Computer to Plate Technologie

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1 Computer to Plate Technologie Holger Zellmer HTWK Leipzig Symposium Platte & Papier, HdM Stuttgart

2 Gliederung Gliederung 1. Motivation 2. Das Computer to Prinzip 3. Komponenten 4. Abbildungseigenschaften 5. Zusammenfassung & Ausblick 2

3 1. Motivation Kurzbeschreibung des Wirkprinzips Feuchtmittel perlt von druckenden Bereichen ab. Aufgrund von Trägheitskräften verbleiben kleine Tropfen, die in die Druckfarbe emulgieren. Feuchtmittel spreitet auf Alu und bildet geschlossenen Film Druckfarbe bildet geschlossenen Film auf Kopierschicht Druckfarbe perlt von Feuchtmittelschicht ab und verbleibt auf Farbwalze. Rückspaltung. 3

4 1. Motivation Oberflächenspannung Zwischen den Molekülen wirken anziehende Kräfte mit kurzer Reichweite Molekül an der Oberfläche: Oberhalb fehlen Moleküle und deren anziehende Kräfte. Es verbleibt eine Kraft senkrecht zur Oberfläche Molekül im Inneren der Flüssigkeit: Alle Kräfte heben sich im Mittel auf. Um ein Molekül an die Oberfläche zu Bewegen muss gegen eine Kraft angearbeitet werden. Folglich muss Energie aufgewendet werden. σ : W = σa J 2 m = N m Die Oberflächenspannung oder spezifische Oberflächenenergie σ gibt an, welche Energie nötig ist, um 1 m 2 Oberfläche zu erzeugen. 4

5 1. Motivation Polarer und dispersiver Anteil der Oberflächenspannung Polarer Anteil Ursache: Wasserstoffbrückenbindung. Elektronegatives Atom (Sauerstoff, Fluor, Stickstoff) ist an Wasserstoff kovalent gebunden. Durch unterschiedliche Elektonegativität bilden sich zwei Teilladungen, H positiv geladen polare Bindung. Zeigt H in Richtung eines freien Elektronenpaares H-Brückenbindung Thomas Splettstoesser GNU-Lizenz für freie Dokumentation Dispersiver Anteil Ursache: van der Waals WW genauer: Londonsche Dispersionswechselwirkung. Ladungsdichte der Elektronenwolke hat gewisse Unschärfe Schwerpunkt liegt zu einem Zeitpunkt mit gewisser Wahrscheinlichkeit außerhalb des Atomkerns Dipol Kommen sich zwei unpolare Moleküle lange genug nahe, gehen sie eine elektrostatische WW ein da die Dipolmomente sich synchronisieren

6 1. Motivation Adhäsion und Kohäsion Kohäsion: Beim Teilen einer Flüssigkeit entstehen 2 neue Oberflächen. Energie wird benötigt. W K = 2σ Adhäsion: Beim Teilen zweier Flüssigkeiten entstehen 2 neue Oberflächen. Energie wird benötigt. Die Grenzfläche verschwindet, Energie wird frei. W A = σ + 1 σ 2 σ12 6

7 1. Motivation Modell des Offsetdrucks nach Padday W W W ( d, w) W ( w) A < A A K ( d, f ) W ( f ) K ( n, w) W ( w) K Druckender Bereich Feuchtmittel Druckender Bereich Farbe Nichtdruckender Bereich Feuchtmittel W ( n, w) W ( w) > W ( f, w) W ( f ) A K A < Feuchtmittel auf nichtdruckendem Bereich Farbe K d n w f druckender Bereich nichtdruckender Bereich wässrige Phase, Feuchtmittel ölige Phase, Farbe 7

8 1. Motivation Positiv und Negativkopierschichten Positivvorlage Negativvorlage Chem. Reaktion Belichtete Stellen werden löslich Belichtete Stellen werden unlöslich Offsetdruckplatte nach der Entwicklung 8

9 2. Das Computer to... Prinzip Gliederung 1. Motivation 2. Das Computer to Prinzip 3. Komponenten 4. Abbildungseigenschaften 5. Zusammenfassung & Ausblick 9

