laser im druck

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Als Werkzeug voll etabliertlaser in der druckvorstufe

ThomAs RichTeRThomas richter ist tech-nischer leiter bei der krause-Biagosch GmbH und verantwortet dort die entwicklung und konstruktion sowie die anwendungstechnik. er hat maschinenbau an der universität Hannover studiert und ist seit 1996 im unternehmen in verschiedenen Positionen tätig.

Thomas richer

krause-Biagosch GmbH Paul-schwarze-straße 5

33649 Bielefeld Tel: +49 (0)521/459901

e-mail: richter@krause.deWebsite: www.krause.de

der auTor Fraglos beherrscht der Laser heute die Druckvorstufe als Produktionsmittel. er hat zusammen mit der Digitalisierung und der Automatisierung das herstellen der Druckformen in den letzten 15 Jahren revolutioniert. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Rahmenbedingungen für die erfolgsgeschichte des Lasers, über die eingesetzten Verfahren und aktuellen entwicklungen sowie über zukünftige Trends und Anforderungen.

im offset-rotationsdruck werden die in-formationen von dem druckformzylinder über einen Gummituchzylinder auf das zu bedruckende material – den Bedruckstoff – übertragen. die einweg-druckformen sind 0,2 bis 0,4 mm dicke aluminium- oder Poly-esterplatten mit einer druckenden Beschich-tung. die zwischen Verlag und druckerei angesiedelte druckvorstufe produziert die druckformen. Hier werden die aus dem Ver-lag eingehenden PdF-daten umgewandelt und mit einem laser auf die druckform über-tragen. anschließend werden die druckfor-men entwickelt, gestanzt und abgekantet. das Verfahren, das die digitalen daten direkt auf die druckplatte belichtet, wird als com-puter to Plate (cTP) bezeichnet (abb. 1).

Jede druckform ist ein unikat, für dessen Bearbeitung sich der laser als ideales Werk-

zeug anbietet. mit ihm konnten früher übli-che Zwischenschritte entfallen, wie z.B. das Herstellen von Filmen, über die das Bild mit uV-lampen auf die druckform kopiert wer-den musste. die dadurch erzielbaren einspa-rungen rechtfertigten schon sehr früh die höheren investitionskosten der laserbelich-ter und den entwicklungsaufwand für neue Beschichtungsmaterialien der druckplatten. Trotzdem wäre der erfolg des lasers ohne weitere, wichtige parallele entwicklungen nicht denkbar gewesen. dazu gehören:

die Weiterentwicklung der druckplatten, •um sie für die kleineren Flächenenergien und einwirkzeiten der verfügbaren laser empfindlich zu machen;das vollständige digitalisieren der zu •druckenden informationen, wodurch die vormals manuellen Prozesse zur montage der druckvorlagen aus den Filmen auto-matisiert werden konnten. das führte zum umstrukturieren der organisatori-schen abläufe, auch in den druckereien.das aufbereiten und speichern der gro-•ßen datenmengen (bis zu 3 GB pro druckplatte), was ende der 80er Jahre eine nicht zu unterschätzende Herausfor-derung war;der aufbau einer Fördertechnik für die •druckplatten, die zu den anforderungen des Belichtungssystems passen musste.

Die symbiose von Laser und material

Für die direkte laserbelichtung musste das uV-empfindliche Beschichtungsmaterial der druckplatten an die verfügbaren laser angepasst werden. die bis dahin üblichen uV-Platten benötigten eine Flächenenergie von rund 80 000 µJ/cm2. Bei den heutigen violett-empfindlichen Platten wurde sie auf rund 50 µJ/cm2 reduziert. darüber hinaus ist bei der entwicklung der Beschichtungen immer ihr Verhalten im druck und ihre Be-ständigkeit in den rauen umgebungen einer druckmaschine mit Papierstaub, Wasser und chemikalien zu beachten.

Heute haben sich dioden-laser in zwei Wellenlängen-Bereichen etabliert. dazu gehören zum einen die schon früh in der Telekommunikation verbreiteten infraroten dioden mit 808 und 830 nm. sie werden heute vor allem in Belichtern für den akzi-denzdruck (druckarbeiten von geringem umfang) eingesetzt. die andere Variante – violette dioden mit 405 nm – kamen aus ABBiLDung 1: computer to Plate (cTP) im gesamtprozess.

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che Flächenenergie wird aus dioden-arrays mit bis zu 512 dioden pro maschine und 100 bis 200 mW pro diode gewonnen.

