11 - 2005

Контактно-копировальные и экспонирующие установки

Ю.Н.Самарин

Несмотря на распространение технологии CtP в офсетной и флексографской печати, контактно-копировальные процессы еще долго будут использоваться при производстве печатных форм. Они применяются для получения изображения — копии фотоформы (или монтажа фотоформ) на поверхности формного материала. При этом используется свойство копировальных слоев изменяться под действием света — дубиться или фотополимеризоваться, в результате чего получают копию, состоящую из нерастворимых и растворимых участков.

Копировальные слои характеризуются низкой светочувствительностью, в сотни тысяч раз меньшей, чем у фотослоев. Поэтому они пригодны лишь для контактного копирования.

При изготовлении печатных форм плоской офсетной печати существует два способа копирования: негативное и позитивное. В том и в другом случае пробельные участки копии должны быть защищены копировальным слоем либо от зажиривания, либо от травления.

При изготовлении фотополимерных форм высокой и флексографской печати используют негативную фотоформу, которая закрывает пробельные элементы на будущей форме. Незаэкспонированные пробельные элементы при дальнейшей обработке растворяются, а заэкспонированные печатающие элементы фотополимеризуются и остаются на форме, образуя рельефное изображение.

Копировальные процессы при изготовлении офсетных и фотополимерных печатных форм реализуются на контактно­копировальном оборудовании — на копировальных и экспонирующих установках. С помощью этого оборудования осуществляют фотографический перенос изображения с прозрачных носителей информации (диапозитивов или негативов) на светочувствительные слои офсетных или фотополимерных пластин в масштабе 1:1. При этом носители информации и светочувствительный слой пластин должны быть в контакте, слой к слою.

Для высококачественного копирования изображения с фотоформы на формную пластину необходимо, чтобы изображение было перенесено на пластину без потери мелких деталей. При позитивном копировании потери мелких деталей изображения ведут к непроработке растровых элементов в светах, а также тонких штриховых элементов, например засечек у шрифтов. Указанные дефекты принято называть непрокопировкой. Величина непрокопировки зависит от следующих основных факторов:

• плотности контакта фотоформы с формной пластиной, которая обеспечиваетя эффективностью вакуумной системы, наличием в конструкции копировального оборудования дополнительных механических систем удаления воздуха из зоны контакта фотоформы и формной пластины, качеством поверхности и эластичностью резинового коврика, качеством монтажа фотоформ, степенью шероховатости поверхности формной пластины, отсутствием между фотоформой и пластиной пыли и других посторонних тел;

• характеристики светового потока, определяемой качеством рефлектора осветительной системы и расстоянием от лампы до поверхности формной пластины;

• продолжительности экспонирования, определяемой мощностью лампы, применяемой в осветительной системе.

Характерной особенностью современных копировальных слоев на основе диазосоединений и фотополимерных слоев является максимальная спектральная чувствительность в ультрафиолетовой области, составляющая 330­420 нм. При изготовлении печатных форм методом контактного копирования необходимы источники света с определенными характеристиками. Исходными характеристиками для выбора того или иного источника света являются спектральное распределение световой энергии, мощность, наличие тепловыделения, опасность возгорания, надежность, особые требования к обслуживанию. Для контактного копирования требуется актиничное по отношению к копировальному слою излучение — то есть высокая доля излучения в области светочувствительного слоя.

Для достижения минимальной продолжительности копирования и стабильных результатов необходимо соответствие максимума кривой спектральной чувствительности копировального слоя и максимума кривой излучения источника света. Толщина копировального слоя составляет 2­5 мкм, что предъявляет высокие требования к обеспечению равномерности освещения по всей площади контакта. В то же время следует иметь в виду, что чувствительность современных копировальных слоев к тепловому воздействию требует, чтобы поверхность стекла копировальной рамы не нагревалась выше 35 °С.

Основными элементами конструкции контактно­копировальных и экспонирующих установок являются: облучатель, состоящий из источника света и рефлектора; рама с вакуумным ковриком или покровной пленкой; вакуумная и вентиляционная системы.

В настоящее время для копировальных процессов в качестве источника ультрафиолетового (УФ) света наиболее широко применяются люминесцентные, галогенные и металлогалогенные лампы.

