激光印刷的金属印刷版制法

激光印刷的金属印刷版制法

随着激光全息照相技术的发展和改进，近年来，用全射射学改良材料制成的完整全息图，在纸币、信用卡、信用卡等重要的身份卡上以及香烟、护理、药物等高质量的包装上得到了完美结合。提高了包装的艺术质量和质量，彻底有效地防止了伪装标识的重复应用，满足了绿色环保包装的要求。辐射印刷已广泛应用于包装印刷和伪造领域。镭射印刷的学名是全息印刷,是一种以激光全息摄影为基础,通过制作出来的全息图片,使之能够在二维载体上形成干涉条纹并且清晰而大量复制三维图像在特定的印刷材料上的印刷技术,是一种无油墨的彩色印刷。其产品呈现在承印物上的图像不是某一客观物体的单一投影,而是,通过其本身出现变化的各种色彩的立体景物,主要可运用在防伪印刷和精美物品印刷上。镭射印刷通过全息照相中记录被拍摄物体反射或者透射的全部相息和反射光波的相位,从而制作出拍摄后再现的全息照片,再将这些照片作为母版,通过热转印设备将全息金属模版上的精细浮雕条纹转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产品。其基本生产工艺流程为:全息照相制版→电铸金属模版→模压(压印)塑料薄→模切等印后加工。镭射印刷与其它印刷工艺最大的区别是制版工艺及无须用油墨再现图文信息。在镭射印刷中,最重要,也是对产品质量起决定性作用的步骤就是全息照相制版。1全息照相制的过程拍摄全息图→制作全息母版→制作全息金属模版1.1基于激光的扩大镜后,知识在对象上也是一种全息图版上的表现目前常用的拍摄方法一般是,将氦-氖激光器发出的光进行分光,一束为物体光波,一束为参考光,将物光通先通过反光镜再通过扩束镜之后照射到物体上,通过物体的漫反射到达感光乳胶版上,而参考光则先经过扩束镜再经过反光镜达感光乳胶版上,两束光在感光乳胶版上将产生干涉,而感光乳胶版会记录下干涉条纹,再冲洗就有了原物的全息图版。这时,假如使用激光照射在感光乳胶版上,再通过感光乳胶版背后观察感光乳胶版,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,将反应物体光波特征的特定光波以干涉条纹的形式用两束相干光在纪录介质上记录下来,并在一定条件下使其再现物体的立体图像。1.2压光剂、用金台制作全息图用分光镜将氩离子发出的激光一分为二,一束先通过分光镜再通过扩束镜照射在全息图版上,通过衍射后形成一个实像,用实像作为物光波,通过狭缝照射到另一块涂有光致抗蚀剂的干版上。另一束光波则先通过反光镜,再通过扩束镜同样照射到涂有光致抗蚀剂的干版上。涂有光致抗蚀剂的干版上曝光后经过显影和坚膜处理,就形成了一张浮雕型相位全息图,就是制作模压全息图片的母版。由此可见,形成浮雕型全息图的材料和工艺是一大关键因素。一般来说,能形成浮雕型全息图的材料和工艺有很多,目前应用比较广泛的是光致抗蚀剂工艺,在这里简要介绍一下BP-212光致抗蚀剂的制作工艺过程:1)准备片基。将制板玻璃片基在酸性溶液中浸泡30min左右,流水冲洗10min,反复3次,再在中性溶液中浸泡30min左右,自来水冲洗10min,反复3次,随后用去离子水冲洗干净,经过100℃烘箱进行20min的烘烤,在自然环境下冷却待用。2)涂布BP-212光致抗蚀剂。一般采用离心涂布方法,将涂布BP-212光致抗蚀剂涂布到玻璃片基上。涂布厚度为0.7~1μm左右,烘烤温度为65℃,烘烤时间为30min。3)曝光。用氩离子激光器曝光,在曝光过程中,须绝对保证暗室不能有一丝亮光;全息摄影工作台保持水平及稳定性,不能受到任何轻微的振动,以免使干涉条纹产生变形。全息图是参考波和物光波干涉条纹的记录,如果在曝光过程中两光波的光程差有变化,就要影响干涉条纹的调制度。通常要求该光程差的变化小于十分之一。所以,在全息原版制作过程中,特别要注意全息工作台的稳定性问题。