Der Laserstrahl „jagt“ über die Druckplatte

die möglichen Paarungen aus laser-Typ und druckform führen zu verschiedenen maschi-nenkonzepten. in allen Fällen wird die lang-same Bewegung durch eine lineare relativbe-wegung zwischen druckform und laseroptik realisiert. dabei bewegt sich entweder die druckplatte oder die gesamte laseroptik. Bei einstrahlsystemen kann die scan-Bewegung durch ablenkung des laserstrahls über einen drehspiegel realisiert werden. monogon-systeme mit einer Facette (spiegelfläche), bei denen der laserstrahl axial auf einen 45° spiegel trifft und radial abgelenkt wird, drehen mit bis zu 80 000 u/min mit einer

der entwicklung der Blue-ray-disk. sie sind heute im Zeitungsdruck der standard. Zeit-weise führten der Preisverfall der violetten dioden und die weiterhin verfügbaren kon-ventionellen uV-Platten dazu, dass maschi-nen zum einsatz kamen, die uV-druckplatten mit einem violetten array belichtet haben. doch durch die weiter fallenden Preise der „laser-druckformen“ verlor diese Variante inzwischen ihre attraktivität.

Für die heute eingesetzten laser-Wellen-längen stehen materialien in großer Vielfalt und mit unterschiedlichen Wirkprinzipien zur Verfügung (abb. 2). die violett-emp-findlichen schichten polymerisieren über den Fotoeffekt und kommen mit kleinen Flächenenergien aus. Bei den infrarot-emp-findlichen materialien startet entweder der Wärmeeintrag die Polymerisation oder er zerstört eine bereits polymerisierte Beschich-tung. die hierfür notwendige rund 1000fa-

scanlinie pro umdrehung. Polygonsysteme mit sechs oder acht Facetten und einer schlüsselweite (durchmesser des innenkrei-ses) von 80 bis 100 mm drehen mit bis zu 22 200 u/min, wobei pro umdrehung meh-rere scanlinien möglich sind. Bei einem Poly-gonsystem trifft der strahl radial auf und wird radial abgelenkt. die Platte liegen in allen ge-nannten systemen entweder gerundet, im inneren einer Trommel oder flach auf einem Tisch (abb. 3). in solchen systemen erreicht die Geschwindigkeit des laserstrahls auf der druckform die 8fache schallgeschwindigkeit von 2800 m/s, ein Pixel wird in 3,5 ns be-lichtet und währenddessen wird die strahl-position über spiegel mit Piezo-aktoren kor-rigiert. die modulationsfrequenz des lasers liegt entsprechend bei rund 280 mHz.

Bei mehrstrahlsystemen wird die Bewe-gung in der zweiten richtung über eine relativbewegung der druckform gegen die gesamte optik realisiert. im außentrommel-system (abb. 4) dreht sich eine Trommel, auf die die druckplatten außen aufgespannt werden, mit 100 bis 1000 u/min, während die laseroptik in schritten oder kontinuier-lich axial verfährt. die außentrommel hat sich bei mehrstrahlsystemen gegenüber den ebenfalls möglichen x-y-Tisch durchgesetzt, da sich bei diesem für das abbremsen und Beschleunigen der optik Nebenzeiten von rund 100 % der Belichtungszeit ergeben.

die Produktivität beider Verfahren ist enorm. so geben Zeitungsbelichter heute bis zu 400 druckplatten pro stunde aus, bei ei-ner auflösung von 1270 dpi. Würden die ma-schinen diN-a4 Bögen mit 150 dpi wie ein Bürodrucker beschreiben, entspräche dies einem durchsatz von rund 15 000 Blatt oder 1000 m2 belichteter Fläche pro stunde.

Punktform und strahlgüte ent-scheiden über Druckqualität

im druck werden Halbtöne mit rastern wie-dergegeben. ein rasterpunkt setzt sich je nach Halbtonwert aus 1 bis 64 laser-Pixeln zusammen. damit das bloße auge die einzel-nen rasterpunkte nicht erkennt, ist ein feines raster gewünscht. Zudem müssen die einzel-nen laser-Pixel möglichst klein sein, um da-durch möglichst viele Halbtöne abbilden zu können. Beim abwägen von Geschwindig-keit und Qualität haben sich auflösungen von 1270 dpi im Zeitungsdruck und 2540 dpi im kunstdruck durchgesetzt, bei entsprechen-den spot-Größen von 20 µm bzw. 10 µm.

abweichungen in der Größe und Form des laser-Pixels wirken sich unmittelbar auf den Farbton im druck aus. in einstrahlsys-

ABBiLDung 2: Wirkprinzip einer Polymer-Druckplatte. Die Platte wird zuerst mit Wasser angefeuchtet, das alle nichtdruckenden stellen benetzt. Dann wird die Farbe aufgetragen, die nur noch auf den druckenden stellen Platz anhaften kann.

ABBiLDung 3: Funktionsschema eines Flachbettsystems mit violetter Diode.

