автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Основы расчета и изготовления цельнометаллических форм рельефной печати

На правах рукописи

ОСНОВЫ РАСЧЕТА И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЛЬНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ФОРМ РЕЛЬЕФНОЙ ПЕЧАТИ

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003470027

Москва - 2009

003470027

Работа выполнена в Московском государственном университете печати на кафедре Печатного и послепечатного оборудования

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Силенко Петр Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Андреев Юрий Сергеевич;

кандидат технических наук Панкин Павел Викторович

Ведущая организация:

ЗАО «НИИПолиграфмаш»

Защита состоится 17 июня 2009 г. в 14:00 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.147.01 при Московском государственном университете печати (МГУП) по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета печати

Автореферат разослан «_»_2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.147.01

Климова Е.Д.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Работа посвящена разработке механики изготовления цельнометаллических форм рельефной печати. Такая форма позволяет не только повысить тиражеустойчивость, но и реализовать на этой форме тонкую графику, как в позитивном, так и негативном исполнении. Это позволяет рассматривать рельефную печать как аналог металлографской печати. Учитывая, что рельефная печать не имеет ограничений по применяемым краскам, открываются принципиально новые возможности по изготовлению защищенной от подделки полиграфической продукции, включая изготовление банкнот. Цель диссертационной работы.

Целью диссертации является разработка технологии процессов изготовления цельнометаллических форм рельефной печати с тонкой графикой. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Выбран способ изготовления формы рельефной печати с помощью лазерной гравировки. Определены требования к оборудованию.

2. Определены режимы резки тонких металлических пластин при пробое краскоподающих каналов, гравировки одиночных и параллельных линий без учета их взаимовлияния друг на друга.

3. Исследованы негативные явления, возникающие при лазерном гравировании формы, и определены методы борьбы с этими явлениями.

4. Разработана технология изготовления цельнометаллических форм рельефной печати на основе комбинации пробоя краскоподающих каналов, гравировке одиночных и параллельных линий с учетом их взаимовлияния друг на друга.

Научная новизна

Предложено лазерное гравирование как возможная технология изготовления цельнометаллической формы рельефной печати с тонкой графикой.

Определены параметры гравирования тонких пластин для режимов пробоя краскоподающих каналов, изготовления одиночных и параллельных линий без учета их взаимовлияния друг на друга. Установлены негативные явления, возникающие при лазерном гравировании и методы борьбы с ними.

Подобраны варианты изготовления форм рельефной печати, основанные на определенных последовательностях различных режимов лазерного гравирования. Практическая ценность.

Положения, разработанные в диссертации, используются при изготовлении полиграфической продукции уровня «А».

Положения, выносимые на защиту.

1. Лазерное гравирование как возможная технология изготовления цельнометаллической формы рельефной печати с тонкой графикой.

2. Режимы гравирования тонких пластин для пробоя отверстий, резки одиночных и параллельных линий без учета их взаимовлияния друг на друга.

3. Негативные явления, возникающие при лазерном гравировании и методы борьбы с ними,

4. Варианты изготовления форм рельефной печати, основанные на определенных последовательностях лазерного гравирования различными режимами.

Апробация.

По материалам диссертации сделаны доклады на конференции молодых учёных в Московском Государственном Университете Печати. Разработки представленные в диссертации позволили ООО «Н.Т. ГРАФ» перейти на использование форм рельефной печати в изготовлении серийной продукции.

Публикации. По тематике работы опубликовано 4 научных статьи. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка используемых в работе литературных источников. Диссертация изложена на 96 страницах, содержит 33 рисунка, 14 таблиц, 15 диаграмм.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы исследования, определяются основные направления диссертационной работы, цели и задачи диссертации, объект и предмет исследования, степень новизны и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена выбору способа изготовления цельнометаллической формы рельефной печати с тонкой графикой. Исходными данными являлись геометрические параметры двухслойной формы (рис. 1) состоящей из никелевой сетки и полимерного слоя.

Рис.1 Схема двухслойной формы

Параметры двухслойной формы:

1 - никелевая сетка (основа), толщина 0,09 мм, производитель STORK Голландия, шаг точек (отверстий) 100 мкм, диаметр отверстий 20 мкм.

2- полимер, нанесенный на сетку толщиной 0,06 - 0,09 мкм

3- печатный элемент

Под тонкой графикой понимаются предельные значения негативных и позитивных элементов, достижимых в металлографской печати. Анализ банкнот показал, что минимальная толщина позитивной линии составляет 20-40 мкм, негативной около 50 мкм.

Показано, что существуют два принципиально отличных варианта изготовления формы рельефной печати: односторонний и двухсторонний.

о О о

о

о о О о

о 2 о о о

•о

о о о о

о о о о

о о о о

о о о о

о о о о

Рис.2 Односторонний вариант

На рис. 2 показана схема одностороннего варианта изготовления форм, где:

1 - Элемент тонкой графики (тонкая линия)

2 - Краскоподающий канал

3 - Элемент выборки (широкая линия)

При данном варианте выборка материала формы осуществляется с одной стороны.

