基于激光微雕的亚纳米精细烫印技术.pdf

技术专题Technology&Application基于激光微雕的亚纳米精细烫印技术本研究采用激光微雕制版取代光刻机光刻制版，并借助于相机视觉的定位校正技术，实现了打标过程中工件的自动定位，降低了激光制版过程中工件定位的繁琐程度。该工艺为烟包、酒包等对工艺要求较高的产品提供了新的应用解决方案。深圳市裕同包装科技股份有限公司廖立瑜镭射全息光刻信息材料以其优越的光学特性、视觉效果、应用适性等在烟包、酒包、化妆品、日化等印刷包装领域广泛应用，已成为国内外各大科研院所及企业大力投入开发的重要技术领域。本项目采用激光微雕制版取代光刻制版过程，使用普通烫印箔作为转移膜。其主要区别在于，光刻制版的纹理是通过母版压印呈现在全息烫印箔上，然后再通过烫金版定位压印转移到纸张等承印物上；而激光微雕制版是将全息纹理直接呈现在烫金版上，通过微雕版将普通烫印膜压印转移到纸张等承印物上，采用三步法即可呈现全息防伪光学效果。激光微雕制版的三步法具体内容是：第一步，微雕文件制作，即精细烫印文件的设计制作；第二步，微雕版的制作，使用激光设备将精细烫印文件雕刻在钢板上，形成精细纹理；第三步，再现烫印压纹，使用微雕版作为烫金版完成电化铝的转印。微雕文件制作亚纳米精细烫印技术通过结合光的干涉、衍射等技术原理，利用光学算法和光栅成像原理，先在烫金版上刻制出精细线条，再在此基础上于烫金版上雕刻形成表面凹凸不平的光栅槽，基本原理还是结合电化铝的光学反射、折射、衍射实现图像的光学变化。因此，微雕文件制作的关键是把常规的图文元素转变成由精细线条组成的文档。其基本步骤包括：1）使用AI或PS软件将图文元素制作成有阶调明暗层次变化的图档，并根据明暗层次建立不同的图层选区（如图1所示）。2）对所有图层选区进行线条填充，不同的图层以不同角度的平行线条填充（如图2 所示），线条与线条之间的间距一般设置为0.03mm，描边大小为0.0 15mm;填充完毕后保存为AI文件即可。微雕版的制作激光微雕制版的关键在于烫金图1图层选区示例图2 微雕文件线条填充示意3812023年第3 期印刷工业Technology&ApplicationI技术专题使用游标卡尺测量工件上雕刻图案的上下内边界到工件凸台边界的距离，测量结果如图6 所示。图中整个银灰色的部分为钢块工件，中间为凸台部分，因为设置的凸台尺寸与微雕图案的尺寸大小一致，如果a)待定位工件图3 工件定位效果b)定位矫正效果定位打标准确的话，则a与b的值、C与d的值应无限接近，即微雕图案完全居中地雕刻在钢块凸台上。图6 测量的是工件上微雕图文外框边缘到工件凸台边界的距离，经过测 量，a=1.96mm、b=1.94m m、C=1.97mm、d=1.95m m，即上下左右存在一定的大小边，但误差仅为0.0 2 mm，在允许的容差范围内。再现烫印压纹从原理上来看，激光微雕技术属于一种精密雕刻制版技术，也是一种精细烫印技术，但又不同于传统的凸烫版与激光微雕版的制作技术与烫印工艺。传统的凸烫版只是利用雕刻机制作具有一定高度差的图文烫金版，形成的凸台不具有精细纹理特征。而激光微雕的纹理线条宽度最小可以做到0.0 15mm，在一定程度上可以达到全息光刻的精度。在制作好微雕版后通过烫印模压设备转移到承印物上，以再现烫a)激光雕刻工件图4定位制版效果a）全图图5微雕图案版上烫印位置的定位，即保证全息微雕信息准确定位在烫金版的中心位置。