Люминесцентные лампы (ЛЛ) представляют собой разрядные источники света низкого давления, в которых УФ­излучение ртутного разряда преобразуется люминофором в более длинноволновое излучение. Использование ЛЛ в качестве источника УФ­света имеет следующие преимущества: высокая световая отдача, большой срок службы, низкая температура поверхности лампы. В случае применения люминесцентных ламп значительно сокращаются габаритные размеры экспонирующих установок; обеспечивается высокая степень равномерности освещенности, даваемой люминесцентной панелью; отпадает необходимость в специальных отражателях; обеспечивается практически мгновенный вход ламп в рабочий режим при их зажигании.

Основным недостатком ЛЛ является низкая яркость излучения. Поэтому при копировальных процессах применяются облучатели, в которых установлено сразу несколько ЛЛ, что увеличивает размеры облучателя. В копировальных установках отечественного производства широко используются лампы типа ЛУФ­80­4 (табл. 1), имеющие спектральную область излучения от 300 до 460 нм.

Более мощными являются галогенные и металлогалогенные лампы. Принцип действия галогенных ламп накаливания (ГЛН) заключается в образовании на стенке колбы летучих соединений — галогенов вольфрама, которые испаряются со стенки, разлагаются на теле накала и возвращают ему испарившиеся атомы вольфрама. ГЛН по сравнению с обычными лампами имеют более стабильный световой поток и, следовательно, более длительный срок службы, значительно меньшие размеры, более высокую термостойкость благодаря наличию кварцевой колбы. К недостаткам ГЛН можно отнести необходимость высокой температуры на стенках оболочки, которая обеспечивает работу галогенного цикла. Это требует применения термофильтра, что усложняет конструкцию всей копировальной установки.

Более выгодными с энергетической точки зрения являются металлогалогенные лампы (МГЛ). Принцип их действия основан на том, что галогены многих металлов испаряются легче, чем сами металлы. Поэтому в разрядную колбу МГЛ помимо ртути и аргона дополнительно вводят различные химические элементы в виде их галоидных соединений. В отечественной полиграфической промышленности широко используются такие МГЛ, как ДРТИ­3000/1500 и ДРГТ­3000/1500 (табл. 2); их мощность — 3 кВт, и работают они в двух режимах: активном (3000 Вт) и дежурном (1500 Вт).

При работе лампы в активном режиме осуществляется экспонирование формных пластин. Между циклами экспонирования лампа полностью не выключается, а переводится в так называемый дежурный режим, или режим ожидания.

В большинстве известных копировальных установок лампа в дежурном режиме потребляет около 50% от ее максимальной мощности. В некоторых установках потребляемая мощность лампы в дежурном режиме составляет 20­25%. Это объясняется тем, что повторное включение лампы возможно только после уменьшения ее температуры и снижения в ней давления паров ртути, а также тем, что лампы после включения медленно входят в нормальный режим работы. Переход же из дежурного режима в рабочий происходит практически мгновенно. Полностью отключать лампу в осветительной системе целесообразно в том случае, если время между циклами экспонирования составляет 30 мин и более. Такой режим эксплуатации ламп не сокращает срока их службы.

Для предприятий с малой загрузкой разработаны модели копировальных установок с осветительной системой ускоренного поджига, которая позволяет отключить лампу между циклами экспонирования и таким образом уменьшить расход электроэнергии. Для нормализации процесса экспонирования установки оснащены электронной системой, которая позволяет контролировать количество световой энергии, попадающей на копировальный слой, а также сигнализирует о необходимости замены лампы в случае снижения ее мощности.

Некоторые зарубежные фирмы выпускают контактно­копировальное оборудование, которое может комплектоваться различными по мощности и спектру излучения лампами, например металлогалогенными лампами двух разновидностей, имеющими мощность 1, 2, 5, 4 и 6 кВт.

Первая разновидность — это лампы c примесью галлия, имеющие максимум излучения с длиной волны около 420 нм (рис. 1). Они используются практически только для копирования на офсетные пластины с копировальным слоем на основе диазосоединений.

Рис. 1. Спектр галогенных ламп с добавлением галлия

Рис. 2. Спектр галогенных ламп с добавлением железа

Рис. 3. Зависимость светового потока от пространственного угла (при I = const)

Вторая разновидность — это лампы с примесью железа. Они создают более широкий спектр излучения в диапазоне от 350 до 450 нм (рис. 2) и эффективны при экспонировании формных пластин со светочувствительным слоем на основе фотополимеров, пленок, пригодных для работы при дневном свете, цветопробных материалов. Можно использовать эти лампы для экспонирования формных пластин с копировальным слоем на основе диазосоединений. Однако мощность излучения с длиной волны 420 нм у этих ламп несколько меньше, чем у ламп с добавлением галлия.