1

......\ х; - 2

Рис.3 Вариант двухсторонней формы

На рис. 3 представлена схема двухстороннего изготовления формы, где:

1 - Элемент тонкой графики (тонкая линия)

2 - Элемент выборки (широкая линия)

3 - Линий, гравированные с оборота

При двухстороннем изготовлении, выборка материала формной пластины осуществляется с двух сторон, оборотные линии по возможности перпендикулярны лицевым, до образования краскоподаншщх каналов.

Были рассмотрены три возможных способа изготовления формы рельефной печати, уже нашедшие свое применение в полиграфии для изготовления клише:

• механическая гравировка

• травление

• лазерное гравирование

Исторически, для гравировки стальных пластин использовались штихель и игла. Их аналогом для современных гравировальных машин является

бур (однозаходная коническая фреза). Обычный бур имеет конусность в 36° и величину нижней перемычки от 0,05 мм и более. Таким инструментом конечно можно отгравировать форму рельефной печати в двухстороннем варианте. Однако обеспечить рисунок с позитивной тонкой графикой нельзя из-за конусности инструмента: при заглублении бура в материал формы на 0,1 мм ширина линии увеличивается на 0,065 мм. При травлении возникает аналогичная проблема. Здесь конусность линий еще больше. По разным оценкам угол варьируется от 40° - 60°. В отличие от предыдущих способов, при лазерном гравировании конусность составляет порядка 6°. Существуют лазеры, которые в состоянии пробить металлическую пластину толщиной до 0,5 мм и при этом гравировать достаточно тонкие линии, шириной 0,2 - 0,4мм. В рамках настоящей работы использовался лазер средней мощностью излучения 20 Вт, с оптической фокусировкой равной 30 мкм, длиной перетяжки 1 мм. Вторая глава. Изготовление форм рельефной печати способом лазерного гравирования с учетом всего многообразия изображений предполагает комбинацию двух или трех режимов лазерного гравирования: пробой отверстия (сквозной канал), гравирование одиночной линии, гравирование широкой линии (выборка параллельными линиями). Вторая глава посвящена исследованию этих режимов гравировки независимо друг от друга, без учета их взаимовлияния. Целью исследований являлось: определение влияния параметров лазерного гравирования, таких как мощность лазера, его частота, количество импульсов (пробой отверстий), скорость, количество проходов, шаг линий при выборке параллельными линиями на результат самого гравирования: диаметр входного и выходного отверстий пробитой отверстий, глубины и ширины линий. Отметим, что полученные во второй главе результаты справедливы для конкретного лазера и конкретной оптики.

Глубина пробоя каналов и глубина одиночной линии фиксировались визуально по факту пробоя пластины заданной толщины. Геометрические параметры гравировки измерялись с помощью микроскопа. Глубина выборки параллельными линиями - при помощи микрометра. В качестве примера на рис. 4 приведен график зависимости количества импульсов для пробоя от мощности лазера при толщине пластины 0,2 мм. Нижний график соответствует минимальному количеству импульсов, при котором наблюдается пробой первого или нескольких отверстий из ста, верхний соответствует стопроцентному пробою. По сути, верхний график представляет собой минимально необходимое количество импульсов для пробития всех каналов. Следует отметить, что доверительный интервал достаточно узкий. Он составляет примерно 10% по отношению к количеству импульсов лазера, необходимому для пробоя.

Пробой точек

|-Коме импульсе» нк пробой ••• Коп-«о имгупрсм полч.й пробой СвгЛ"? ?

Рис. 4. Пробой отверстий

Результаты опытов по пробою каналов показали, что гарантированный пробой наблюдается в диапазоне мощностей 60% - 100% и в диапазоне толщин пластин 0,2-0,5 мм. При изменении этих параметров в указанных диапазонах прослеживается тенденция к увеличению необходимого количества импульсов при уменьшении мощности и увеличению толщины. Все это описывает следующая эмпирическая зависимость:

П = 98+З/-!5^^>О<(—) <21)

^ \ 100 ) \ 0.3 )

Где:

СН - количество импульсов лазера;

- Мощность, задаваемая в процентах; 11 - толщина пластины;

Диаметры входных и выходных отверстий при толщине пластины 0,2 мм в указанном выше диапазоне мощностей примерно равны и составляют 0,4 мм. При толщине пластины 0,5 мм диаметр выходного отверстия составляет уже примерно 0,05 мм. Необходимо также отметить, что повышение частоты лазера эквивалентно понижению мощности.

