Формовыводные устройства для лазерной записи печатных форм с внешним барабаном

Введение

CTP (англ. Computer to Plate) - технология изготовления печатных форм в полиграфии. Печатные элементы на формных пластинах образуются с помощью засветки пластин лазерным лучом и последующей химической обработки.

Технология Computer-to-Plate, известная несколько десятилетий, стала широко внедряться только последние 5 лет. Это обусловлено тем, что появились достаточно тиражестойкие формные материалы, пригодные для поэлементной записи изображений, эффективное оборудование, осуществляющее прямое экспонирование формного материала с высоким разрешением и скоростью, надежные программные средства допечатной подготовки изданий.

По своей сути технология CTP представляет собой управляемый компьютером процесс изготовления печатной формы методом прямой записи изображения на формный материал. Этот процесс, который реализуется с помощью однолучевого или многолучевого сканирования, более точный, так как каждая пластина является первой оригинальной копией, изготовленной с одних и тех же цифровых данных. В результате достигаются большая резкость точек, более точная приводка, более точное воспроизведение всего диапазона тональности исходного изображения, меньшее растискивание растровой точки одновременно со значительным ускорением подготовительных и приладочных работ на печатной машине.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Формовыводные устройства для лазерной записи печатных форм с внешним барабаном.

Основой лазерных формовыводных устройств является оптико-механическая система, содержащая в зависимости от конструкции один или несколько лазеров, модулятор, телескоп, фокусирующую линзу, поворотные зеркала, вращающийся зеркальный дефлектор, механизм крепления и перемещения формной пластины, механизм перемещения оптической или термической головки.

Пластина монтируется на внешнюю поверхность вращающегося цилиндра. Экспонирование производится линейной матрицей лазеров, перемещающейся вдоль поверхности цилиндра. Такая матрица состоит из большого числа лазеров (48-96 и более). Поскольку за один оборот барабана экспонируется сразу несколько линий, производительность такого устройства высока. Основными недостатками этого способа являются длительное время монтирования пластины на барабан и ограничения по формату пластин, связанные с технологией закрепления. Кроме того, если портится один из лазеров матрицы, заменяют всю матрицу целиком, что ведет к большим затратам.

И в том, и в другом случае экспонирование термочувствительных формных пластин выполняется в инфракрасной области спектра. При этом заметны преимущества внешнебарабанного принципа, позволяющего максимально приблизить источник энергии к поверхности печатной формы. У устройств с записью на внутреннюю поверхность барабана расстояние от пластины до развертывающего элемента, как правило, соответствует радиусу барабана и становится тем больше, чем больше формат пластины. Для того чтобы генерировать исключительно маленькую и резкую точку на таком расстоянии, требуется дорогостоящая оптика.

Рис.1. Лазерное сканирующее устройство для записи формных пластин на внешней поверхности барабана

 

Лазерное сканирующее устройство с однолучевой записью формной пластины (рис.1) работает следующим образом. Формная пластина 16 закрепляется на барабане 15, который установлен на станине 14, и вращается электродвигателем постоянного тока 12 через механизм привода 13. На одном валу с барабаном 15 расположен оптоэлектронный преобразователь 11 угловых перемещений в цифровой код. Вдоль образующей барабана на станине установлен ходовой винт 9, на валу которого расположен шаговый электродвигатель 10. При работе шагового электродвигателя 10 ходовой винт 9 вращается, и благодаря этому каретка 7 с записывающей головкой, содержащей фокусирующую линзу 6 и зеркало 3, перемещается вдоль образующей барабана. В качестве источника излучения используется твердотельный YAG-лазер 1, работающий в ИК-диапазоне спектра на длине волны 1,064 нм с выходной мощностью 15-20 Вт и оснащенный системой охлаждения 8. Лазерный луч модулируется акустооптическим модулятором 2 и далее через систему зеркал 3, диафрагму 4, телескоп 5 попадает в линзу 6, которая фокусирует его в пятно малого размера на поверхности формной пластины, закрепленной на вращающемся барабане 15. Развертка по строке осуществляется вращением барабана и контролируется оптоэлектронным преобразователем угловых перемещений 11, а развертка по кадру - вращением (с помощью шагового электродвигателя 10) прецизионного ходового винта 9, по которому движется каретка 7 записывающей головки.