针对精密工件的定位，这里选择相机识别工具，对钢块左右两边圆孔和中间矩形块的图像进行采集，再结合位置与透视角度进行计算校正。定位校正效果如图3 所示。图4a中的红色指示光为激光微雕软件中标刻图案的外框位置，通过视觉定位系统，将需要标刻的b)正确定位后的打标效果b）局部图案正确、完全居中地雕刻在工件凸台上面。图4b所示为进行视觉正确定位后的打标效果，可以看出，激光微雕在工件表面图案的外框刚好处于加工件凸台的边缘位置，表明从主观上判断标定识别准确。为了测定定位误差，在标刻软件中设计如图5所示的微雕图案（线条间距为0.0 15mm，间距为0.0 3 mm）。对钢块工件进行定位打标后，印纹理，呈现最终的特殊视觉效果。烫印模压转移工艺流程如图7所示。从原理上来说，激光微雕版转移属于烫印工艺的进阶版本，需要采用两步法完成。第一步，使用激光微雕版或相同尺寸的平烫版将镀铝光刻电化铝直接烫印在承印物上。这一步类似于传统烫压纹工艺，烫印效果的实现是直接利用烫金版在一定温度压印刷工业2 0 2 3 年第3 期月13 9技术专题！Technology&Application要电化铝，但需要保证烫金版、纸钢块工件结语针对全息光刻制版周期长且烫凸台a定位孔图6 定位误差测量示意制版装版图7 烫印模压转移工艺流程图8 第二次烫印转移的效果，两种角度呈现不同的图文力下，将电化铝箔上的铝层（包括色层或信息层）转移到承印物上。第二步，通过第二次击压将激光微雕版上的精细图文在第一次的铝层表面呈现出来，显现出与烫压纹版上一模一样的图文，如此就得到具有激光微雕效果的烫印纸张。根据微图文的设计，最终可呈现光之变、3 D跳跃等不同的全息防伪效果（如图8 所示）。张未移动，以确保第二次模压与第一次的位置完全一致。温度基本保bK个d加热试烫正式烫印在上述整个操作过程中需要注意如下事项：1）第一步的烫印转移基本与传统烫印相同，即使用精微雕刻浮雕烫金版进行第一次烫印操作，烫印出来的结果与直接用平烫版得到的烫印图文完全一致，几乎没有任何纹路（如果压力足够大，也会初显纹理，但比较模糊）。2）在第二步压纹操作中不再需持与第一次烫印时的温度一致，模压压力要比第一步烫印时的压力稍大（或直接垫一张157 g铜版纸作为补底纸进行垫压力）。在使用激光微雕工艺时，第一步和第二步的烫印压力、温度要尽量控制准确，第一步在保证电化铝附着力良好的条件下尽量轻一点，尤其是边缘压力一定要轻，否则第二步时边缘图文效果会发虚，影响最终的视觉效果。补压确定烫印温度确定走、跳步参数印箔准确定位模压转移需要考虑诸多问题，本研究采用激光微雕制版取代光刻机光刻制版的过程，并借助于相机视觉的定位校正技术，实现打标过程中工件的自动定位，降低了激光制版过程中工件定位的繁琐程度，以15um的亚纳米级烫印线条呈现常规光刻才能实现的3 D跳跃、光之变、浮雕等全息防伪效果，且使用的转移膜为普通烫印箔即可，相较于光刻打样周期（10 15天）缩短了至少2 0 倍。其中，3 D跳跃的技术原理是通过结合光栅技术，将两个或者两个以上图像，利用光学算法和光栅成像原理，先在烫金版上刻制出精细线条，再在此基础上于烫金版上雕刻形成表面凹凸不平的光栅槽，结合电化铝的光学反射、折射、衍射精准实现两个图像的裸眼切换变化，实现全息制版才能达到的两个图像的3 D效果跳跃切换。口40【2 0 2 3 年第3 期印刷工业