Результаты опытов по гравировке одиночных линий представлены в виде эмпирических зависимостей:

5, = 0.033— ^

1 V

где:

81- глубина одиночной линии, полученная за один проход (мм);

- мощность лазера в процентах от номинальной; V - скорость перемещения луча лазера (мм/сек);

Формула справедлива для диапазона мощностей 100% - 60% и диапазона скоростей 50 - 300 мм/сек. Для определения суммарного заглубления одиночной линии за несколько проходов (1г) можно пользоваться простым суммированием, если это заглубление не превышает 0,2мм. Ширина одиночной линии М при скорости гравировки 200 мм/сек может быть рассчитана по формуле:

= 0.065- 0.0Я 1 _ 0.1201 - 0.04)

1 \ 100 )

где:

\¥1 - ширина линии (мм); Ь - глубина линии (мм);

Эксперименты по выборке параллельными линиями показали, что заглубление за один проход может (в мм) быть рассчитано по формуле:

5. = 0.005 —

где: 1 Уг

81 - глубина, полученная за один проход (мм) К- коэффициент, равный 1.2

- мощность лазера в процентах I - шаг гравировки в мм V - скорость лазера (мм/сек)

Данная формула справедлива для диапазона мощностей от 60% - 100%; диапазона скоростей 50 - 300 мм/сек; диапазона шагов 0,02 - 0,06мм. От-

метим, что данная формула в указанном диапазоне имеет следующий энергетический смысл: заглубление за один проход прямопропорцио-нально количеству энергии, попавшей на единицу площади. Необходимо также добавить, что при выборке на краях пластины образуется скос. Интересно сопоставить результаты и полученные формулы для трех режимов гравировки между собой. Так импульсами пробивалась пластина толщиной до 0,5 мм, заглубление одиночной линией на такую величину невозможно, а время заглубления одиночной линией больше, чем время выборки. Скорее всего, это связано с разным рассеиванием лазерного луча при различных режимах гравировки. Приведенные в этой главе формулы позволяют произвести расчет глубины при сложной последовательности гравировки, описанной в 4 главе. В третьей главе рассматриваются негативные явления, возникающие при лазерном гравировании и методы борьбы с ними.

В процессе лазерного гравирования образуются барбы, представляющие собой металл, осажденный по краям линий и вокруг краскоподающих каналов. Барбы выступают над поверхностью формы более чем на 0,1 мм и имеют ширину 0,02 + 0,04мм. На рис. 5 показаны фото барбов, образующихся при пробое отверстий и гравировании линий. Вполне очевидно, что подобного рода элементы неприемлемы для печатной формы. Следовательно, возникает вопрос об их удалении.

Барбы

Были рассмотрены разные варианты их механического удаления.

1. Зашлифовка барбов наждачной бумагой.

2. Удаление барбов с помощью ручной зашлифовки с предварительным пломбированием штриха.

3. Механическая зашлифовка с использованием мини дрели фирмы STERN модель MDC135 с насадкой из шлифовального камня.

Ни один из приведенных вариантов по разным причинам не привел к желаемым результатам. Причиной являлась либо закупорка краскоподаю-щих каналов и тонких штрихов металлической стружкой и абразивным материалом, либо высокая трудоемкость процесса, либо «затягивание» тонких штрихов металлом кратеров.

В процессе предварительных опытов было зафиксировано явление разной химической активности барбов, образовавшихся вследствие лазерной гравировки, и металла самой формной пластины к органическим кислотам. При термохимической обработке в растворе таких кислот, барбы вступали в химическую реакцию, удалялись, активнее, нежели чем сама пластина. Внешне это выглядело как достаточно бурное газовыделение из зон гравировки.

Было проведено экспериментальное исследование данного процесса с целью определения параметров, при которых эффект выборочного удаления барбов был бы максимальным. В качестве примера на рис. 6 приведены результаты опытов по выбору концентрации раствора.

крайние точки

1 1 ®

Ч; Ч 4;; |

*

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30 00 35,00 40,00

% раствора

Рис.6 Концентрация раствора

Верхний график (ЬI) соответствует толщине формы в зоне гравировки (толщина пластины + высота кратеров), нижний (Ь) - толщине пластины. Как видно из графика, оптимумом для нас является 25% раствор кислоты. При данных параметрах барбы полностью удаляются, а толщина пластины остается неизменной. Опыты показали, что оптимальное время термохимической обработки составляет от 4 до 5 минут.

Следует отметить, что после удаления барбов, в химическую реакцию вступают и сами гравированные печатные элементы (стенки и дно штрихов). Поэтому крайне важно вовремя остановить реакцию.

Другим негативным явлением, возникающим в процессе лазерной гравировки, является коробление пластины. Оно представляет собой сложную изгибную деформацию, максимальные прогибы которой расположены преимущественно по ее периметру (рис.7).

Рис. 7 Пример коробления пластины

Такая деформация возможна, когда зона, подвергшаяся лазерной обработке, пытается сжаться, а окружающий ее материал (не тронутый лазером) пытается этому воспрепятствовать. Возникшие при этом силы, и приводят к описанной выше деформации пластины.