Мощность излучения — это световой поток, то есть энергия источника света, излучаемая в пространство в единицу времени. Световой поток (Ф)определяется двумя параметрами: силой света I источника и размерами освещаемого пространства (пространственного угла ):

 

 

Чем больше пространственный угол, тем больше световой поток при постоянной силе света. На рис. 3 видно, что F1 > F2 > F3, так как 1 >2 >3.

Световой поток, исходящий из источника света, падает на поверхность монтажа, состоящего из фотоформы (диапозитива или негатива) и формной пластины. Освещенность монтажа, создаваемая световым потоком, определяется следующей формулой:

 

 

где r — расстояние от источника света до освещаемой поверхности.

Освещенность зависит от удаленности источника света: чем он ближе к объекту, тем лучше освещается объект. Причина этого в лучеобразном расширении светового потока с увеличением расстояния r. При этом увеличивается площадь поперечного сечения А светового конуса (рис. 4), а пространственный угол и световой поток не меняются. Но в связи с тем, что световой поток падает на большую площадь, освещенность уменьшается в соответствии с ее определением, то есть освещенность есть световой поток, падающий на единицу площади:

 

 

Освещенность не изменилась бы, если бы при другом расстоянии площадь была меньшего размера. На рис. 4 показано, что с уменьшением пространственного угла на освещенную площадь падает только часть первоначального светового потока.

При одинаковом источнике света освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния освещенной поверхности от источника света:

 

 

Рефлектор — наиболее ответственный и сложный элемент облучателя. Его основное назначение — перераспределение светового потока таким образом, чтобы неравномерность освещенности была минимальная. Неравномерность освещенности определяется по формуле

 

 

где Emax, Еmin  — соответственно максимальное и минимальное значения освещенности на облучаемой поверхности.

Считают, что неравномерность освещенности не должна превышать 20%. Однако с появлением высокочувствительных копировальных составов требования к величине неравномерности освещенности существенно возросли. В копировальных установках, выпускаемых зарубежными фирмами, неравномерность освещенности снижена до 10­12%.

Рис. 4. Чем больше расстояние от источника света, тем меньше освещенность поверхности

Плохо спроектированный рефлектор и слишком близкое расстояние от металлогалогенной лампы до поверхности формной пластины увеличивают долю рассеянного света в световом потоке осветительной системы. Чем выше доля рассеянного света, тем больше на копируемой пластине образуется дефектов, называемых непрокопировкой. Величину непрокопировки можно определить количественно с помощью шкал.

На эффективность работы облучателя большое влияние оказывает материал, из которого изготовлен рефлектор. В зависимости от вида отражающих поверхностей идеальные рефлекторы можно разделить на два типа: зеркальные и диффузные. Все реальные поверхности по своим отражающим свойствам расположены между этими двумя типами. Для равномерного облучения поверхности копирования требуется перенос больших световых потоков из сильно освещенной области на облучаемой поверхности в слабо освещенные участки на ее краях. Диффузные отражатели имеют «косинусный» закон распределения светового потока и не подходят для выполнения этой задачи. Для данного случая наиболее подходящими являются зеркальные или близкие к ним рефлекторы с малым рассеянием. Для повышения эффективности работы облучателя следует стремиться к использованию материалов с высоким значением коэффициента отражения в актиничной области спектра. Большинство копировальных слоев, применяемых в отечественной полиграфии, имеют максимум чувствительности в области спектра от 360 до 440 нм.

Рис. 5. Спектральные характеристики отражения: 1 — серебро; 2 — золото; 3 — родий; 4 — алюминий; 5 — хром

На рис. 5 приведены спектральные характеристики отражения некоторых широко применяемых материалов. Из рисунка видно, что в интересующей нас области наибольший коэффициент отражения имеет алюминий после электрополировки (Kотр = 0,8­0,9). Все рефлекторы, используемые в современных копировальных установках, содержат дополнительный рефлектор или бленду.

Рефлектор обеспечивает повышение освещенности на всей облучаемой поверхности. Применение бленды или дополнительного рефлектора позволяет перераспределить световую энергию из центральной части облучаемой поверхности на периферийную и повысить таким образом равномерность облучения (рис. 6).

