Фотогравюра: Технология и Применение

Введение

Тип процесса гравировки

Фотогравировка — это процесс, в котором используется светочувствительный фоторезист, наносимый на поверхность, подлежащую гравировке, для создания маски, защищающей определенные участки в ходе последующей операции, которая вытравливает, растворяет или иным образом удаляет часть или весь материал с незащищенных участков подложки. Обычно применяется к металлу, но также может использоваться для обработки стекла, пластика и других материалов. Выбирается фоторезист, устойчивый к конкретной кислоте или другому травильному составу. Он может быть нанесен в виде жидкости кистью, распылением, заливкой или другим способом, после чего ему дают затвердеть, либо поставляться в виде листов и наноситься ламинированием. Затем его подвергают воздействию света — обычно сильного ультрафиолетового (УФ) света — через фотографическое, механически напечатанное или созданное вручную изображение или рисунок на прозрачной пленке. Альтернативно, для проецирования изображения непосредственно на фоторезист может использоваться линза. Как правило, фоторезист затвердевает при достаточном воздействии света, но некоторые фоторезисты изначально твердые и затем размягчаются под воздействием света. Растворитель используется для удаления размягченных участков, обнажая основной материал, который затем обрабатывается кислотой или другим травителем путем погружения или распыления. Оставшийся фоторезист обычно удаляется после завершения операции. В графическом искусстве фотогравировка используется для изготовления печатных форм для различных печатных процессов, воспроизводящих широкий спектр графики, такой как текст, линейные рисунки и фотографии. Фотогравюра и трафаретная печать являются примерами таких процессов. Та же процедура используется для изготовления печатных плат, штампов для тиснения фольгой и штампов для выпрессовки. Из нее также изготавливают таблички с именами, памятные доски и другие декоративные гравировки. Она может использоваться для изготовления плоских пружин, рычагов, шестерен и других функциональных деталей, которые в противном случае были бы изготовлены из листового металла путем резки, сверления, лобзиком или штамповки. Возможно достижение очень высокой точности. В этих случаях процесс правильно называется фотохимической обработкой, но иногда используются термины фотохимическое фрезерование, химическое травление и фототравление. Аналогичный процесс, называемый фотолитографией, используется для изготовления интегральных схем.

Photoengraving is a process that uses a light sensitive photoresist applied to the surface to be engraved to create a mask that protects some areas during a subsequent operation which etches, dissolves, or otherwise removes some or all of the material from the unshielded areas of a substrate. Normally applied to metal, it can also be used on glass, plastic and other materials. A photoresist is selected which is resistant to the particular acid or other etching compound to be used. It may be a liquid applied by brushing, spraying, pouring or other means and then allowed to set, or it may come in sheet form and be applied by laminating. It is then exposed to light—usually strong ultraviolet (UV) light—through a photographic, mechanically printed, or manually created image or pattern on transparent film. Alternatively, a lens may be used to project an image directly onto it. Typically, the photoresist is hardened where it receives sufficient exposure to light, but some photoresists are initially hard and are then softened by exposure. A solvent is used to wash away the soft parts, laying bare the underlying material, which is then bathed in or sprayed with the acid or other etchant. The remaining photoresist is usually removed after the operation is complete. In the graphic arts, photoengraving is used to make printing plates for various printing processes, reproducing a wide variety of graphics such as lettering, line drawings and photographs. Photogravure and screen printing are examples of such process. The same procedure is used to make printed circuit boards, foil stamping dies and embossing dies. It is also used to make nameplates, commemorative plaques and other decorative engravings. It can be used to make flat springs, levers, gears and other practical components that would otherwise be fabricated from sheet metal by cutting, drilling, jigsawing or stamping. A very high degree of precision is possible. In these applications, it is properly called photochemical machining, but the terms photochemical milling, chemical milling and photoetching are sometimes used. A similar process called photolithography is used to make integrated circuits.