影响稳定性的因素有震动、空气流和热变化等。震动的主要影响来自地基的震动,如果记录系统部件的机构有松动就会把震动放大,所以必须对全息工作台采取减震措施。专用全息气浮工作台是最好的减震台。简单的减震方法可用砂箱、微孔塑料、气垫(用汽车、飞机轮子的内胎)和重100~200kg的铸铁或花岗岩,应安装一个隔离罩。如果不用隔离罩记录全息图时,室内不要通风,工作人员不要大声讲话和距工作台远一些。4)显影。用BP-212显影原液以4∶1的比例稀释,液体温度控制在21℃,显影时间40~60s之间,显影完成后迅速用去离子水冲洗干净,自然干燥。5)坚膜。在烘烤箱中烘烤30min,温度控制在120℃。为了获得一张高质量的全息图,使用和处理全息干版时还要注意一些技术性问题。全息干版在涂布乳胶后的干燥过程往往产生应力,为消除这种应力,可以将干版在使用前放置在一定湿度的容器中过一夜。全息干版的片基玻璃表面平度一般不好,在记录时由于背面反射光的影响,产生一种木纹状的干涉条纹。消除这种条纹的办法是曝光时在干版片基玻璃的背面覆盖一块中性玻璃,中间加入折射率与玻璃相匹配的折射液,当显影时把它去掉。如果记录反射全息图,可以把干版放在折射率匹配的液槽中。另外,曝光时,如果光束以较大的角度斜入射在干版上,光从侧面进入玻璃,将在两表面之间发生多次反射,形成一条条的小全息图,这会影响全息图的质量;消除的办法是用光栏限制光束,使其截面小于全息干版,或挡住干版的边缘。1.3工作模具电镀法目前的镭射印刷主要是采用模压复制技术,需要将全息母版上的浮雕的干涉条纹沟槽转移到金属模上制成金属压印模版。这种金属模版上的浮雕条纹具有十分精细的结构,其空间频率通常在1000线/mm以上,而浮雕的平均深度仅有光波长的几分之一,大致在0.14μm左右。金属模版的制作工艺分为三步。首先是在光致抗蚀剂的全息母版表面上形成一个金属导电层,这些沉积光致抗蚀剂表面的微细金属颗粒,可将浮雕全息图上的干涉沟槽真实地转移到金属表面,形成全息金属模版的雏形。第二步是通过电铸在第一层导电层上形成一层稍厚的金属支撑层,作为阴极芯的导电层吸引源源不绝的金属离子在其上沉积而达到加厚目的。第三步是利用第一版翻铸金属工作模版。1)金属导电层的形成。金属导电层的形成方法一般通过以下几种方法实现:(1)真空镀银。这种方法仅仅适用于制作较小尺寸的模版。方法是把仔细处理过的致蚀剂全息图面朝下固定在真空室的顶部,从底部蒸发出来的银蒸汽,使其覆盖在全息图表面。(2)化学镀银。这是最常用的一种方法,这种方法是分两步的浸渍过程,第一步首先要对被镀表面敏化,常用的溶液是氯化亚锡。通过敏化处理的被镀表面吸附一层容易氧化的金属离子,引发金属银的快速、均匀沉积,并参加镀层与基材的结合强度。第二步则通过在镀液中浸渍实现银的沉积。(3)喷银法。这种方法与化学镀银的化学反应机理相同,但是,它不是通过浸渍,而是通过2种溶液通过喷嘴同时喷到光致抗蚀剂表面上,使还原的银迅速沉积。在喷镀的同时,通常要高速旋转镀层,使其获得均匀的导电层。这种方法效率很高,适合用于大规模的生产。(4)化学镀镍。化学镀镍也是一个两步过程,是在镀前处理中除了需要敏化之外,还需要作活化处理。就是在敏化后的被镀表面再置换一层高活性的金属微粒作为催化中心。通常使用氧化钯。时间在1~2min之间。第二步是在加热的容器内通过浸渍作化学镀镍。这种方法由于实在室温下操作,所以很适合在光致抗蚀剂上进行化学镀镍。2)电铸金属模版。虽然前道工序形成了一层金属导电层,但是由于该层的厚度太薄,无法进行大规模的生产,所以必须使用电铸金属模版的方法对该层进行加厚。电铸的原理:装有镍珠的钛蓝为阳极,镍不断电离形成镍离子进入溶液中,装有母版的不锈钢挂具为阴极。溶液中的镍离子在阴极不断得到电子转化为金属镍沉积在版面上,以形成足够强度凹凸形状的镍层,其厚度一版为50~100μm。