Рефлекторы, применяемые в современных облучателях, можно разделить на две группы. Рефлекторы первой группы представляют собой конструкцию из плоских поверхностей (рис. 7 а), рефлекторы второй группы выполнены в виде тела вращения (рис. 7 б).

Достоинство рефлекторов первого типа по сравнению с рефлекторами второго – простота изготовления, однако неравномерность освещенности формного материала у них значительно выше.

Рис. 6. Схема перераспределения световой энергии в контактно-копировальной установке за счет дополнительного рефлектора: 1 — основной рефлектор; 2 — источник света; 3 — дополнительный рефлектор; 4 — рама

Рис. 7. Схематичное изображение рефлекторов

Рис. 8. Конструкция облучателя

Рис. 9. Вращающийся затвор копировальной установки

Конструкция облучателя с рефлектором в виде тела вращения приведена на рис. 8. В кожухе 1 размещены рефлектор 2, световой затвор 11 и привод затвора. В рефлекторе 2 имеются ламподержатели 4, сжимающие цоколи 3 лампы 6. Необходимое усилие зажима цоколей 3 создается винтом 5. Над затвором 11 размещена бленда 8, закрепленная винтами 9 в направляющих 10. Вал 7 передает движение затвору 11 в моменты его открытия и закрытия. В этой конструкции облучателя экспонирование осуществляется в статическом режиме, так как затвор имеет только два положения и полностью пропускает или не пропускает свет, а пластина при этом неподвижна.

В некоторых копировальных установках экспонирование осуществляется в динамическом режиме, при котором перемещается монтаж из фотоформы и формной пластины или вращающийся цилиндрический затвор постепенно открывает и закрывает доступ света к монтажу. На рис. 9 приведена схема работы такого затвора (цифрами обозначена последовательность выполнения процедуры экспонирования, обеспечивающего практически идеальную равномерность освещенности).

 

* * *

В контактно­копировальных и экспонирующих установках для плотного прижима светочувствительного материала к опорной поверхности (плоской или цилиндрической) и создания плотного контакта между фотоформой и светочувствительным материалом (фотоматериалом, офсетной или фотополимерной пластиной) широко применяются вакуумные прижимы.

Рис. 10. Схема копировальной рамы

На рис. 10 представлена принципиальная схема контактно­копировальной установки. Экспонирование осуществляется облучателем 6 после того, как на резиновый коврик 1 последовательно уложены формная пластина 2 светочувствительным слоем вверх и фотоформа 3 эмульсионным слоем вниз, опущено покровное стекло 4 и с помощью вакуумной системы 5 создан плотный контакт между стеклом 4, фотоформой 3, пластиной 2 и опорной поверхностью коврика 1.

Вакуумная система (рис. 11) в общем случае состоит из вакуумного насоса 1, ресивера 2, двух реле давления 3, 9, вакуумметра 5, электромагнитных кранов 4, 7, 8, полости 6, находящейся между покровным стеклом и резиновым ковриком. Все элементы системы соединены шлангами.

Рис. 11. Пневматическая схема вакуумной системы контактно-копировальной установки

Рис.12. Принципиальные схемы контактно-копировальных установок с верхним расположением облучателя:

1 — облучатель; 2 — копировальная рама; 3 — вакуумный насос; 4 — пульт управления; 5 — выдвижные ящики; 6 — занавес для защиты от УФ-излучения

Вакуумный насос 1 создает вакуум в ресивере 2. При достижении вакуума 0,08 МПа реле давления 3 отключает насос; при падении вакуума до 0,06 МПа реле давления 3 включает насос. Для создания предварительного вакуума в полости 6 контактной рамы электромагнитный кран 8соединяет ее с ресивером 2. При достижении вакуума 0,02­0,03 МПа кран 8 отключает полость 6 от насоса.

После выстоя под промежуточным вакуумом электромагнитный кран соединяет полость 6 с ресивером 2. При достижении в контактной раме вакуума 0,08 МПа начинается экспонирование, по окончании которого электромагнитный кран 3 соединяет полость 6 с атмосферой, а краны 4 и 7 отсоединяют ее от ресивера. К полости 6 контактной рамы подключен вакуумметр 5.

Для охлаждения источников света, которые из­за своей мощности в процессе работы нагреваются, используются вентиляционные системы. Вентиляционные системы применяют также для охлаждения формных пластин, особенно фотополимерных, при их экспонировании, которое может длиться несколько минут.