Методы

Один из методов фотогравировки создает неглубокое углубление в металле. Это используется для изготовления печатных форм глубокой печати или в декоративных целях. Этот же метод применяется и для изготовления печатных плат. Гравировка обычно выполняется на меди или латуни. Процесс можно проводить в открытых лотках, но он гораздо эффективнее, если травитель (часто хлорид железа) распыляется на металл. При использовании хлорида железа в качестве травителя в оборудовании для травления нельзя использовать какие-либо металлические детали, кроме титана. Декоративную гравировку часто заполняют распылением краски, а затем шлифуют, чтобы удалить краску с возвышенных участков гравировки. Другой метод создает глубокую гравировку с наклонными стенками. В этом методе металл (обычно цинк или магний) удерживается лицевой стороной вниз, и на него разбрызгивают смесь азотной кислоты и масла, подобного мылу. По мере того как кислота травит поверхность, масло прилипает к краям травленой области. Это постепенно уменьшает площадь травления, в результате чего образуется наклонная кромка; отдельная точка в итоге превращается в конусообразный выступ, возвышающийся над травленной поверхностью. Этот метод используется для изготовления печатных форм (наклонная стенка поддерживает печатную поверхность), штампов для тиснения фольгой и штампов для рельефного тиснения. Декоративные гравировки, выполненные этим методом, могут подвергаться второму процессу для создания декоративного фона. Возвышенные участки и их стенки покрываются материалом, устойчивым к травлению, а рисунок из материала, устойчивого к травлению, наносится на глубокие части гравировки. Резист для фона может быть другой фотогравировкой или наноситься случайным разбрызгиванием. Гравировка снова подвергается травлению на короткое время, чтобы создать рельефный рисунок на фоне. Декоративные гравировки этого типа также могут быть окрашены распылением и отшлифованы, как и в предыдущем методе. В традиционной практике типографии для создания изображения исходного материала используется специальная камера очень большого формата, которая проецирует его либо непосредственно на светочувствительное покрытие, либо на лист фотопленки, который затем проявляется и контактно печатается на покрытую пластину. В крупномасштабной коммерческой печати в 1970-х годах компьютерные оптоэлектронные устройства начали заменять эти методы. В случае линий (графики, выполненные в сплошных черных и белых тонах без градаций серого или цвета) фотогравировка выполняется на цинке, и результат называется цинковой гравировкой. В случае растровых изображений работа выполняется на меди. Растровый эффект достигается путем фотографирования объекта через проволочную или стеклянную сетку, которая разбивает изображение на узор точек, размер которых соответствует локальной яркости изображения; более крупные точки создают темные области, а более мелкие – светлые. Чем тоньше сетка, тем выше детализация возможна в печатном продукте. Растры, выполненные с использованием сетки с 65 линиями на дюйм, считаются грубыми. Растры с 150 линиями на дюйм считаются тонкими.

One method of photoengraving produces a shallow depression in the metal. This is used for intaglio printing plates or for decorative purposes. It is also the same method used for printed circuit boards. The engraving is usually made in copper or brass. The process can be done in open trays but is much more effective if the etchant (often ferric chloride) is sprayed onto the metal. When ferric chloride is used as the etchant, no metal parts other than titanium can be used in the etching equipment. Decorative engraving is often filled by spray painting then sanding to remove the paint from the raised parts of the engraving. Another method produces a deep engraving with sloped shoulders. In this method, the metal (usually zinc or magnesium) is held face down and a mixture of nitric acid and a soap like oil is splashed onto it. As the acid etches the surface, the oil adheres to the edges of the exposed area. This progressively reduces the area being etched, resulting in a sloped edge; a single dot will end up as a cone shaped mound protruding from the etched area. This method is used for printing plates (the shoulder supports the printing surface), foil stamping dies and embossing dies. Decorative engravings made by this method may go through a second process to produce a decorative background. The raised parts and their shoulders are painted with an etchant resistant material and a pattern of etchant resistant material is applied to the deep parts of the engraving. The resist for the background may be another photoengraving or may be randomly splashed on. The engraving is etched again for a short time to produce a raised pattern in the background. Decorative engravings of this type may also be spray painted and sanded as in the previous method. In traditional print shop practice, a special very large format camera is used to image the source material either directly onto the photosensitive coating, or onto a sheet of photographic film which is then developed and contact printed onto the coated plate. In large scale commercial printing, computer driven optoelectronic equivalents began to replace these methods in the 1970s. In the case of line cuts (graphics in solid blacks and whites without gradations of gray or color), the photoengraving is done on zinc, and the result is called a zinc etching. In the case of halftone cuts, the work is done on copper. The halftone effect is accomplished by photographing the subject through a wire or glass screen, which breaks the image up into a pattern of dots with sizes corresponding to the local brightness of the image; the larger dots create the darker areas, the smaller dots the highlights. The finer the screen, the finer the detail possible in the printed product. Halftones made with a screen having 65 lines to the inch are considered coarse. Those having 150 lines to the inch are considered fine.