ABBiLDung 4: Funktionsprinzip eines Außentrommelbelichters mit mehrstrahli-gen iR-Dioden.

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Krause-Biagosch gmbhBielefeld

krause-Biagosch GmbH ist Hersteller von maschinen und Gesamtlösungen für die druckvorstufe. seit 1855 inno-vationslieferant für druckereien und seit 1989 Hersteller von cTP anlagen gehört das unternehmen zu den Pionieren, die die lasertechnik in der druckvorstufe eingeführt haben. Heute hat es weltweit große marktanteile mit computer-to-Plate- und Produktionssteuerungs-sys-temen für Zeitungsdruckereien.

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Die FiRmA

temen mit strahlwegen von rund 1000 mm und wegen der – durch die ablenkung – dre-henden strahlen werden höhere anforde-rungen an die strahlqualität und die kreis-rundheit der intensitätsverteilung im Fokus gestellt. Bei mehrstrahlsystemen mit einem kürzeren Fokusabstand und nicht drehen-den strahlen kann der strahl im Fokus auch rechteckig sein, so wie er die diode verlässt.

„Direkt“ ist Trend

der Prozess von der Bitmap-datei über laser und optik bis zur druckplatte wird stetig kür-zer. eine deutliche Verbesserung hinsichtlich kosten, einstellaufwand und lebensdauer haben die einstrahl-systeme erfahren. ka-men vormals akusto-optische modulatoren zum einsatz, war dank des einsatzes violet-ten dioden die möglichkeit einer direktmo-dulation gegeben. eine direktmodulation ist nun auch bei infraroten dioden-Barren möglich. die aufwendige strahlformung

zu einer linie und die modulation über mi-krospielgel-arrays können damit komplett entfallen und das system wird deutlich ein-facher (abb. 5).

der Trend hin zu kürzeren Prozesszeiten gilt auch für den Gesamtprozess einer dru-ckerei. als maß für die kürze des Prozesses kann die reichweite der digitalisierung herangezogen werden. Bei cTP reicht die digitalisierung bis zur druckform, bei dem e-Paper oder im inkJet-druck reicht sie schon bis zum endprodukt (abb. 6).

konkurrenz erhalten die beschriebenen Verfahren zunehmend durch die Fähigkeit des lasers, kleine stückzahlen ohne druck-vorstufe effizient zu produzieren. Während es in der druckvorstufe nur um die ein-zelfertigung des Zwischenprodukts – der druckform – geht, zielen digitaldruck und e-Paper auf die einzelfertigung des endpro-dukts. der megatrend der Personalisierung treibt diese entwicklung. einzig durch ihre deutlich niedrigere Produktivität und die hö-

heren kosten pro seite sind die digitaldruck-systeme heute bei auflagen von mehr als 500 bis 1000 exemplaren im Vergleich zum offsetdruck noch unwirtschaftlich. Zum Ver-gleich: eine kleine Zeitungsrotation mit einer Papierbahngeschwindigkeit von 800 m/min bedruckt rund 5 mio. vierfarbige diN a4 sei-ten pro stunde. eine große digital-rollen-druckmaschine mit 180 m/min produziert bis zu 180 000 diN a4 seite pro stunde.

Anforderungen der Zukunft

die Prozesse in der druckvorstufe zeigen das Potenzial der lasertechnik als Produktions-mittel. die deutlich gestiegene Qualität der druckprodukte – vollständig vierfarbige und immer aktuellere Zeitungen – sowie die Web-To-Print-Portale, über die druckprodukte heutzutage mit kurzen lieferzeiten von zu-hause aus bestellt werden können, lässt er-ahnen, wie tiefgreifend digitalisierung und automatisierung mit dem laser als schlüssel-technologie eine gesamte Branche in einem Jahrzehnt gewandelt hat. Für die Zukunft wird es entscheidend sein, wie sich der laser in der wirtschaftlichen Betrachtung des Ge-samtprozesses gegen die Wettbewerbsver-fahren ohne druckform schlagen kann.

Für die laserentwicklung selbst bedeutet dies: hin zu längeren lebensdauern, beson-ders bei den mehrstrahlsystemen, sowie die weitere integration und Vereinfachung über den strahlengang. Besonders im Hinblick auf die Übertragung des computer-to-Plate-Verfahrens auf andere lithografische Prozesse wie z. B. der leiterplattenbelichtung sollten die möglichkeiten der violetten dioden aus-gebaut und in richtung eines direkt-modu-lierbaren arrays weiterentwickelt werden.

ABBiLDung 5: Verfahrensgleich von ein- und mehrstrahlsystemen.

ABBiLDung 6: Reichweite der Digitalisierung.

Bis zu welchem Prozess-Schritt wird ein Buchstabe digital, durch Pixel, dargestellt?