壓應力應當控制在0~40Pa之間。3)外觀。全息金屬模版中間應當光亮、銀白、無裂痕、無針孔,無印跡以及任何瑕疵,模版的反面應平整、無裂痕、無滲漏、無結疤、無凸緣或變形。4)圖象質量。全息金屬模版實際上是一塊反射再現(xiàn)的浮雕全息圖。彩虹全息圖在反射方式下再現(xiàn),所以,模版應當具有清晰的再現(xiàn)像,其衍射效率應不低于原版浮雕全息圖。5)硬度。硬度應該比較高,維式硬度應當控制在250N/m2.2電鑄過程中鎳版的變化,電鑄缸的改造應注意以下幾個1)鎳版發(fā)白。在電鑄或翻鑄金屬模版時,如過電解液的pH值控制不當,將會產(chǎn)生鎳版發(fā)白,版面的條紋模糊,使印刷品的圖像模糊難辨。因此,在電鑄過程中必須不斷測試電解溶液的pH值,使之保證在3~5之間。當pH值過高時,可以將一定量,的氨磺酸固體與去離子水混合攪拌并加熱,完全溶解之后加入電解槽中。在添加的過程中要邊測試pH值邊加氨磺酸鎳,并且要隔開一段時間添加,以保證在進行電鑄或翻鑄過程中pH值的穩(wěn)定。2)亮度不均勻。當電解溶液比重不均勻時,將使金屬壓印模版的亮度不均勻,即鍍鎳層厚薄不勻,使用這樣的金屬模版壓印時,將使印刷品的版面印跡色彩較淡。因此,在電鑄前和電鑄過程中,應使用比重儀測試比重。當比重過低時,須添加氨磺酸鎳,添加方法與上述相同在加熱的條件下混合并攪拌,完全溶解之后加入槽中。在添加的過程中要邊測試比重值邊添加班加,并且要定期添加。3)鎳版出現(xiàn)凹坑。當電鍍槽中液位較低時版面出現(xiàn)死點,而影響到印刷品的質量。因此,在電鑄過程中,每6h應觀察一次水位,且須不斷補充去離子水。4)鎳版出現(xiàn)大小不一小孔。當電鑄缸中不清潔時,電鑄金屬版面出現(xiàn)臟版,而補滿大小不一小孔。因此,電鑄缸必須保證每天清洗。清洗方法是關閉電源,把缸中的電解液放回糟中,把擋板,鎳柱槽,過濾網(wǎng)等物品取出后仔細清洗。將缸底的灰塵用吸塵器去除,否則將嚴重影響電鑄質量。將取出的鎳柱倒入去離子水中,反復徹底沖洗3次以上,取出空心、變小的鎳柱。再將鎳柱放回槽中,放的時候要不斷來回抖動槽體,保證鎳柱均勻裝入槽中,防止鎳版出現(xiàn)小孔。目前,我國的鐳射印刷在世界同行中還處于較為落后的地位,關鍵是體現(xiàn)在全息照相制版技術之上,所以,必須時刻吸收新的相關技術,開發(fā)屬于自己的技術,加強與國際同行之間的交流和相關技術的研究開發(fā),才能早日追趕上世界先進潮流。生物降解塑包材料市場高速增長據(jù)汽巴精化有限公司屬下咨詢公司Pira的最新研究顯示,2006年全球生物降解塑