Для требуемого качества записи печатных форм необходима точная фокусировка лазерного луча в точке его падения на поверхность формной пластины, расположенной на барабане. На геометрические размеры точки оказывают влияние погрешности при изготовлении и установке барабана (в наибольшей степени - отклонения барабана от идеальной формы и эксцентриситет), различные виды биений, возникающие из-за износа подшипников в опорах вращения. Из-за этих факторов при вращении барабана расстояние от поверхности формной пластины до записывающей головки изменяется на величину D, что приводит к расфокусировке лазерного луча. В связи с этим современные формовыводные устройства оснащены системой поддержания положения оптимальной фокусировки пятна лазерного излучения на поверхности формного барабана (рис.2).

 

Рис.2. Система поддержания оптимальной фокусировки записывающего пятна: а – схема записывающей головки; б – схема оптической системы поддержания положения оптимальной фокусировки пятна лазерного излучения; в – схема двухзонного фотоприемника при симметричной и асимметричной засветке пятном, сфокусированным на его сенсорных поверхностях.

 

Лазерное излучение от источника 1, проходя через призму 5 и объектив 7, фокусируется в пятно необходимого размера на поверхности вращающегося формного барабана 2. Параллельно оси вращения барабана по направляющей 3 движется каретка 4 для продольного перемещения сфокусированного лазерного пятна вдоль образующей цилиндра формного барабана. На каретке 4 размещена дополнительная каретка 6 с жестко установленными на ней фокусирующим объективом 7 и оптической частью системы поддержания оптимальной фокусировки 8. Дополнительная каретка 6 может перемещаться относительно каретки 4 в направлении, перпендикулярном оси вращения формного барабана 2, с помощью привода 9, укрепленного на каретке 4.

В случае оптимальной фокусировки лазерного излучения на поверхности формного барабана оптическая часть системы симметрично освещает зоны а и б фотоприемника 13. При уходе сфокусированного лазерного пятна из положения 14 оптимальной фокусировки в положения плоскостей 15 или 16 пятно на двухзонном фотоприемнике 13 смещается вправо в зону б при положении 15 или влево в зону а при уходе плоскости фокусировки в положение 16. В том и другом случаях освещенности зон а и б становятся различными, что изменяет соответствующие фототоки.

На выходе фотоприемника находится устройство, которое формирует электрический сигнал, пропорциональный разности освещенностей зон а и б, который имеет либо положительный, либо отрицательный знак. После усиления мощности этот сигнал поступает на привод 9 перемещения дополнительной каретки, являющийся выходом цепи обратной связи. Перемещение дополнительной каретки 6 приводит пятно лазерного излучения в положение 14 оптимальной фокусировки. Разностный электрический сигнал становится нулевым.

Система поддержания положения оптимальной фокусировки характеризуется величиной допустимого рабочего хода D дополнительной каретки 6, в пределах которого достигается фокусировка. Для оптической части системы (рис.2, б) поддержания положения оптимальной фокусировки найдено следующее соотношение между D и параметрами элементов оптической части:

где h - сторона зоны поверхности фотоприемника;

L - расстояние между изображением  источника света на поверхности  формного барабана 2 и второй фокусирующей линзой 12;

f - фокусное расстояние  второй фокусирующей линзы 12;

i - угол падения излучения  точечного источника 10 света после  первой фокусирующей линзы 11.

Величина D определяет максимально допустимый эксцентриситет или отклонение барабана от идеальной цилиндрической формы.