10 2. Das Computer to... Prinzip Das Computer to Plate Prinzip Informationsspeicher in der Druckvorstufe (Filme, Druckformen) sind i.d.r. lichtempfindlich Lichtmenge muss ortsaufgelöst aus dem digitalen Datenbestand gesteuert werden Zerlegung der Druckplatte in Pixel, für die jeweils einzeln die Lichtmenge gesteuert werden kann Licht Kein Licht Forderungen: Einzelne Pixel sollen aus normaler Entfernung nicht sichtbar sein Hohe Auflösung > 1200 dpi An den belichteten Stellen muss fotochemischer Prozess ablaufen Genügend Energie, passende Wellenlänge 10

11 2. Das Computer to... Prinzip Spektrale Empfindlichkeit von Positivplatten Relative Empfindlichkeit [%] bezogen auf das Empfindlichkeitsmaximum der jeweiligen Schicht Wellenlänge λ [nm] Platte A Platte B (Grafik erstellt nach Daten aus Pietzsch, Dolezalek: Druckformherstellung Offset, Polygraph Verlag) 11

12 2. Das Computer to... Prinzip Spektrale Leistungsdichte verschiedener Lichtquellen Diodenlaser 405 nm Diodenlaser 670 nm Diodenlaser 830 nm Empfindlichkeitsbereich der Offsetdruckplatten nm (Quelle: LOT Oriel auf 12

13 2. Das Computer to... Prinzip CtP-Verfahren im Überblick CtcP CtP UV-Strahlung Fotochemisch VIS-Strahlung Fotochemisch Konventionelle Platten Hybridplatten Silberhalogenid Fotopolymer Thermisch vernetzend Thermotransfer NIR-Strahlung Fotothermisch Thermisch löslich Ablativ Prozesslos Phasenwechsel 13 Umkehrbare Polymere

14 3. Komponenten Gliederung 1. Motivation 2. Das Computer to Prinzip 3. Komponenten 3.1 Scannersysteme 3.2 Lichtquellen 3.3 Modulatoren 4. Abbildungseigenschaften 5. Zusammenfassung & Ausblick 14

15 3. Komponenten Komponenten für CtP-Systeme Lichtquelle Emissionsspektrum und Leistung auf verwendetes Platten Material abgestimmt Modulator Steuerung der Lichtintensität am Ort der einzelnen Pixel Abbildungsoptik & Ablenkeinheit Bestimmt Bauform des Belichters ~ 15

16 3.1 Scannersysteme Außentrommelbelichter Fokussieroptik Slow-Scan Laser/Laserarray Eigenschaften: Fast-Scan-Linien Trommel Druckplatte Drehzahl 600 bis 1200/min Kurze Brennweite d. Fokussieroptik möglich Ein Kanal mit hoher Leistung (LAMS, Gravur) oder viele Kanäle mit geringer Leistung (Thermobelichter) 16

17 3.1 Scannersysteme u Innentrommelbelichter α Öffnungswinkel Spinner Slow-Scan Fokussieroptik Eigenschaften: Drehzahl bis /min Lange Brennweite d. Fokussieroptik erforderlich Hohe Strahlqualität des Lasers Druckplatte/Film Laser Fast-Scan-Linien 17

18 3.1 Scannersysteme Flachbettbelichter UV-Lampe Slow-Scan DMD-Chip Abbildungsoptik Fast-Scan Druckplatte Eigenschaften: Zusammensetzen d. belichteten Fläche aus vielen Teilstücken Kontinuierliche oder schrittweise Bewegung des Belichterkopfes Kein Laser erforderlich, UV- Belichtung mit Lampe Sehr große Flächen möglich (CtS-Anlagen bis 3 x 8 m) 18

19 3.1 Scannersysteme Kapstanbelichter Polygonspiegel f-theta-optik Laser Eigenschaften: Drehzahl typ /min Hoher Filmdurchsatz (Rollenware) Lange Brennweite d. Fokussieroptik Aufwändige F-Theta-Optik muss Tangensfehler ausgleichen Hohe Strahlqualität des Lasers θ d Fast-Scan-Linien Film/Druckplatte Capstan-Welle Slow-Scan F F = d tanθ 19

20 3.2 Strahlquellen Inkohärente Lichtquellen: Metalldampflampen Quarzglaskolben Anode (+) dick, rund Kathode (-) dünn, spitz Metalldampf- Edelgas-Gemisch Lichtbogen 20