在电铸时,先使用强度较小的电流,防止烧坏表面,以后逐步加大电流强度,30min后,采用恒定值9h。电解液应当具有稳定性,电铸镍要有较高的强度和硬度,且抗延展性能良好。pH值应控制在3~5之间,温度为38℃。3)翻铸工作模版。翻铸第2代、第3代工作模版的电镀工艺与设备与制造母版相类似,仅仅存在以下2个差异:一是翻铸工作模版时,由于阴极本身导电,所以可以不进行敏化、活化的镀前处理;二是翻铸工作模版时,必须解决好与母版的剥离问题,通常情况下,是在镀前对母版使用纯化溶液,使其与工作模版之间产生氧化层而容易剥离。一块母版通常情况下在翻铸100块左右的第3代工作版之后其本身会出现干涉条纹脱落,图象清晰度,亮度变差等质量问题。所以,必须在事先确定本身的生产规模和产品质量要求,寻求较为合适的制作方法。2全装配印刷材料的质量的重要因素全息模版的质量在很大程度上决定了镭射印刷品的质量优劣,所以全息模版的制造是全息模压复制的关键工艺。2.1压印金属模板1)厚度及其均匀性。用于滚压的全息模版,其厚度大约为50μm。用于平压的模版,其厚度与全息图的尺寸有关,一般较小的模版厚度应在250μm左右;当全息图尺寸较大时,则模版厚度应大于1016μm。无论平压或滚压,模版厚度都应当均匀,同一模版的厚度偏差不应大于1μm;同一压印滚筒上固定的不同模版的厚度偏差不应大于13μm。2)应力。金属模版应当柔韧、平整、无应力。既不出现中间凸边缘卷曲的拉伸应力,也不出现中心凹险边缘上翻的压印力。张应力或压应力应当控制在0~40Pa之间。3)外观。全息金属模版中间应当光亮、银白、无裂痕、无针孔,无印迹以及任何瑕疵,模版的反面应平整、无裂痕、无渗漏、无结疤、无凸缘或变形。4)图象质量。全息金属模版实际上是一块反射再现的浮雕全息图。彩虹全息图在反射方式下再现,所以,模版应当具有清晰的再现像,其衍射效率应不低于原版浮雕全息图。5)硬度。硬度应该比较高,维式硬度应当控制在250N/m2.2电铸过程中镍版的变化,电铸缸的改造应注意以下几个1)镍版发白。在电铸或翻铸金属模版时,如过电解液的pH值控制不当,将会产生镍版发白,版面的条纹模糊,使印刷品的图像模糊难辨。因此,在电铸过程中必须不断测试电解溶液的pH值,使之保证在3~5之间。当pH值过高时,可以将一定量,的氨磺酸固体与去离子水混合搅拌并加热,完全溶解之后加入电解槽中。在添加的过程中要边测试pH值边加氨磺酸镍,并且要隔开一段时间添加,以保证在进行电铸或翻铸过程中pH值的稳定。2)亮度不均匀。当电解溶液比重不均匀时,将使金属压印模版的亮度不均匀,即镀镍层厚薄不匀,使用这样的金属模版压印时,将使印刷品的版面印迹色彩较淡。因此,在电铸前和电铸过程中,应使用比重仪测试比重。当比重过低时,须添加氨磺酸镍,添加方法与上述相同在加热的条件下混合并搅拌,完全溶解之后加入槽中。在添加的过程中要边测试比重值边添加班加,并且要定期添加。3)镍版出现凹坑。当电镀槽中液位较低时版面出现死点,而影响到印刷品的质量。因此,在电铸过程中,每6h应观察一次水位,且须不断补充去离子水。4)镍版出现大小不一小孔。当电铸缸中不清洁时,电铸金属版面出现脏版,而补满大小不一小孔。因此,电铸缸必须保证每天清洗。清洗方法是关闭电源,把缸中的电解液放回糟中,把挡板,镍柱槽,过滤网等物品取出后仔细清洗。将缸底的灰尘用吸尘器去除,否则将严重影响电铸质量。将取出的镍柱倒入去离子水中,反复彻底冲洗3次以上,取出空心、变小的镍柱。再将镍柱放回槽中,放的时候要不断来回抖动槽体,保证镍柱均匀装入槽中,防止镍版出现小孔。目前,我国的镭射印刷在世界同行中还处于较为落后的地位,关键是体现在全息照相制版技术之上,所以,必须时刻吸收新的相关技术,开发属于自己的技术,加强与国际同行之间的交流和相关技术的研究开发,才能早日追赶上世界先进潮流。生物降解塑包材料市场高速增长据汽巴精化有限公司属下咨询公司Pira的最新研究显示,2006年全球生物降解塑