Существуют две причины коробления. Во-первых, это напряжения в кратерах, возникающих при фазовых переходах металла. Аналогом этого можно считать напряжения, возникающие в металлической отливке. Такой дефект легко устраняется вместе с кратерами при термохимической обработке. Во-вторых, это напряжения, возникающие внутри пластины, вызванные быстрым разогревом металла под воздействием лазера и быстрым его охлаждением посредством теплопередачи. Аналогом этого являются напряжения в стали, возникающие при ее закалке. Энергетический анализ различных режимов лазерной гравировки показал, что наиболее опасным с точки зрения локального перегрева металла является режим пробоя точек. Были определены предельно допустимые шаги пробоя для различных пластин. Найдены факторы, позволяющие при прочих равных условиях минимизировать коробление. К таковым относятся установка формы при ее гравировке на специальную теплоот-

водящую плиту, а также многопроходный пробой точек, изменение порядка пробоя точек (исключение тепловой волны).

Четвертая глава посвящена различным вариантам изготовления формы рельефной печати путем комбинации различных режимов лазерного гравирования с учетом их взаимовлияния.

Было установлено, что при одностороннем варианте изготовления формы краскоподающие каналы необходимо пробивать перед гравированием самого изображения. В противном случае барбы от пробоя каналов оказываются в глубине печатных элементов, что недопустимо с точки зрения процесса печати. Удаление таких барбов с помощью термохимической обработки требует большого времени вследствие их глубинного расположения. Продолжительная термохимическая обработка приводит к расширению краев печатных элементов, что не допустимо, когда речь идет о тонкой графике.

При первоначальном пробое краскоподающих каналов, их барбы сглаживаются последующей гравировкой рисунка. В результате мы получаем барбы по границе штрихов, выступающие над поверхностью формы, которые хорошо удаляются при термохимической обработке. Однако здесь наблюдается другое негативное явление: в процессе гравирования рисунка, одновременно со сглаживанием барбов краскоподающих каналов, происходит их заваривание (уменьшение в диаметре). Вследствие этого возникает необходимость дополнительного чистящего пробоя краскоподающих каналов. Были установлены режимы такого гравирования. Отметим, что сами прочищающие отверстия тоже образуют барбы, хотя и много меньшие, чем начальные пробивные отверстия. Негативного влияния на оттиск эти барбы уже не оказывают. Предложенная последовательность гравирования вполне достаточна для получения качественной формы и, как следствие, качественного оттиска. Но при необходимости можно построить более сложную конструкцию гравирования, например: произвести предварительное заглубление рисунка, основной пробой каналов, основное заглубление, чистящие отверстия, окончательное заглубление (параллельно сбивающее барбы), окончательные чистящие отверстия. В этом случае расчет глубины изображения можно производить по формулам, представленным во 2 главе.

Проведенные опыты позволили определить оптимальные расстояния краскоподающих каналов от края изображения при гравировании параллельными линиями (выборка), где наблюдается минимальное заваривание отверстий линиями.

Для тонкой графики найден баланс мощностей между линиями и пробивными каналами, для предотвращения разбивания тонкой линии отверстиями (при гравировании линий малой мощности диаметр пробивных отверстий больше ширины линии).

В качестве примера представлена фотография односторонней формы (рис.8).

Рис.8 Пример готовой формы

Основные результаты диссертационной работы:

1. Для изготовления цельнометаллических форм рельефной печати с тонкой графикой целесообразно использовать технологию лазерного гравирования.

2. Изготовление формы рельефной печати предполагает комбинацию двух или трех вариантов гравирования: пробой отверстий (краскоподающих каналов), гравирование одиночных линий, выборка широких элементов.

3. При исследовании гравировки сквозных отверстий удалось получить гарантированный пробой каналов н диапазоне мощностей 20 - 12 Вт и в диапазоне толщин пластин 0,2 - 0,5 мм. При изменении этих параметров в указанных диапазонах наблюдаются тенденции к увеличению необходимого количества импульсов при уменьшении мощности и увеличении толщины. Получены соответствующие эмпирические зависимости.

4. При исследовании гравирования одиночных линий получены соответствующие эмпирические формулы, позволяющие рассчитать глубину и ширину гравирования, в зависимости от мощности, скорости, количества проходов.

5. При исследовании выборки получена эмпирическая формула, позволяющая рассчитать глубину выборки в зависимости от скорости, мощности, шага линий, количества проходов.

6. Установлено, что барбы, представляющие собой осажденный в процессе гравировки металл, и металл формы не тронутый лазером имеют разную химическую активность (барбы активнее вступают в химическую реакцию с органическими кислотами). Данное явление используется для выборочного удаления барбов с формы. Установлены режимы термохимической обработки пластины, при которых барбы полностью удаляются, а металл формы не затрагивается.

7. В процессе лазерного гравирования в ряде случаев наблюдалось коробление формной пластины, представляющее собой сложную изгибную деформацию. Выявлены причины этого явления и способы борьбы с ним. Определены безопасные режимы гравирования.

8. Экспериментально проверены различные варианты изготовления форм рельефной печати путем комбинации двух или трех режимов лазерного гравирования. Выявлены негативные явления, связанные с взаимовлиянием этих режимов друг на друга. Определены последовательности гравирования, при которых минимизируются или полностью исключаются данные дефекты. Установлена вся технологическая цепочка изготовления цельнометаллических форм рельефной печати с тонкой графикой.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

Статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Платонов М.А., Пономарев Ю.В. Силенко П.Н. Изготовление цельнометаллических форм рельефной печати И Проблемы полиграф, и издат. дела. - 2009. - № 2. - С. 52-56. (0,44 п.л. / 0,22 п.л.)