Основными параметрами технической характеристики контактно­копировальных и экспонирующих установок являются: максимальный формат копируемых пластин; максимальная суммарная толщина пластины и фотоформы; освещенность поверхности (в центре) покровного стекла или пленки; неравномерность освещенности поверхности покровного стекла или пленки; ток и мощность источника излучения.

В настоящее время используются контактно­копировальные установки полуавтоматического, поточного и автоматического принципа действия, а также копировально­множительные установки.

Полуавтоматические контактно­копировальные установки можно разделить на два основных типа с верхним и с нижним расположением облучателя.

Варианты схем построения контактно­копировальных установок с верхним расположением облучателя (первый тип) и одной копировальной рамой представлены на рис. 12.

В первом варианте построения установки (рис. 12 а) в верхней части цельнометаллического корпуса жестко закрепляется облучатель, при этом рабочая высота составляет приблизительно 700­1000 мм. Копировальная рама расположена горизонтально и обращена рабочей поверхностью вверх к источнику света. Непосредственно под рамой располагаются вакуумная система и электросиловая часть установки. Снаружи на передней панели монтируется пульт управления. В нижней части находятся выдвижные металлические ящики для хранения формных материалов и фотоформ.

Наряду с таким построением установки возможен «настольный» вариант исполнения подобного оборудования. В этом случае вакуумная система и электросиловое оборудование располагаются в верхней части установки рядом с облучателем. Сверху находится и пульт управления (рис. 12 б). Сама установка при этом может быть размещена на столе или на специальной тумбе с выдвижными ящиками.

При экспонировании на таких установках доступ в рабочую зону ограничивается специальными ширмами, закрепленными на фронтальной стороне устройства и обеспечивающими защиту обслуживающего персонала от воздействия УФ­излучения. Со всех остальных сторон рабочая зона закрыта стенками корпуса установки.

В некоторых случаях (особенно для крупноформатных копировальных рам) защита от излучения осуществляется при помощи специального занавеса, который закрывается вручную или автоматически перед началом экспонирования (рис. 12 в). Подобная схема построения позволяет снизить металлоемкость конструкции за счет отсутствия стенок и ширмы.

Рис. 13. Схема контактно-копировальной установки с двумя рамами: 1 — облучатель; 2 — вакуумный насос; 3 — пульт управления; 4 — направляющая; 5 — рама

Рис. 14. Конструкция контактно-копировальной установки с верхним расположением облучателя

В некоторых контактно­копировальных установках с верхним расположением облучателя используются две копировальные рамы (рис. 13) с независимыми вакуумными системами. Обе рамы монтируются на специальных каретках, которые позволяют выдвигать их для размещения в рабочей полости форм и фотоформ, после чего рама перемещается в рабочую зону.

На рис. 14 представлена конструкция контактно­копировальной установки, построенной по схеме с верхним расположением облучателя и вакуумного насоса.

На остове 1 смонтирован корпус 13установки. В нижней части корпуса располагается контактная рама, состоящая из вакуумного коврика 2 и рамы покровного стекла 4. Уплотнитель 3обеспечивает плотное прилегание стекла к нижней части контактной рамы и создание рабочей полости. В рабочем режиме рама блокируется в закрытом состоянии фиксатором 5при повороте рукоятки 14.

При работе установки полный прижим стекла достигается при помощи вакуумного насоса 10, смонтированного в верхней части корпуса и сообщающегося с рабочей полостью рамы посредством соединительного шланга 5.

В верхней части установки размещается облучатель 11, состоящий из источника излучения 7 и створок затвора 8, выполняющих также функции отражателей в рабочем (открытом) состоянии. В рабочей зоне находится источник неактиничного излучения 9. Для защиты обслуживающего персонала от воздействия УФ­излучения служат шторки 6, автоматически закрывающиеся перед началом экспонирования.

На передней панели верхней части корпуса располагается пульт управления 12 установкой. На пульте имеются пусковой переключатель (вкл./выкл.); вакуумметр, позволяющий контролировать уровень вакуума в рабочей полости контактной рамы во время работы; регулятор вакуума для изменения уровня вакуума на первой стадии его набора; клавиши выбора уровня интенсивности излучения. На пульте размещены также клавиши и индикаторы программирования, предназначенные для ввода значений основных параметров процесса экспонирования или вызова заранее введенных в устройство управления программ.

КомпьюАрт 11'2005