21 3.2 Strahlquellen Metalldampf-Halogenlampen Fotos: Osram 21

22 3.2 Strahlquellen Eigenschaften inkohärenter Lichtquellen spektral breitbandig UV-VIS-IR ungerichtete Emission großes Strahlparameterprodukt q schlecht fokussierbar hohe Leistung Divergenzwinkel θ bzw. Winkel, der von der Optik erfasst werden kann θ Beliebige Optik 2w Strahlparameterprodukt q = w θ = const Leuchtende Fläche Durchmesser 2w 22

23 3.2 Strahlquellen Kohärente Lichtquellen: Laser Bestimmte Wellenfronten reproduzieren sich nach jedem Umlauf stehende Wellen im Resonator. Lichtwellen, die nicht zum Resonator passen, interferieren destruktiv und werden nach einigen Umläufen ausgelöscht. Auskoppelspiegel (teildurchlässig) Aktives Medium. Verstärkt Licht bei bestimmten Wellenlängen. Dazu muss Energie wird von außen zugeführt werden. Hochreflektierender (HR) Spiegel 23

24 3.2 Strahlquellen Das Laserprinzip 4 Anregungsprozess Pumpen 3 hν =E 4 -E 1 Laserprozess 2 1 hν =E 3 -E 2 24

25 3.2 Strahlquellen Faserlaser Pumplicht Aktive Faser Laserstrahlung HR Spiegel Koppeloptik Auskoppler Kollimator Wellenlänge [µm] 0,7 0, F5/2 2 F7/2 850 Yb 3+ -Termschema g f e d c b a 25

26 3.2 Strahlquellen Diodenlaser Undotierter Halbleiter p-dotiert n-dotiert Energie L V L: Leitungsband V: Valenzband 26

27 3.2 Strahlquellen Aufbau der aktiven Zone Homojunction Heterojunction p-leiter n-leiter p-gaalas GaAs n-gaalas E c d E Fn E c E B d E Fn F n F p F n F p E E v Fp E E v Fp E B 27

28 3.2 Strahlquellen Confinement Current Confinement Optical Confinement Carrier Confinement 28

29 3.2 Strahlquellen Halbleiterlaser, Laserdioden 0,5 mm Aufbau einer Laserdiode Aus: CLEO Conference Digest 1990 Aufbau einer Laserdiode Aus: Toshiba Datenblatt TOLD

30 3.2 Strahlquellen Halbleiterlaser, Laserdioden 9 mm Can Butterfly 5 mm Can 30

31 Laserdioden-Barren Halbleiterlaser, Laserdioden 31 Foto: Ferdinand Braun Institut Berlin

32 3.2 Strahlquellen Wellenlänge λ [nm]materialsystem Leistung Anwendung 830 GaAs, AlGaAs 200 mw sm* Für thermische 4 W mm Druckplatten 670 InGaAlP 100 mw sm Für Silberhalogenid basierte Platten und Filme 430 GaN 30 mw sm Für spezielle, empfindliche Fotopolymere 405 GaN 120 mw sm Für Fotopolymere und konventionelle Druckplatten bei entsprechend angepasster Sonstige Laser: Belichtung 1060 Faserlaser 100 W sm LAMS, Gravur 10,6 µm CO 2 > 1 kw sm Gravur 32 * sm= single mode, beste Strahlqualität, mm = multimode Quellen:

33 3.2 Strahlquellen Laserdioden-Zeile oder externe Modulation? 33

34 3.3 Modulatoren Akustooptischer Modulator AOM Ultraschall-Absorber Λ Eingangsstrahl Schallwelle mit Frequenz Ω erzeugt opt. Dichteänderung mit Periode Λ φ φ Modulierter Strahl Bragg-Reflexion RF-Quelle Frequenz Ω Amplitudenmoduliert Ultraschall-Kopf Strahlfalle 34

35 3.3 Modulatoren Mikro Elektromechanische Systeme MEMS 35

36 3.3 Modulatoren Mikro Elektromechanische Systeme MEMS Grating Light Valve GLV 36