2. Наумов В. А. Платонов М.А. Химическая обработка форм рельефной печати И Проблемы полиграф, и издат. дела. - 2009. - № 3. - С. 4046. (0,4 п.л. / 0,2 п.л.)

Статьи в отраслевых журналах и научных сборниках

3. Платонов М.А., Пономарев Ю.В. Силенко П.Н. Самые известные технологии 15-20 столетий И Вестн. МГУП. - 2009. - № 1. - С. 3035. (0,4 пл. /0,2 п.л.)

4. Платонов М.А., Пономарев Ю.В. Силенко П.Н. История шел-кографии и технология трафаретной печати // Вестн. МГУП. - 2009. - № 1.-С. 36-42.(0,3 п.л.)

Патенты и сертификаты

6. Сертификат регистрации объекта интеллектуальной собственности RU02R1RU20090003, серия SRI: Методика изготовления цельнометаллических форм рельефной печати / МЦС РИДО;Платонов М.А. (РФ); Заявл. 12.03.2009; Опубл. 10.04.2009. - С. 3. (0,2 п.л. / 0,1 п.л.)

Подписано в печать 13.05.2009. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 0.93. Тираж 100 экз. Заказ № 145/125. Отпечатано в РИЦ Московского государственного университета печати 127550, Москва, ул. Прянишникова, 2а

Введение.

Глава1. Выбор технологии изготовления формы рельефной печати.

1.1 Исходные требования к форме рельефной печати.

1.2. Формы трафаретной печати.

1.2.1 Схемы печатных аппаратов.

1.3. Параметры двухслойных форм.

1.4. Возможные варианты изготовления формы рельефной печати.

1.4.1.Травление.

1.4.2 Лазерное гравирование. Технические характеристики лазера.

Выводы по главе.

Глава 2. Различные варианты лазерного гравирования.

2.1. Методика экспериментов.

2.1.1 Пробой отверстий.

2.1.2 Гравирование одиночных линий.

2.1.3 Выборка широких линий.

2.2. Программа экспериментов.

2.3 Результаты экспериментов.

2.3.1 Пробой отверстий.

2.3.2 гравирование линий.

2.3.3 Выборка плашки.

Выводы по главе.

Глава 3. Негативные явления, возникающие при лазерном гравировании и методы борьбы с ними.

3.1 Барбы.

3.1.1 Механическое удаление барбов.

3.1.2. Термохимическая обработка формы.

3.1.3 Комбинированные способы удаления барбов.

3.2 Коробление формы.

3.2.1 Внешние проявления коробления.

3.2.2. Методика.

3.2.3 Программа.

3.2.4.0бсуждение результатов.

Выводы по главе.

Глава 4. Комбинация гравирования линий и краскоподающих каналов.

4.1. Гравирование широких печатных элементов.

4.1.1. Внутренние каналы. Чистящие импульсы.

4.1.2. Пограничные каналы.

4.2. Гравирование одиночных линий.

Выводы по главе.

На протяжении более десяти лет предприятие Н.Т.ГРАФ проводит работы, направленные на улучшение металлографского способа печати. Речь не идет о некоем количественном улучшении печатного или формного процессов. Такие работы ведутся уже как у нас, так и за рубежом. Речь идет о качественном изменении принципа подачи краски. В данном случае мы говорим об изменении принципа подачи краски на форму. И в этом случае предлагаемые технологии являются новыми способами печати.

В современном понимании способ печати имеет отношение к машине, старые термины.отражают разделение печати по технике исполнения формы. Попытка смешать эти два термина приводит к некоторому недопониманию сути вещей, поэтому лучше их не связывать. Терминология, относящаяся к до- и послепечатным процессам живет разной жизнью.

Термин способ печати сформировался 100-150 лет тому назад. Это понятие неразрывно связано с печатной машиной. Название любого способа печати имеет двойной смысл: технологический (т.е. как это печатается)- и конструкционный (особенности данной печатной машины для данного способа печати). А все остальное — нюансы: разные типы форм, красок № т.д., которые полиграфист воспринимает, объединяя вокруг печатной машины.

Форма для рельефного способа печати — своеобразная комбинация металлографской и трафаретной форм. Это металлографская форма, т.е. для глубокой печати, но имеющая каналы для подачи краски, что роднит ее с трафаретной формой. Характерные особенности формы для рельефной печати столь велики, что полностью к глубокой форме ее не отнесешь. По понятным причинам конструкционные особенности мы не обсуждаем.

Работа посвящена разработке механики изготовления цельнометаллических форм рельефной печати. Такая форма позволяет нам не только повысить тиражеустойчивость, но и реализовать на этой форме тонкую графику, как в> позитивном, так и негативном исполнении. Это позволяет рассматривать рельефную печать как аналог металлографской печати. Учитывая, что рельефная печать не имеет ограничений по применяемым краскам, открываются принципиально новые возможности по изготовлению защищенной от подделки полиграфической продукции, включая изготовление банкнот.

