Δευτέρα 22 Ιανουάριος 2018
Find me on Facebook Follow me on Twitter Follow me on Linkedin
Home arrow Άρθρα arrow Press arrow Η ολογραφία στη δημιουργία υλικών θερμοτυπίας

Η ολογραφία στη δημιουργία υλικών θερμοτυπίας


Ιστορία και εφαρμογή

Η ολογραφία είναι μια φωτογραφική μέθοδος δημιουργίας τρισδιάστατων ειδώλων. Όπως υποδηλώνεται και από το όνομά της (όλος + γραφή), χρησιμοποιείται για την πλήρη αποτύπωση αντικειμένων αλλά και για την οπτική αποθήκευση και επεξεργασία πληροφοριών. Η ανακάλυψή της τοποθετείται στο 1947, τότε που ο ούγγρος επιστήμονας Dennis Gabor διατύπωσε την άποψη ότι «είναι δυνατή η καταγραφή της ακτινοβολίας η οποία ανακλάται από ένα σώμα και η οποία προσπίπτει ταυτόχρονα με άλλη -μονοχρωματική- δέσμη επάνω σε μια φωτοευαίσθητη επιφάνεια».

Για τον Gabor, η ολογραφία ήταν ένα απρόσμενο αποτέλεσμα της ερευνητικής προσπάθειας βελτίωσης των εικόνων του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου που, τελικά, τον οδήγησε στην απόκτηση του Νόμπελ Φυσικής το 1971. Αξίζει να αναφέρουμε ότι η ουσιαστική εξέλιξη της εντυπωσιακής αυτής μεθόδου επήρθε μετά την ανάπτυξη της τεχνολογίας laser, δηλαδή στις αρχές της δεκαετίας του ‘60. Πιο συγκεκριμένα, τα πρώτα τρισδιάστατα ολογράμματα δημιουργήθηκαν το 1963 από τους Emmet Leith και Juris Upatnieks στο Michigan των Ηνωμένων Πολιτειών. Σχεδόν ταυτόχρονα, ο Yuri Denisyuk, από τη Σοβιετική Ένωση, συνδύασε τις αρχές της ολογραφίας με τις απόψεις του Gabriel Lippmanns (Βραβείο Νόμπελ 1908) περί έγχρωμης φωτογραφίας και έφτιαξε τα πρώτα ορατά, στο λευκό φως, ολογράμματα.

Δημιουργία ολογραμμάτων

Για τη δημιουργία ολογραμμάτων, η ακτινοβολία laser είναι η καταλληλότερη όλων λόγω της κατευθυντικής, σύμφωνης και μονοχρωματικής δέσμης της. Η χρήση μονοχρωματικής ακτινοβολίας ή αλλιώς δέσμης φωτός ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος είναι λοιπόν πολύ σημαντική αφού η ολογραφία δεν είναι άλλο από την «καταμέτρηση» της διαφοράς φάσης μεταξύ μιας δέσμης φωτός που σκεδάζεται (διασκορπίζεται) από ένα αντικείμενο και μιας δέσμης αναφοράς, οι οποίες προσπίπτουν ταυτόχρονα στην ίδια φωτοευαίσθητη επιφάνεια (φιλμ). Μόνο η χρήση μονοχρωματικής ακτινοβολίας επιτρέπει τον «υπολογισμό» αυτής της διαφοράς φάσης από την οποία προκύπτει, τελικά, το ολόγραμμα. Ας δούμε, όμως, αναλυτικότερα τη μέθοδο.

