حفر رولات الأنيلوكس السيراميكية (رولات الشبك) بالليزر

حفر رولات الأنيلوكس

عندما أصبحت تقنية الليزر الليفي ذات الاستطاعة التي تصل إلى 100 واط متوفرة صار بالإمكان تطوير أنظمة حفر الرولات بتقنيات جديدة .في بدايات هذا التطور في عام 2002 كانت معدلات الشبك الممكنة تتراوح بين 160 خط بالسم (406 cpi) حتى 500 خط بالسم (1270 cpi) .وقد أصبح حفر رولات الشبك ممكنا بشكل كامل عندما تمت التطويرات الحديثة لمصادر الليزر ذات الاستطاعة من 800 – 1000 واط والتي تتميز بشعاع ثابت ذو جودة عالية.وقد قامت بعض الشركات العالمية في الوقت الحالي بتسليم وتنصيب منتجاتها المتكاملة عند الزبائن. وهناك طلب متزايد على هذه الأنظمة مما يعني أن عددا من هذه الأنظمة سيتم تبنيها من قبل الزبائن وحسب احتياجاتهم من أجل أنظمة الحفر على رولات الأنيلوكس .

تاريخ تقنية الليزر الليفي

حصل العديد من التطورات الملحوظة من ظهور الليزر الليفي في مجال حفر رولات الأنيلوكس وتم تحقيق خطوتين مهمتين في هذا المجال . الأولى هي توفر أشعة الليزر ذات الطاقة العالية من غاز CO2 . وقد أصبح بالإمكان التحول من الحفر السطوح السيراميكة بالطرق المكانيكية الكهربائية إلى الحفر باستخدام ليزر الCO2 بعد ظهوره في عام 1980 .

يمكن تغليف رولات الأنيلوكس النحاسية أو الفولاذية بطبقة من الكروم من أجل زيادة المقاومة للاهتراء وبكل الأحوال فهذه السطوح لا يمكن أن تصل إلى استقرار السطوح السيراميكية كما أن الحفر بالليزر يعطي سطوحا ذات تطابق ودقة أعلى و يعطي سطوحا أنعم .

الخطوة المهمة الثانية هي بداية الألفية الجديدة وتوفر مصادر الليزر الليفي للتطبيقات الصناعية. وعلى عكس السنوات السابقة عند استخدام الأنظمة القديمة قامت هذه الأنظمة منذ البداية باستبدال مصادر أشعة الليزر CO2 مع التطويرات الحديثة لليزر الليفي والذي يدعى أيضا بالليزر الحراري .

إحدى ميزات تقنية الليزر الليفي مقارنة مع مصادر الليزر الأخرى هي القدرة على التحكم في طاقة الخرج مع بارامترات شعاع ثابتة.ومصادر أشعة الليزر الليفية المتوفرة حاليا لها نفس طاقة الطيف لدى أشعة ليزر الCO2 وطاقة الشعاع مستقرة بشكل أكبر وذات جودة أكبر .

تطبيقات الحفر بالليزر

عملية حفر الرولات السيراميكية ليست عملية انتزاع جزئيات نظيفة كما يظهر للوهلة الأولى , فمن خلال تدفق النبضات الليزرية و التركيز الضوئي على المشغولة ينتج زيادة كبيرة في الطاقة مما يؤدي إلى حرارة عالية جدا في منطقة التركيز يؤدي إلى تبخر معظم المواد . وتعتمد كفاءة عملية انتزاع الجزيئات على مستوى امتصاص طول الموجة الليزرية وعلى نقطة انصهار المادة. في حال امتصاص المادة لطاقة كافية من سطح المشغولة يمكن أن يتم تجاوز نقطة الانصهار و تنصهر المادة مع عملية انتزاع الجزيئات .