История

Первый процесс фотогравировки был разработан в 1820-х годах Никефором Ньепсом, который использовал фоторезист для получения единичной фотографии с камеры, а не печатной формы. Его обычными объектами для испытаний были бумажные оттиски традиционных гравюр, а экспозиция осуществлялась контактным способом под прямыми солнечными лучами, а не с помощью камеры. Для изготовления печатной формы были опробованы различные металлы, а также стекло и литографский камень. Первый успех пришел к нему в 1822 году. Самый ранний известный сохранившийся образец бумажного оттиска, сделанного с одной из его фотогравированных пластин, датируется 1825 годом и воспроизводит гравюру XVII века. Ньепс использовал иудейский битум в качестве фоторезиста. Изначально растворимый в различных спиртах и маслах, тонкий слой битума затвердевает (полимеризуется) под воздействием света. Неэкспонированные участки затем можно смыть растворителем, обнажив основной материал, который затем можно протравить до необходимой глубины. Процесс Ньепса оставался невостребованным в течение многих лет, но был возрожден в 1850-х годах, и битум широко использовался в качестве фоторезиста вплоть до XX века. Требовалась очень длительная экспозиция при ярком свете, но битум обладал преимуществом – превосходной устойчивостью к сильным кислотам. Использование фотогравировки для растрового процесса, который можно было использовать для печати фотографических изображений в оттенках серого, восходит к 1839 году, когда был представлен дагерротип – первый практический фотографический процесс. Изображение дагерротипа состояло из микроскопически мелкой зернистой структуры на поверхности медной пластины, покрытой серебром и отполированной до зеркального блеска. Вскоре были разработаны методы дифференциальной протравки зерен изображения и грунта, чтобы дагерротип можно было использовать в качестве печатной формы. В некоторых случаях получались очень хорошие результаты, но требовались исключительное мастерство и аккуратность, а очень тонкая структура изображения ограничивала срок службы каждой пластины в лучшем случае несколькими сотнями отпечатков. Генри Фокс Тальботу обычно приписывают первый работоспособный процесс преобразования изображения в градациях серого в переменную структуру резкого черного и белого цвета, в результате чего получалась достаточно прочная печатная форма. Как и в других ранних растровых процессах, пластину нельзя было комбинировать с обычным типографским шрифтом, поэтому для включения в книгу или журнал каждое изображение необходимо было печатать отдельно и либо вклеивать, либо приклеивать. Фредерику Ивсу обычно приписывают первый коммерчески успешный процесс, совместимый с обычной буквенной печатью, благодаря чему растровые блоки можно было печатать вместе с текстовыми блоками в книгах, журналах и газетах. Его метод получил широкое распространение в 1890-х годах, во многом заменив ручную гравировку по дереву и металлу, которая ранее использовалась для иллюстраций. Как и во многих других областях изобретений, существуют противоречивые заявления о приоритете, случаи одновременного изобретения и различные нюансы в определениях терминологии, поэтому оценка достоинств «первых» претензий, выдвигаемых от имени многих изобретателей в области растрового воспроизведения, часто предвзятых националистическими настроениями, может быть очень проблематичной.

The first photoengraving process was developed in the 1820s by Nicéphore Niépce, which used photoresist to make a one off camera photograph rather than a printing plate. His usual test subjects were paper prints of conventional engravings, and exposure was by contact under direct sunlight rather than by the use of a camera. Several metals were tried for the printing plate, as well as glass and lithographic stone. His first success came in 1822. The earliest known surviving example of a paper print made from one of his photoengraved plates dates to 1825 and reproduces a 17th century engraving. Niépce used Bitumen of Judea as the photoresist. Initially soluble in various spirits and oils, a thin coating of bitumen hardens (polymerizes) where it is exposed to light. The unexposed parts can then be rinsed away with a solvent, baring the underlying material, which can then be etched to the desired depth. Niépce's process lay dormant for many years, but it was revived in the 1850s and bitumen was widely used as a photoresist far into the 20th century. Very long exposures in bright light were required, but bitumen had the advantage that it was superbly resistant to strong acids. The use of photoengraving for a halftone process that could be used to print grayscale photographic images dates all the way back to the 1839 introduction of the daguerreotype, the first practical photographic process. The daguerreotype image consisted of a microscopically fine granular structure on the surface of a silver plated copper sheet that had been polished to a mirror finish. Methods were soon devised for differentially etching the image grains and the ground so that the daguerreotype could be used as a printing plate. In some instances, very pleasing results were obtained, but exceptional skill and care were required and the very fine structure of the image limited the useful life of each plate to a few hundred prints at best. Henry Fox Talbot is usually credited with the first workable process for converting a grayscale image into a varying structure of stark black and white that resulted in a reasonably durable printing plate. As with other early halftone processes, the plate could not be combined with ordinary type, so for inclusion in a book or periodical each image had to be printed separately and either bound in or tipped in with an adhesive. Frederic E. Ives is usually credited with the first commercially successful process that was compatible with ordinary letterpress printing, so that halftone blocks could be printed along with blocks of text in books, periodicals and newspapers. His process came into widespread use during the 1890s, largely replacing the hand engraved wood and metal blocks that had previously served to provide illustrations. As in many other fields of invention, there are conflicting claims of priority, instances of simultaneous invention, and variously nuanced definitions of the terminology, so sorting out the merits of the "first" claims made on behalf of the many inventors in the field of halftone reproduction—not infrequently biased by nationalistic sentiments—can be very problematic.