Στην ολογραφία, η έκθεση του αντικειμένου γίνεται με τη χρήση ενός συστήματος φωτισμού, φακών και κατόπτρων. Ένα απλό σύστημα ολογράφησης φαίνεται παρακάτω.

articles/olografia/olografia_1.jpg

Ο διαχωριστής δέσμης (beamsplitter) είναι ένα ημιπερατό κάτοπτρο με ειδικές επιστρώσεις, οι οποίες επιτρέπουν, όταν η σύμφωνη δέσμη laser (coherent light beam) προσπέσει επάνω του, ένα μέρος της να ανακλάται και ένα άλλο να διέρχεται. H διερχόμενη δέσμη (illumination beam) φωτίζει το αντικείμενο και αφού σκεδαστεί (object beam) προσπίπτει στη φωτογραφική πλάκα (photographic plate). Ταυτοχρόνως, η δέσμη που ανακλάται οδηγείται, με τη βοήθεια ενός δεύτερου κατόπτρου, στην ίδια φωτογραφική πλάκα παίζοντας το ρόλο της δέσμης αναφοράς (reference beam). Η μεταφορική έννοια της «καταμέτρησης» της διαφοράς φάσης που αναφέραμε καθιστά προφανή την ανάγκη χρήσης της δέσμης αναφοράς, αφού για την καταγραφή της διαφοράς φάσης του φωτός που σκεδάζεται από το αντικείμενο είναι απαραίτητη η ύπαρξη ενός σταθερού μέτρου σύγκρισης, δηλαδή μιας δέσμης αναφοράς γνωστής φάσης που δεν έχει περάσει από αυτό.

Στην πραγματικότητα, αυτό που συμβαίνει είναι ότι η συμβολή των δύο δεσμών προκαλεί την καταγραφή ενός «πλέγματος διαθλάσεων» (diffraction pattern), δηλαδή, μιας πολύπλοκης εικόνας από κροσσούς συμβολής που αποτυπώνεται επάνω στη φωτογραφική πλάκα. Το θαύμα της ολογραφίας έγκειται στο ότι αν η αποτυπωμένη εικόνα συμβολής φωτιστεί από μια δέσμη ανακατασκευής (reconstruction beam) ίδια με την αρχική δέσμη αναφοράς (reference beam) θα αναπαραχθεί ένα ακριβές αντίγραφο της αρχικής δέσμης αντικειμένου (object beam). Ως αποτέλεσμα του φαινόμενου αυτού παίρνουμε το ολόγραμμα, δηλαδή ένα τρισδιάστατο είδωλο του αντικειμένου που φωτογραφήθηκε.


articles/olografia/olografia_2.jpg

Στην περίπτωση της ολογραφίας υπάρχει δυνατότητα παρατήρησης διαφόρων όψεων του ειδώλου και όχι μόνο μίας προοπτικής, όπως συμβαίνει στη συμβατική φωτογραφία. Άλλη διαφορά είναι ότι το είδωλο που παίρνουμε είναι θετικό, σε αντίθεση με τη συμβατική φωτογραφία όπου είναι αρνητικό.

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η διάταξη που χρησιμοποιείται για τη θέαση ενός ολογράμματος με ακτινοβολία laser. Η πλάκα καταγραφής, αφού υποστεί επεξεργασία εμφάνισης, επανατοποθετείται στο ίδιο ακριβώς σημείο που βρισκόταν κατά την έκθεση και φωτίζεται με τη δέσμη ανακατασκευής. Μετά τη διάθλαση αυτής της δέσμης, οι κροσσοί συμβολής που έχουν καταγραφεί δημιουργούν το εικονικό τρισδιάστατο είδωλο του αντικειμένου (virtual image) στην ίδια ακριβώς ευθεία όπου βρισκόταν κατά την έκθεση. Αν ο θεατής (viewer) κινηθεί θα έχει την αίσθηση ότι το αντικείμενο στρέφεται. Στο σχήμα φαίνεται ότι το ολόγραμμα είναι ορατό από την πίσω πλευρά της πλάκας καταγραφής. Πρόκειται, δηλαδή, για ένα ολόγραμμα διέλευσης.


Κατηγορίες ολογραμμάτων

Γενικά, τα ολογράμματα χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, ανάλογα με το αν η παρατήρησή τους είναι δυνατή από την πλευρά που φωτίζονται ή όχι. Συγκεκριμένα έχουμε:

- Ολογράμματα διέλευσης: το ολόγραμμα γίνεται ορατό από την πλευρά διέλευσης της δέσμης ανακατασκευής (reconstruction beam), δηλαδή η φωτεινή πηγή και ο παρατηρητής βρίσκονται σε διαφορετικές πλευρές.