خلال عملية حفر رولات الأنيلوكس السيراميكية عالية الجودة فإن عملية نقل البكسلات الرقمية إلى سطح الطباعة السيرامكية تقوم بخلق حدود انصهار للخلايا في حالة خلايا الطباعة كما تحصل تمزقات غير مرغوب بها. وهذا يؤثر على مظهر حدود الخلايا ودقة وتطابق الحفر المطلوب مما يؤدي على الأقل إلى التأثير على مستوى جودة الحفر .

تقنيات الحفر بالليزر

يتم تصميم واستخدام العديد من المواد حسب التطبيقات المطلوبة بحيث تتم عملية انتزاع الجزيئات بدون انصهار. والعملية نفسها هي في تحويل المادة الصلبة إلى بودرة يمكن انتزاعها بالشفط . وتختلف هذه العملية في عمليات الحفر على الرولات السيراميكية المغطاة بسبب وجود بودرة السيراميك بالإضافة إلى بقايا السيراميك المصهور على حدود الخلايا. هذه الظاهرة هامة جدا في الرولات السيراميكية لأن بقايا السيراميك المصهور على حدود الخلايا يؤدي إلى توليد الكورونا ذات مقاومة كبيرة للاهتراء والتي تؤدي إلى زيادة عمر الرولات السيراميكية . وعند النظر على سطح الكورونا تحت المجهر نلاحظ وجود بنية ذات حبيبات سيراميكية زجاجية مضغوطة (الشكل 1 ).

إضافة إلى تشكيل حدود الخلايا من السيراميك المصهور فإن هندسية الخلية يتم تشكيلها من خلال توزيع الطاقة حسب هندسية شعاع الليزر . ومقارنة مع أغلب مصادر الليزر الأخرى فإن الشعاع الليزري المولد من الليزر الليفي لديه منحنى توزيع طبيعي مثالي (منحني غاوص) ويدعى بوحيد النمط (الشكل 2 ).

شعاع الليزر المتعدد الأنماط والذي نحصل عليه من أنواع الليزر ذات الطاقة العالية القديمة لا يعطي توزيع متجانس للطاقة . وهذا هو السبب الذي يجعل توزيع الطاقة الغاوصي ذو شدة أعلى في نقطة التركيز للشعاع الليزري. وهذا يؤدي إلى الحصول على حرارة عالية في نقطة التركيز و يؤدي إلى الحصول على عملية ذات كفاءة عالية .

تشكيل الخلايا

بما أن شكل شعاع الليزر الفعال دائري و يمتلك توزيع غاوصي لمنحني الطاقة فالسؤال الذي يواجهنا كيف يمكن الحصول على شكل خلية سداسي.كما تم الذكر مسبقا فإن عملية إعادة الصهر للسطوح السيراميكية هي ظاهرة واضحة في حفر المواد السيراميكية .يتم توليد الخلايا من خلال تشكيل خط محيطي للخلية ومن ثم خط محيطي اخر وهكذا. بحيث أن الخلية المشكلة حديثا سوف تتلامس مع ثلاث خلايا من خط المحيط السابق . يقوم السيراميك المصهور بالضغط على الخلايا ذات خط المحيط السابق مما يؤدي إلى تشكل جدار للخلية .

عملية قولبة خلية ذات زوايا (الشكل 3) تتم من خلال عملية دمج مستمر لحدود الخلايا وتدعى هذه العملية بعملية إعادة الصب ، وينتج هيكل الخلية السداسي من شكل جانبي لتشكيل الخلية يتبع شكل توزيع الطاقة لشعاع الليزر والذي يكون مشابها لشكل القلنسوة .ظروف التطبيقات لها مزايا عديدة وذلك لامتلاك الهيكل السداسي و عمليات تشكيل رولات الأنيلوكس هندسية خلايا قياسية. الشبكة السداسية تمتلك أكبر كثافة خلايا وبما أن عدد الخلايا الكبير وبالتالي عدد الجدران الكبير له سلوك قريب من الزجاج فهو يعطي أفضل النتائج الناجحة .

نظرة مستقبلية