Рис 3. Система крепления пластин на барабане

Формные пластины крепятся на внешней поверхности барабана с помощью механического, магнитного, вакуумного прижима или их комбинаций. На рис.3 представлена система крепления формных пластин, состоящая из подвижных (под разный формат пластин) зажимов в сочетании с вакуумным прижимом. Такая система надежно фиксирует пластины даже при высокой частоте вращения барабана - до 1000 об. /мин.

Некоторые формовыводные устройства оснащены системой автоматической установки формных пластин на внешнюю поверхность барабана и снятия их после экспонирования, а также системой пробивки штифтовых отверстий.

 

2. Обзор и анализ формовыводных устройств с внешним барабаном

2.1. PlateRite Series

Компания Screen представляет широкую модельную линейку CtP, известную своим высоким качеством, надежностью и высокой производительностью.

Модельный ряд CtP обеспечивает решение для любого формата, использующегося в настоящий момент на рынке. Каждая модель имеет определенный набор технических параметров: размер записываемых пластин, скорость записи и набор установленных автоматических опций (см. таблицу 1).

2.1.1. PlateRite Ultima 48000

CtP PlateRite Ultima 48000 (рис.6) может записывать задания на пластинах самых больших форматов в мире, совместимых с рулонными машинами больших форматов, которые по прогнозам, в будущем будут доминировать на рынке.

CtP PlateRite Ultima 48000 также можно использовать для вывода нескольких заданий, записываемых на одной пластине, увеличивая, таким образом, эффективность работы.

Рис 6. CtP PlateRite Ultima 48000

 

2.1.1. PlateRite Ultima 16000 II

На CtP PlateRite Ultima 16000 II (рис.7) возможна запись пластин размерами до мм, что определяет эффективное использование на предприятиях, изготавливающих коммерческую продукцию, книги и упаковку.

Рис.7. PlateRite Ultima 16000 II

Таблица 1

Модель/тип	PlateRite Ultima 48000	PlateRite Ultima 16000 II (Z)
Способ записи	Внешний барабан	Внешний барабан
Источник света	GLV1024	GLV512
Тип пластин	Термальные пластины	Термальные пластины
Разрешение (dpi)	1200/2400/2438/2540	1200/2400/2438/2540
Макс. Размер пластин (мм)	2900×1350	1470×1165
Мин.размер пластин (мм)	650×550	650×550
Производительность (пластин/час)	17 (42)	31 (39)
Ручная загрузка	да	Да, непрерывная загрузка
Загрузчик на одну кассету	SA-L48000	-
Емкость	600 пластин	-
Удаление прокладочной бумаги	Да	-
Многокассетный автозагрузчик	MA-L40000	MA-L16000
Емкость	4×75 пластин	2/4×100 пластин
Удаление прокладочной бумаги	Да, непрерывно	да
Встроенный перфоратор	До 10 штифтовых отверстий	До 10 штифтовых отверстий
Рабочий поток	1-bit TIFF DTC, Trueflow SE Rite, Trueflow SE	1-bit TIFF DTC, Trueflow SE Rite, Trueflow SE

 

Преимущества СtP серии PlateRite:

1) Высокое разрешение

Разрешение СtP серии PlateRite может достигать 4000 dpi, что является идеальным для создания любой печатной продукции: от высококачественной художественной печати до точного воспроизведения текста небольшого размера, например, при печати документов, ценных бумаг и т.д.

2) Технология GLV

Сокращение GLV переводится как «управляемая дифракционная решетка» (Grating Ligth Valve) – это инновационная технология записи, в основе которой лежит высокоскоростная модуляция света. Записывающая головка GLV состоит из тысяч микроскопических отражающих полосок, расположенных на кремниевом кристалле. Эти полоски могут перемещаться вверх/вниз, и отражать или отклонять направленный на них лазерный луч. Используя эту уникальную технологию, CtP компании Screen обеспечивают необходимую скорость записи при изготовлении пластин для печатных машин больших форматов и формата В1 для печатных машин с переворотом.

3) Улучшенная конструкция внешнего барабана

Данная конструкция позволяет барабану вращаться с высокой скоростью, при котором записывающая головка располагается рядом с поверхностью записывающей пластины.