Цель диссертационной работы.

Целью диссертации является разработка технологии процессов изготовления цельнометаллических форм рельефной печати с тонкой графикой.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Выбран способ изготовления формы рельефной печати с помощью лазерного гравирования. Определены требования к оборудованию.

2. Определены режимы гравирования тонких металлических пластин при пробое краскоподающих каналов, гравировки одиночных и параллельных линий без учета их взаимовлияния друг на друга.

3. Исследованы негативные явления, возникающие при лазерном гравировании формы, и определены методы борьбы с этими явлениями.

4. Разработана технология изготовления цельнометаллических форм рельефной печати на основе комбинации пробоя краскоподающих каналов, гравировке одиночных и параллельных линий с учетом их взаимовлияния друг на друга.

Научная новизна

Предложено лазерное гравирование как возможная технология изготовления цельнометаллической формы рельефной печати с тонкой графикой.

Определены параметры, гравировки тонких пластин для режимов пробоя краскоподающих каналов, гравировании одиночных и параллельных линий без учета их взаимовлияния друг на друга.

Исследованы негативные явления, возникающие при лазерном гравировании и определены методы борьбы с ними.

Подобраны варианты изготовления форм рельефной печати, основанные на определенных последовательностях различных режимов лазерного равирования.

Практическая ценность.

Положения, разработанные в диссертации, используются при изготовлении полиграфической продукции уровня «А».

Положения, выносимые на защиту.

1. Лазерное гравирование как возможная технология изготовления цельнометаллической формы рельефной печати с тонкой графикой.

2. Режимы гравирования тонких пластин для пробоя каналов, изготовления одиночных и параллельных линий без учета их взаимовлияния друг на друга.

3. Негативные явления, возникающие при лазерном гравировании и методы борьбы с ними.

4. Варианты изготовления форм рельефной печати, основанные на определенных последовательностях различных режимов лазерного гравирования.

Выводы по главе

1. при изготовлении печатных элементов с широкими линиями представляется целесообразным первыми пробивать отверстия, а затем делать выборку. Последние с одной стороны разбивают барбы, с другой заваривают краскоподающие каналы, что требует прочистки каналов с количеством чистящих импульсов равным 28. Если говорить о пограничных каналах, максимально приближенных к краю изделия, то здесь существует некая оптимальная зона от 0,04 до 0,1 мм, где краскоподающие каналы не завариваются. Если отверстия находятся глубже этого интервала, то их уже можно отнести к внутренним, и количество импульсов чистящих импульсов необходимо увеличить до 30. Для получения более качественного изображения можно предложить более сложную последовательность гравировки.

2. при гравировании тонкой линии следует учитывать также и качество самой линии. В экспериментах описанных выше, при гравировании тонкой линии малой мощностью излучения (15-10 Вт) наблюдалось нарушение качества линии. Связанно это было с тем, что диаметр каналов оказывался больше ширины линии. Тем не менее на качество оттиска данный негативный эффект сильного влияния не оказывает. «Зазубренность» одиночной линии можно увидеть только при многократном увеличении. Однако в дальнейшем представляется целесообразным найти баланс между гравированием линии и пробитием краскоподающих каналов.

Заключение:

В результате проведенной работы сделаны следующие выводы:

1. Для изготовления цельнометаллических форм рельефной печати с тонкой графикой целесообразно использовать технологию лазерного гравирования.

2. Изготовление формы рельефной печати предполагает комбинацию двух или трех вариантов гравирования: пробой отверстий (краскоподающих каналов), гравирование одиночных линий, выборка широких элементов.

3. При исследовании гравирования сквозных отверстий удалось получить гарантированный пробой каналов в диапазоне мощностей 20 — 12 Вт и в диапазоне толщин пластин 0,2 - 0,5 мм. При изменении этих параметров в указанных диапазонах наблюдаются тенденции к увеличению необходимого количества импульсов при уменьшении мощности и увеличению толщины. Получены соответствующие эмпирические зависимости.

4. При исследовании гравирования одиночных линий получены соответствующие эмпирические формулы, позволяющие рассчитать глубину и ширину гравирования, в зависимости от мощности, скорости, количества проходов.

5. При исследовании выборки получена эмпирическая формула, позволяющая рассчитать глубину выборки в зависимости от скорости, мощности, шага линий, количества проходов.

6. Установлено, что барбы, представляющие собой осажденный в процессе гравировки металл, и металл формы не тронутый лазером имеют разную химическую активность (барбы активнее вступают в химическую реакцию с органическими кислотами). Данное явление используется для выборочного удаления барбов с формы. Установлены режимы термохимической обработки пластины, при которых барбы полностью удаляются, а металл формы не затрагивается.

7. В процессе лазерного гравирования в ряде случаев наблюдалось коробление формной пластины, представляющее собой сложную изгибную деформацию. Выявлены причины этого явления и способы борьбы с ним. Определены безопасные режимы гравирования.