- Ολογράμματα ανάκλασης: το ολόγραμμα γίνεται ορατό όταν η δέσμη ανακατασκευής (reconstruction beam) ανακλαστεί από την επιφάνεια της πλάκας, δηλαδή πηγή και παρατηρητής βρίσκονται από την ίδια πλευρά.

Σύμφωνα με τα παραπάνω, συμπεραίνουμε ότι στις γραφικές τέχνες χρησιμοποιούνται μόνο ολογράμματα ανάκλασης και μάλιστα ορατά στο λευκό φως -δηλαδή ολογράμματα που δεν απαιτούν εργαστηριακές συνθήκες παρατήρησης. Συμπληρωματικά, να αναφέρουμε ότι ένα ολόγραμμα λευκού φωτός παράγεται με χρήση πηγής δέσμης μήκους κύματος ενός από τα πολλά που συνθέτουν το λευκό φως (πολυχρωματική ακτινοβολία).

Τέλος, άλλες υποκατηγορίες ολογραμμάτων είναι τα φωτοπολυμερικά, τα διχρωματικά και τα ολογράμματα ανάγλυφης αποτύπωσης (embossed holograms). Τα τελευταία αποτελούν το είδος ολογραμμάτων που συναντάμε συνήθως στα foils θερμοτυπίας.


Δημιουργία ολογραφικών foils θερμοτυπίας

Τα foils είναι υλικά που χρησιμοποιούνται, στη θερμοτυπία, για την απόδοση του θέματος, αντί για το μελάνι. Πρόκειται για λεπτούς πολυεστερικούς υμένες (φορείς) σε μορφή ρολού που φέρουν χρωστικές ουσίες ή ολογραφικά μοτίβα. Κατά την εκτύπωση, η θέρμανση της πλάκας και η άσκηση πίεσης έχουν ως αποτέλεσμα η χρωστική ή το ολόγραμμα να αποκολλούνται από το φορέα και έτσι να σταθεροποιούνται στο χαρτί, το πλαστικό, το δέρμα ή την όποια επιφάνεια έχει επιλεγεί. Και τώρα, ας προσεγγίσουμε τη διαδικασία παραγωγής ολογραφικών foils, δηλαδή υλικών θερμοτυπίας τρισδιάστατων εικόνων (3D) ή δυσδιάστατων ιριδιζόντων μοτίβων (2D). Συγκεκριμένα, προβλέπονται δύο κύρια στάδια:

α) η δημιουργία του πρότυπου ολογράμματος (master) και της ολογραφικής μήτρας και

β) η αποτύπωση του ολογράμματος στο foil.


i) Πρότυπο ολόγραμμα (master) και ολογραφική μήτρα

Το master ολόγραμμα χρησιμοποιείται ως πρότυπο για την κατασκευή μιας μήτρας αντιγραφής του στο foil. Συνήθως, παράγεται εργαστηριακά ή με χρήση τεχνολογίας Dot-Matrix. Ας δούμε τι ισχύει σε κάθε περίπτωση:


Εργαστηριακή ολογράφηση

Πρόκειται για διαδικασία παρόμοια με αυτή που μόλις περιγράψαμε ως βασική μέθοδο δημιουργίας των ολογραμμάτων. Στην περίπτωση αυτή, το αντικείμενο το οποίο φωτογραφίζεται πρέπει να έχει διαστάσεις ίδιες με το ολόγραμμα που επιδιώκεται να παραχθεί. Eπίσης, το αντικείμενο πρέπει να τοποθετηθεί σε κατάλληλο περιβάλλον αμετάβλητης θερμοκρασίας, απουσία φωτός και σε σταθερή βάση, ώστε κατά την έκθεση στην ακτινοβολία laser να μην προκληθούν κραδασμοί. Μετά την έκθεση, η παραλαβή του ολογράμματος γίνεται, όπως και στις κοινές φωτογραφικές μεθόδους, με χρήση διαλυμάτων εμφάνισης και στερέωσης. Επιπλέον, χρησιμοποιείται ένα ειδικό προϊόν ώστε το στέγνωμα να μην αφήσει κηλίδες υγρού στην επιφάνεια της πλάκας καταγραφής (φιλμ). Αφού το ολόγραμμα έχει καταγραφεί και εμφανισθεί, στην επιφάνεια της πλάκας εναποτίθεται ηλεκτρολυτικά ένα λεπτό στρώμα νικελίου. Στη συνέχεια, με ειδική επεξεργασία, αποσπάται από την πλάκα καταγραφής οπότε και φέρει εξώγλυφα το ολόγραμμα. Έτσι κατασκευάζεται η ολογραφική μήτρα νικελίου. Συνήθως από το ίδιο πρότυπο ολόγραμμα φτιάχνονται πολλές όμοιες μήτρες, αφενός γιατί είναι εξαιρετικά ευαίσθητες, άρα κατά την αποτύπωση των μοτίβων τους στα foils καταστρέφονται, και αφετέρου γιατί έχουν μικρές διαστάσεις. Άρα, για την απόδοση ενός κάναβου επαναλαμβανόμενων μοτίβων, δηλαδή για την επικάλυψη μεγάλης επιφάνειας του foil, είναι υποχρεωτικό να τοποθετούμε πολλές μήτρες τη μία δίπλα στην άλλη. Τα παρακάτω σχήματα απεικονίζουν τα στάδια δημιουργίας της ολογραφικής μήτρας.


articles/olografia/olografia_3.jpg

Κατά τη δημιουργία του foil, η ολογραφική μήτρα χρησιμοποιείται ως εκτυπωτική πλάκα που επιτρέπει την πολλαπλή ανάγλυφη αποτύπωση του ολογράμματος (embossed hologram).


Τεχνολογία Dot-Matrix

Σε ό,τι αφορά τα ολογράμματα εμπορικής χρήσης, η εργαστηριακή παραγωγή ολογραμμάτων, στις μέρες, μας έχει μειωθεί σημαντικά. Αντί αυτής προτιμάται η απευθείας αποτύπωση του ολογραφικού μοτίβου στη φωτοευαίσθητη επιφάνεια -κάτι που είναι δυνατό να γίνει μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή συνδεδεμένου με συσκευή έκθεσης τεχνολογίας laser. Στην περίπτωση αυτή, ειδικό λογισμικό ελέγχει την ένταση και τη φορά της μονοχρωματικής ακτινοβολίας, τη διαχωρίζει και την καθοδηγεί επάνω στη φωτοευαίσθητη επιφάνεια, έτσι ώστε να δημιουργηθούν κροσσοί συμβολής ανάλογοι αυτών της εργαστηριακής ολογράφησης.
Παραδείγματα απευθείας καταγραφής του ειδώλου φαίνονται στις παρακάτω εικόνες (τομές πλάκας καταγραφής που έχει εκτεθεί σε ακτινοβολία laser). Όπως και στην εργαστηριακή ολογράφηση, έτσι κι εδώ την παραλαβή του master ολογράμματος ακολουθεί η δημιουργία της μήτρας νικελίου που θα επιτρέψει την αποτύπωση των ολογραφικών μοτίβων (embossed holograms) στα foils.