4) Встроенный блок перфорирования

Экономит сотни часов печати, уменьшает количество приладочных листов на каждом тираже.

5) Возможность обновления на месте (возможность увеличения производительности непосредственно на месте установки машины).

6) Возможность регулярного дистанционного мониторинга состояния оборудования.

 

2.2. Heidelberg Suprasetter

 

2.2.1. Heidelberg Suprasetter A52

Suprasetter A52(рис.8,9) – компактный и самый успешный в своем классе CtP-плейтсеттер.

 Рис. 8. Suprasetter A52

Рис.9. Схема устройства Suprasetter A52:  
1 — лоток для формных пластин; 2 — крышка; 3 — отвод для бумаги; 
4 — система отделения бумаги от формных пластин;  
5 — конвейерный мост; 6 — мешок для прокладочных листов;  
7 — система пробивки отверстий; 8 — лазерный модуль;

9 — формный цилиндр; 10 — поворотный стол

 

Особенности Suprasetter A52:

1) Непревзойденная технология и компактный дизайн

2) Лазерная технология

3) Автоматизированное изготовление форм с помощью Auto Top Loader.

Загрузчик Auto Top Loader (ATL) представляет кассетное устройство, поставляемое по желанию клиента, с помощью которого можно модернизировать Suprasetter с ручным режимом работы, превратив его в полностью автоматическую систему. В зависимости от толщины формной пластины, кассета вмещает от 50 до 100 пластин.

4) Конфигурации для обработки традиционных, свободных от химии и не требующих проявки термальных формных пластин.

5) Подготовка за один день.

6) Низкое энергопотребление, минимальное тепловыделение, обеспечивающее длительный срок службы, сокращение расходов и экологическую безопасность.

2.2.2. Heidelberg Suprasetter 145

Suprasetter 145 (рис.10) - идеальный партнер для работы с крупным форматом.

 Рис.10. Suprasetter 145

Особенности:

1) Испытанное качество и надежность для крупного формата

В основе этой модели – испытанная технология. Прежде всего, речь идет о лазерах от Heidelberg с запатентованной Интеллектуальной диодной системой (IDS). Среди других особенностей великолепная глубина резкости, встроенная система стабилизации температуры и исключительная простота в эксплуатации.

Благодаря уникальной модульной конструкции, плейтсеттер конфигурируется в соответствии с пожеланиями клиента в том, что касается установки лазеров, дополнительных систем пробивки штифтовых отверстий и выбора устройств загрузки формных пластин.

2) Максимальная гибкость типов формных пластин.

Автоматическое устройство загрузки вмещает 100 пластин шести (максимально) разных форматов каждая.

Также возможна индивидуальная загрузка пластин вручную, даже если устройство работает в автоматическом режиме.

3) Исключительно высокая точность пробивки штифтовых отверстий.

4) Интеграция в рабочий поток Prinect.

 

 

 

 

 

Технические характеристики:

Таблица 2

	Suprasetter A52	Suprasetter 145
Производительность (форм/час)	17	25
Мин.формат печатной формы, мм	240×240	500×650
Макс.формат печатной формы, мм	670×530	1425×1460
Макс. участок экспонирования, мм	650×530	1413×1460
Толщина печатной формы, мм	0,15 – 0,3	0,24 – 0,4
Разрешение, dpi	2400 или 2540	2400 или 2540
Встроенная система пробивки штифтовых отверстий	До 2 пар	До 5 пар
Рабочая температура, °С	17 – 30	17 – 30
Относит. влажность воздуха, %	30 – 70	40 – 70
Интеграция в рабочий поток	Prinect MetaDimension (52i), Prinect MetaShooter	Prinect MetaShooter
Потребляемая мощность	<1 кВт, средняя 700 Вт во время экспонирования	≤10 кВт, средняя <7 кВт во время экспонирования

 

 

3. Проектируемое устройство

При выборе CtP необходимо определить свои потребности, после чего уже выбрать систему, производителя и поставщика.