8. Экспериментально проверены различные варианты изготовления форм рельефной печати путем комбинации двух или трех режимов лазерного гравирования. Выявлены негативные явления, связанные с взаимовлиянием этих режимов друг на друга. Определены последовательности гравирования, при которых минимизируются или полностью исключаются данные дефекты. Установлена вся технологическая цепочка изготовления цельнометаллических форм рельефной печати с тонкой графикой.

1. Алексеев, Г. А. Теория проектирования и расчета схем красочных аппаратов машин высокой и плоской печати: автореф. дис. доктора тех. наук/ Г.А. Андреев. - Рыбинск, 1980. - 18с.

2. Андреев, Ю.С. Латентные изображения на основе стохастических растровых структур/ Ю.С Андреев, А.А. Шевелев // Известитя вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2009. - №1. — С.15 - 16.

3. Бендат, Д. Применение корреляционного и спектрального анализа/ Д. Бендат, А. Пирсол. М.: Мир, 1983. - 312 с.

4. Бутыркин, П.А. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе Lab VIE W / П.А. Бутыркин. Т.А. Васьковская, В.В. Каратаев, С.В. Материкин. — ДМК, 2005. —264с.

5. Гусман, Г. О книге / Г. Гусман. М.: Книга, 1982. - 109с.

6. Справочник / О.А. Геращенко, А.Н. Гордов, В.И. Jlax // Температурные измерения. Киев: Наукова думка, 1984. - 494с.

7. Гордов, А.Н. Актуальные задачи современной термометрии /А.Н. Гордов, И.Е. Добровинский, В.И. Лах // Приборы и системы управления. -1980, № 2. С. 13-19.

8. ГОСТ 4403-91. Ткани для сит из шелка и синтетических нитей. Общие технические условия. Введ. 1993 - 01 - 01 - М. Госстандарт России : Изд-во стандартов, 2001 - IV, 18с. : ил; 29см.

9. Зоткин, С.Ф. Трафаретная печать/ С.Ф. Зоткин, Э.Я. Калнинь. М.: Книга, 1965.- 136с.

10. Иванов, А.Ю. Методы поиска оптимальных решений при определении параметров формной техники / А.Ю. Иванов. — М.: Книга, 1986. -16с.

11. Каратыгин, М.К. Технология полиграфического машиностроения / М.К. Каратыгин. М.: Книга, 1967, - 101с.

12. Каякии, Н.А. Световые приборы / Н.А. Карякин. М.: Высшая школа, 1975. - 196с.

13. Корсаков, B.C. Основы технологии машиностроения / B.C. Корсаков. М.: Высшая школа, 1974.-325с.

14. Котик, М.М. Исследование графической точности воспроизведения изображений при печатании с рельефных резиновых форм: дис. канд. тех. наук / М.М Котик. Москва, 1969. - С. 58 - 59.

15. Кочкин, Д.Н. Отделка хлопчатобумажных тканей / Д.Н. Кочкин //Легкая промышленность, М.: Легкая индусртия, 1969 - 432с.

16. Краткая химическая энциклопедия / Ред. кол. И. Л. Кнунянц (отв. ред.) н др. // т. 2. Ж Малоновый эфир. - М.: Советская энциклопедия, 1963 -615с.

17. Литунов, С.Н. Методы расчета печатных аппаратов трафаретных машин / С.Н.Литунов. Омск: изд-во ОмГТУ, 2007. - 232 с.

18. Литунов, С.Н. История развития трафаретной печати / С.Н. Литнов, С.А. Щеглов. Новосибирск: Изд-во ЗАО «НовоПолиграфЦентр». -№1. -2005.-е. 10-13.

19. Лыков. Д.В. Теория сушки / Д.В. Лыков. М.: Энергия, 1968.471с.

20. Матлин, Е.Н. Развитие специальных видов печати / Е.Н. Матлин, С.Н. Торговник // Полиграфия. -1970. №8. - с. 26-27.

21. Мельников, Ю.Ф. Светотехнические материалы / Ю.Ф. Мельников. М.: Высшая школа, 1976. - 150с.

22. Мешков, В.В. Осветительные устройства / В.В. Мешков, М.М. Епанишников. М.: Энергия, 1972. - 368с.

23. Мил, JI.Jl. Экспериментальная проверка теории распределения краски // Печатные краски и цвет /Пер. с англ. М.: Книга, 1964. - С. 88 — 90.

24. Наумов, В.А. Введение в кинетику процессов травления печатных пластин / В.А. Наумов. М.:Изд-во МГУП, 2000. - 474с.

25. Наумов, В.А. Химическая обработа форм рельефной печати / В.А. Наумов, М.А. Платонов // Проблемы полиграфии и издательского дела. — М.: МГУП, 2009. №

26. Немировский, Е.Л. Мир книги. С древнейших времен до нач. 20 века /Е.Л. Немировский. М.: Книга, 1986. - 288с.

27. Немировский, Е.Л. С книгой через века и страны / Е.Л. Немировский, Б.С. Горбачевский. М.: Книга 1964г. - 377с.

