Reinigen von Tiefdruckzylindern mit Excimerlaserstrahlung

Birkel, Jörn; Poprawe, Reinhart

doi:23823

Reinigen von Tiefdruckzylindern mit Excimerlaserstrahlung

Birkel, Jörn

2001

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jörn Birkel

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2001

UmfangVI, 154 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2001

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Poprawe, Reinhart (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2001-09-03

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-2418
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51876/files/Birkel_Joern.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Maschinenwesen (400000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei) ; Tiefdruckzylinder (frei) ; Oberflächenreinigung (frei) ; Druckfarbe (frei) ; Laserablation (frei) ; Excimerlaser (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuen, umweltbewußten Verfahrens zum Reinigen von Tiefdruckzylindern. Dazu werden die Prozeßoptimierung, die Prozeßüberwachung und die Prozeßregelung für das großflächige Reinigen von Tiefdruckzylindern mit Excimerlaserstrahlung erarbeitet und in dem Aufbau einer autarken, automatisch arbeitenden Reinigungsanlage industriell nutzbar umgesetzt. In grundlegenden Untersuchungen zu den optischen Eigenschaften verschiedener Druckfarben wird die besondere Eignung des UV-Lasers für dieses Verfahren aufgrund des hohen Absorptionsgrades in dünnen Farbschichten aufgezeigt. Weitere Versuchreihen diskutieren den Einfluß der akkumulierten Flächen-Energiedichte, der Pulswiederholfrequenz sowie den Einfluß unterschiedlicher Excimerlaser-Wellenlängen auf das Abtragergebnis. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen zum Abtragen von Druckfarben mit Laserstrahlung dienen als Basis für den Aufbau einer autarken Laserstrahl-Reinigungsanlage für Tiefdruckzylinder. In dieser Anlage werden die Druckzylinder rotierend bearbeitet, wobei der Laserstrahl radial auf die Zylinderoberfläche trifft und gleichzeitig parallel zur Zylinderachse verfahren wird. Das optische Strahlführungs- und -formungssystem ist als „fliegende Optik” mit integrierter (reflektierender) Strahlhomogenisierung und Anpassung der Strahlfleckgröße durch ein Zoomobjektiv aufgebaut und gilt als eine Neuentwicklung zum großflächigen Abtragen von Deckschichten mit Excimerlaserstrahlung. Die Bearbeitung von Original-Tiefdruckzylindern an dieser Anlage hat gezeigt, daß eine zerstörungsfreie und vollständige Reinigung mit Flächenraten von 2,4 bis 11,8m²/h, je nach Farbton und Farbschichtdicke, zu erzielen ist. Da in der Realität jedoch mit stark inhomogenen Farbschichtdicken zu rechnen ist, wird für die vollständige Reinigung aller Bereiche der Zylinderoberfläche zusätzlich eine Prozeßüberwachung, -steuerung und -regelung aufgebaut. Zur Prozeßüberwachung werden, mit einer für diesen Prozeß optimierten Steuerungssoftware, die Bilder einer CCD-Farbkamera hinsichtlich vorhandener Farbverunreinigungen ausgewertet. Die Zylinderbearbeitung wird zweistufig durchgeführt. In einem ersten Bearbeitungsschritt wählt das Steuerungsprogramm Standard-Bearbeitungsparameter anhand der eingegebenen Reinigungsaufgabe aus. Während der Bearbeitung mit den Standardparametern registriert die Videoüberwachung im Nachlauf die Positionen sowie die Größe und Intensität von Restverunreinigungen. In einem zweiten Bearbeitungszyklus werden diese Restverunreinigungen gezielt angefahren und mit angepaßten Bearbeitungsparametern vollständig abgetragen, so daß der Zylinder im Anschluß vollständig gereinigt ist. Der gesamte Reinigungsprozeß funktioniert völlig automatisch und erfordert vom Bediener neben der Bestückung der Maschine lediglich die Eingabe von vier spezifischen Zylinderdaten. Verglichen mit den Investitionspreisen für Reinigungsanlagen konventioneller Technik (zuzüglich der hierbei entstehenden Entsorgungskosten für Reinigungsmittel, etc.), können die Reinigungskosten für das Laserstrahlverfahren durchaus als konkurrenzfähig angesehen werden. Darüber hinaus stellt diese Verfahrens- und Anlagenentwicklung aufgrund des hohen Automatisierungsgrades, der hohen Reinigungsqualität und des weiteren Entwicklungspotentials hinsichtlich neuer Reinigungsaufgaben einen Fortschritt innerhalb der Laserstrahl-Reinigungstechnologie sowie im Bereich der Materialbearbeitung mit Excimerlasern dar.

The development of a new environmental aware process for the cleaning of rotogravuere cylinders is the subject of this work. Therefore the optimisation, monitoring and automatic control of the process has been acquired for the large-area cleaning of rotogravure cylinders by excimer laser radiation. It has been realized by the design of an autonomous automatic cleaning machine which is available for the industrial use. Basic research concerning the optical characteristics of different printing inks has shown the special qualification of UV-lasers for this ablation process due to the high absorption of thin layers of ink. Further experiments explore the influence of the accumulated fluence, the pulse repetition rate and the meaning of diffent excimer-wavelengths on the ablation result. Experimental results are used to build-up a self-contained cleaning machine especially for the laser cleaning of rotogravure cylinders. Rotogravure cylinders are handled rotating in this machine. Meanwhile the laser beam strikes radial onto the surface of the cylinder and moves in a parallel way to the axis of the cylinder. The optical beam guiding and shaping system is designed as a "flying optic". It includes a reflective beam homogenizer and a zoom objective to enable variation of the beam size. This optical system is meant to be a new development to allow the large-area cleaning of surface layers by excimer laser radiation. The treatment of original rotogravure cylinders in this cleaning machine has shown that a non-destructive and complete cleaning can be realized with cleaning rates between 2,4 and 11,8m²/h, depending on the colour tone and the layer thickness. In reality layer thicknesses are very inhomogeneous so that monitoring and processing control is necessary to reach complete cleaning on the whole surface of the cylinder. Monitoring is realized by an image processing unit including a colour picture evaluation for the identification of remaining ink. Cylinder cleaning is working in two steps. In the first step standard processing parameters are chosen by the control unit. During the treatment with standard parameters the video monitoring is recording the positions, dimensions and intensity of remaining ink. Positions of remaining ink are well directed approached and ablation is executed by adapted parameters within the second step which leads to complete cleaning. Cleaning process works automatically and beside the mouting of the cylinder the control only needs four input values of cylinder data from the operator. Compared to the investment for conventional cleaning technology (including disposal costs for cleaning solvents or abrasives) the costs for the laser cleaning process are competitive. In addition to that this process represents a progress within laser beam cleaning techonolgy and in the domain of material treatment by excimer lasers as a result of the high level of automation, the good quality of cleaning and further potential of development regarding new cleaning applications.

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