На основе обзора нескольких формовыводных устройств спроектируем свое устройство. Приведем схему (рис.11) его построения и таблицу технических характеристик.

Рис.11. Схема проектируемого выводного устройства с внешним барабаном

Технические характеристики проектируемого устройства

Таблица 3

Проектируемое устройство	RAsetter 1009
Производительность (форм/час)	35
Способ записи	Внешний барабан
Макс.формат печатной формы, мм	670×530
Мин. формат печатной формы, мм	240×240
Толщина печатной формы, мм	0,15 – 0,3
Разрешение, dpi	2540-5080
Встроенный перфоратор	До 10 отверстий
Размер (длина×ширина×высота)	1550×1218×1350
Ручная загрузка	да
Загрузчик на одну кассету	SA-L48000
Емкость	600 пластин
Многокассетный автозагрузчик	MA-L40000
Емкость	4×100 пластин
Удаление прокладочной бумаги	Да, непрерывно
Потребляемая мощность	<1кВт, средняя 700 Вт во время экспонирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет основных параметров формовыводного устройства с внешним барабаном

  Таблица 6.1

Разрешение R, dpi	5080	200000 т/м
Формат записи b×h, мм	900×630	0,9×0,63 м
Производительность П, форматов/ч	20
Число записывающих головок	8

 

4.1. Метрический расчет

Рассчитаем радиус барабана с учетом коэффициента его использования :

,

где b- длинная сторона формата.

Адресуемость (величина, обратная разрешению):

Для обеспечения высокого качества изображения запись соседних точечно-растровых строк следует производить с перекрытием 20%, поэтому диаметр пятна лазера равен:

Теперь можно найти диаметр луча, расширенного телескопической системой (при фокусном расстоянии объектива f = 0,07 и длине волны лазера λ=410·10-9 нм)

  Таким образом, зная исходный диаметр лазерного луча d0=0,0002м и диаметр расширенного луча D, рассчитывается коэффициент увеличения телескопической системы:

4.2. Расчёт скоростных характеристик

Производительность П лазерных выводных устройств, выраженная в количестве экспонируемых форм или полос в час, определяется по формуле

, отсюда

Производительность лазерных сканирующих устройств (ЛСУ) определяется рядом параметров, основными из которых являются: линейная скорость сканирования (скорость перемещения светового пятна по экспонируемому материалу при записи изображения) Vск, частота вращения зеркального дефлектора или барабана n, скорость перемещения записываемого материала или оптической системы Vф, максимальная частота работы модулятора νм, необходимая для сканирования изображения с заданным разрешением и точностью.

Исходными данными для расчёта Vск, n, νм и Vф могут служить следующие параметры: время T записи изображения, горизонтальный h и вертикальный b форматы изображения, разрешение при записи R.

В результате поворота грани дефлектора или барабана на материале записывается сразу столько растровых строк, сколько лазерных лучей, т. е. записывается полоса изображения шириной q/R, где q — число лазерных лучей, R — разрешение записи.

Время Т записи изображения форматов h×b можно представить произведением

Т=tc Nc, где tc- время записи растровой строки; Nc – число растровых строк.

Число растровых строк зависит от вертикального формата изображения b и разрешения R:

Таким образом,

Время записи строки представляет собой сумму времени развёртки изображения tр (или времени перемещения материала tф, так как tр=tф) и времени остановки материала после записи t0:

tc = tр + t0

Время развёртки изображения световым пятном вдоль растровой строки tр зависит от соотношения рабочего угла поворота ϕр зеркальных граней, при отработке которого осуществляется запись изображения, и общего угла поворота грани ϕоб=360⁰/m (m-число зеркальных граней дефлектора)

В данном случае m=1.