37 3.3 Modulatoren Einsatz eines GLV im Offsetbelichter 1: Laserdiode 6: λ/4-platte 4: Polarisator (optional) 7: Mikrolinsenarray 5: Polarisationsstrahlteiler 8: Spiegelzeile 37

38 3.3 Modulatoren Mikro Elektromechanische Systeme MEMS Digital Light Processor DLP Fläche mit 768 x 1024 einzelnen Spiegeln ein Haar zum Größenvergleich Einzelspiegel aus der Fläche herausgelöst dargestellt. Diagonale des Bildfelds ca. 14 mm Pitch (Abstand der Spiegel): 13,6 µm Spiegel Jeder Spiegel ist auf einer kleinen Stütze angebracht und ist einzeln durch elektrostatische Kräfte beweglich. Je nach Stellung spiegelt er das Licht entweder auf die Druckplatte oder ins Nichts. Bilder: 38

39 3.3 Modulatoren Offsetplattenbelichter mit DLP Das Herzstück: DLP von Texas Instruments Objektiv Kurzbogenlampe mit elliptischem Reflektor Kollimator Bild Lightpipe zur räumlichen Homogenisierung d. Lichts Umlenkspiegel 39

40 3. Komponenten Gliederung 1. Motivation 2. Das Computer to Prinzip 3. Komponenten 4. Abbildungseigenschaften 5. Zusammenfassung & Ausblick 40

41 4. Abbildungseigenschaften Abbe sches Auflösungskriterium Ernst Abbe α d Merke: Je besser die Auflösung, desto größer die Apertur der Optik desto kleiner die Schärfentiefe Ernst-Abbe-Denkmal vor der Friedrich-Schiller-Universität Jena 41

42 4. Abbildungseigenschaften Konzepte für Punktformen: Rund oder Quadrat? 10 µm Direktbelichtung Strahlprofil des Lasers wird verkleinert abgebildet 10 µm Abbildendes System Eckige Belichterpunkte kleine Strukturen in den Ecken hohe Auflösung erforderlich 42

43 4. Abbildungseigenschaften Auflösung & Adressierung Auflösung: Adressierung: Kleinste Positiv und Negtivlinien, die gleichzeitig wiedergegeben werden Angabe in µm oder LP/mm Abstand zwischen zwei benachbarten Belichterpunkten Angabe meist in dpi In der Regel gilt Auflösung Adressierung Problem: Wie erreiche ich für gegebene Adressierung die beste Auflösung? 43

44 4. Abbildungseigenschaften Optimierung von Punktgröße und Adressierung Punktdurchmesser 2w Adressierung a 44

45 4. Abbildungseigenschaften Ausgabe von Druckdaten Echte Halbtöne (Nur auf dem Monitor!) Darstellung aus reinem S/W Mittlerer Tonwert als Schwellwert genommen 45 Bildquelle:

46 (Fast-Scan) CtP-Technologie 4. Abbildungseigenschaften Aufbau der Rasterpunkte Pixel Rasterpunkt Laserlinie Rasterzelle Rasterweite 46 Aus: H. Wadle: Einführung in die Rastertechnologie, Heidelberger Druckmaschinen AG

47 4. Abbildungseigenschaften AM-Raster AM-Raster bieten sich an, wenn das Ausgabegerät eine sehr hohe Auflösung ( 2500 dpi) hat. Bei geringer Auflösung kommt es zu Tonwertverlusten oder Detailverlusten Bildquelle: 47

48 5. Zusammenfassung & Ausblick Zusammenfassung Die Oberfläche von Offsetdruckplatten wird über photochemische Prozesse modifiziert Wellenlänge und Energie der Lichtquelle muss an verwendetes Plattenmaterial angepasst sein Grundsätzlich benötigt werden Lichtquelle, Modulator und Scannersystem Scanner bestimmt Bauform Modulator bestimmt Belichterpunktform Belichterpunkt muss auf Adressierung des Belichters abgestimmt sein 48

49 5. Zusammenfassung & Ausblick Ausblick Steigende Leistung der Belichter erlaubt chemiefreie Druckplatten (Verlagerung von chemischen zu physikalischen Prozessen) UV Laserdioden und andere UV-Lichtquellen erlauben die Verarbeitung konventioneller Druckplatten 49

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