28. Основы трафаретной печати / Семюель Ингрем // Пер. с англ, под ред. М. Бредиса и С. Вартаняна. М.: МГУП, 2004.- 186 с. - ISBN 5-81220333.

29. Платонов, М.А. Самые известные технологии 15-20 столетий / М.А. Платонов, Ю.В. Пономарев, П.Н. Силенко // Вестник МГУП. 2009. -№1,. - С.

30. Платонов, М.А. Изготовление цельнометаллических форм рельефной печати / М.А. Платонов, Ю.В. Пономарев, П.Н. Силенко // Проблемы полиграфии и издательского дела. М.: МГУП, 2009. - №2. — С.

31. Платонов, М.А., История шелкографии и технология трафаретной печати / М.А. Платонов, Ю.В. Пономарев, П.Н. Силенко // Вестник МГУП -М.: МГУП, 2009. №1. - С.

32. Пономарёв Ю.В., Платонов С.Н. Патент №2331522 «Печатная форма с сообщенными печатными элементами и способ печати с ее использованием».

33. Полянский, Н.Н. Основы полиграфического производства / Н.Н. Полянский. М.: Книга, 1991. -256 с.

34. Попрядухин, П.А. Технология печатных процессов / П.А. Попрядухин. М.: Книга, 1968. - 360 с.

35. Прыгунов, А.И. Компьютерные технологии и математика на рубеже веков: итоги и перспективы / А.И. Прыгунов И Вестник МГТУ. М.:МГТУ, 2001.-№ 1.- С 23-30.

36. Рекламный проспект компании Stork,

37. Рекламный проспект компании Gallus

38. Рекламный проспект компании Telstar Engineering

39. Сажнн, Б.С. Основы техники сушки / Б.С. Сажин. М.:Химия, 1984.-319с.

40. Сита технические тканые. ЗАО Рахмановский шелковый комбинат.: б.и., б.г.

41. Смуров А.Ю. Трафаретные формы для ротационной печати Stork Screen B.V. Электронный ресурс.-режим доступа: http:W.W.W.ITRACO.RU

42. Сорокин, Б. А. Трафаретная печать / Б.А. Сорокин // Учеб. пособие под ред. О. А. Крикуновой. М.: МГУП, 1999. - 80 с. - ISBN 5-8122-0117-х.

43. Современная трафаретная печать / JI.A. Бригинец, Р.И.Клечак, В.М. Тремути и др. М.: Книга, 1975. —69 с.

44. МКИЗ D41C 1/14 Щеглов С,А., Грибановский Б.Ф., Вдовин В.М., Ченцова О.М., Агеев Н.В, Гусев A.M. (СССР). 3 е.: ил.

45. Справочник по производственному контролю в машиностроении / Под ред. А.К. Кутая. JI.Машиностроение, 1969. - 632с.

46. Трембач, В.В. Световые приборы / В.В. Трембач. М. Высшая школа, 1975.-206с.

47. Тюрин, А.А. Обзор развития красочных аппаратов плоскопечатных машин высокой печати / А.А, Тюрин. М.:МПИ,1948. - № 1.- 155с.

48. Тюрин, А.А. Печатные машины / А.А, Тюрин. — М.: Книга, 1966.-459с.

49. Тюрин, А.А. Печатные машины-автоматы / А.А. Тюрин. — М.: Книга, 1980. 416с.

50. Успенский, Ф.И. История Византийской империи / Ф.И. Успенский. -М.: Астрель, 2001.-360с.

51. Феодосьев, В.И. Сопротивление материалов / В.И. Феодосьев. -М.: Наука. 1979. 560с.

52. Хведчин. Ю.И. Исследование краскопередающих групп машин высокой и офсетной печати: автореф. дис. канд. тех. наук / Ю.И. Хведчин -Москва, 1962. 15с.

53. Шахкельдян. Б.Н. Физико-механические свойства печатных красок и явление невращения / Б.Н. Шахкельдян // Науч. труды МПИ, сб. IV, Москва, 1956.- 124с.

54. Щепина, Н.С. Основы светотехники / Н.С. Щепина. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 343с.

55. Энциклопедия по печатным средствам информации. Технологии и способы производства / Гельмут Киппхан; Пер. с нем. М.: МГУП, 2003. —

56. J. Fox, М F J Bohan, Т С Claypole and D Т Gethin Film thickness prediction in halftone screen-printing. Proc. Instn Mech. Engrs Vol. 217 Part E: J. Process Mechanical Engineering, 2003. p. 345-359.

57. Huner, B. Effects of in-plane permeability in printing screens.lnt. J. Hybrid Microelectronics, June 1990,13(2), 350.

58. Riemer, D. E. The direct emulsion screen as a tool for high resolution thick film printing. Electronic Component Conference Proceedings, 1971, 463-467,Washington, DC, USA.

59. Silenko P.N. Imprimerie. Lithographie. Offset. Bamako. 1986.60. http://www.shelkotrafaret.narod.ru/article.htm61. http://bse.sci-lib.com/article096183.html1280c.