Угол холостого поворота грани дефлектора ϕх, т.е. угол, в пределах которого запись не производится, определяется разностью

Учитывая, что развёртка изображения и перемещения материала совмещены по времени (tр = tф), можно определить линейную скорость перемещения материала Vф:

  Частота вращения n дефлектора (об/мин) определяется по формуле

Линейная скорость сканирования νск, зависит от горизонтального формата изображения h и времени развёртки tр:

Необходимая частота срабатывания:

4.3. Светоэнергетический расчёт

4.3.1. Запись изображения на светочувствительных материалах

Аналитически или по характеристической кривой используемого материала для оптической плотности Dиз находится соответствующая ей экспозиция H(для светочувствительных формных пластин Н=1лк·с). С учётом спектральной чувствительности материала, получим требуемую экспозицию Hтр:

,

где К(λ) – коэффициент спектральной чувствительности выбирается из условия: К(λ)=0,3÷0,5

Чтобы получить такую экспозицию, необходимо создать освещённость Е’тр (лк) светочувствительного материала:

,

 где tэ – время экспонирования, с.

Время экспонирования tэ одной микроточки изображения определяется как время пробега лазерным лучом расстояния, равного диаметру светового пятна d, т.е. величине, обратной разрешению (d=1/R)

, где Vcк – линейная скорость сканирования; R- разрешение при сканировании, т/м.

Для создания такой освещённости (Е’тр) в световом пятне площадью нужен световой поток в светотехнических единицах Фтр(лм):

Через механический эквивалент света А можно перейти к световому потоку в энергетических единицах:

,

где Фэ – световой поток, Вт; А=0,001466 Вт/лм

  Мощность лазера Ртр (Вт), требуемая для записи изображения необходимой плотности на выбранном светочувствительном материале с заданной скоростью сканирования, должна быть равна:

,

где τ – коэффициент пропускания оптической системы.

Коэффициент пропускания τ представляет собой отношение светового потока, прошедшего через оптическую систему, к падающему световому потоку. В формовыводном аппарате с «внешним барабаном» коэффициент пропускания оптической системы определяется произведением коэффициента пропускания телескопической системы τтс и фокусирующей системы τфс:

Полученное значение мощности необходимо сравнить с номинальной мощностью выбранного типа лазера Рном=0,2Вт.

Рном > Pтр, значит, следует подобрать светофильтр с коэффициентом пропускания:

Заключение

CTP-технологии по сравнению с традиционной технологией фотонабора и формного процесса обладают огромными преимуществами:

- сокращается время технологического  цикла изготовления печатных  форм (не нужны операции обработки фотоматериала, копирования фотоформ на формные пластины и в ряде случаев обработки экспонированных формных пластин);

- повышается качество  изображения на печатных формах  благодаря снижению уровня случайных и систематических помех, возникающих при экспонировании и обработке традиционных фотоматериалов (вуаль, ореольность) и копировании монтажей на формные пластины;

- улучшаются экологические  условия на полиграфическом предприятии  из-за отсутствия химической обработки пленок; повышается культура производства и совершенствуется организация технологического процесса.

В тоже время быстрое освоение CTP-технологий приводит многие полиграфические предприятия к целому ряду проблем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1) Самарин Ю.Н. Оборудование  и технология допечатных процессов. В 2 ч. Ч. 2. Оборудование допечатных процессов: учебник для вузов / Ю.Н. Самарин; Моск. гос. ун-т печати. – М.: МГУП, 2011. – 306 с.

2) Лазерное термальное CtP устройство экспонирования офсетных  пластин Heidelberg Suprasetter // Инит-пресс: Полиграфическое оборудование: сайт. URL: http:// www.initpress.ru/kat1-03.htm (дата обращения: 20.11.2011).

3) Screen : каталог CtP-оборудования : изготовитель «Ям Интернешнл». М., 2011. 10 с.

4) Suprasetter : каталог CtP-систем: изготовитель «Гейдельберг-СНГ». М., 2011. 21 с.

5) Самарин Ю.Н. Технические  средства переработки текстовой  и изобрази тельной информации. М. : МГУП, 2010.19 с.