articles/olografia/olografia_4.jpg

ii) Αποτύπωση του ολογράμματος στο foil

Το foil αποτελείται από διαφορετικές στρώσεις χρωστικών και άλλων υλικών. Αρχικά, ο πολυεστερικός υμένας (φορέας -polyester carrier film) που αποτελεί τη βάση του foil επιστρώνεται με ειδική χημική ουσία (release layer), ώστε κατά τη θερμοτυπική εκτύπωση να είναι δυνατή η αποκόλληση και η μεταφορά του ολογράμματος στο χαρτί. Μετά ακολουθεί τοποθέτηση του υλικού (embossed resin) που θα δεχτεί το ολόγραμμα. Οι μηχανές που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του foil μοιάζουν αρκετά με τις μηχανές θερμοτυπίας, ενώ ρόλο εκτυπωτικής πλάκας, στην περίπτωση αυτή, παίζει η μήτρα νικελίου. Ο φορέας του foil έχει μορφή ρολού και τοποθετείται στη μηχανή έτσι ώστε σταδιακά να ξετυλίγεται, με κατάλληλο μηχανικό βηματισμό να περνάει από τη θέση της μήτρας νικελίου και με άσκηση πίεσης να αποτυπώνεται το ολογραφικό μοτίβο στην επιφάνειά του. Αφού αποτυπωθεί το ολόγραμμα (embossed hologram), εφαρμόζεται μια στρώση αλουμινίου (aluminum layer) η οποία ενισχύει την ιριδίζουσα όψη του. Στη συνέχεια, για την προστασία του ολογράμματος γίνεται κέρωμα της επιφάνειας του ρολού ή επίστρωση άλλης ουσίας (heat activated adhesive) που κατά τη θερμοτυπική εκτύπωση επιτρέπει τη σταθεροποίηση του ολογράμματος στο χαρτί.

articles/olografia/olografia_5.jpg

Τα έντυπα

Αν και τα ολογραφικά foils βρίσκονται σχετικά εύκολα στο εμπόριο, είναι πρακτικά αδύνατο για μία κοινή επιχείρηση γραφικών τεχνών να τα παράγει. Σε ολόκληρο τον κόσμο υπάρχουν ελάχιστες εταιρείες παραγωγής ολογραμμάτων για εμπορική χρήση. Το μεγάλο κόστος απόκτησης κατάλληλων μηχανών καθώς και η ανάγκη ειδικών γνώσεων ολογραφίας είναι δύο από τους αρκετούς λόγους που καθιστούν αδύνατη την εφαρμογή της μεθόδου από τον οποιοδήποτε. Τα παραπάνω αιτιολογούν γιατί τα ολογράμματα κατ’ αρχήν χρησιμοποιούνται για την πιστοποίηση γνησιότητας προϊόντων και εγγράφων. Ως τέτοια αναφέρονται οι συσκευασίες ακριβών προϊόντων (ηλεκτρονικών υπολογιστών και λοιπών εξαρτημάτων ψηφιακής τεχνολογίας), τα τραπεζικά έντυπα (χαρτονομίσματα, βιβλιάρια, πιστωτικές κάρτες ή μπλοκ επιταγών) και άλλα ειδικά έντυπα όπως εισιτήρια συναυλιών ή ποδοσφαιρικών αγώνων. Η όμορφη, όμως, όψη των ολογραμμάτων επέβαλε τη χρήση τους και στη διακόσμηση εντύπων. Έτσι οδηγηθήκαμε στη δημιουργία των ολογραφικών foils και κατ’ επέκταση στην εφαρμογή τους στη συσκευασία ειδών πολυτελείας και στις γραφικές τέχνες γενικότερα. Κουτιά ποτών, περιβλήματα τροφίμων, συσκευασίες καλλυντικών και άλλα πολλά προϊόντα χρησιμοποιούν τα φανταχτερά ολογράμματα για να ξεχωρίσουν και να τραβήξουν την προσοχή του καταναλωτή στο σημείο πώλησης.

Με άλλα λόγια, τα ολογράμματα, εκτός από μέσο πιστοποίησης της γνησιότητας ενός καταναλωτικού αγαθού, είναι και ισχυροί σύμμαχοι για την επίτευξη των εμπορικών στόχων μιας μάρκας.


Σημείωση: Ευχαριστούμε πολύ τους κ.κ. Μ. Βούσουρα και Γ. Βαλσαμή (Taurus ΕΠΕ) για τις χρήσιμες πληροφορίες.

0 Σχόλια

Δεν υπάρχουν σχόλια.

Θα πρέπει πρώτα να συνδεθείτε για να υποβάλετε σχόλια.

NEWSLETTER

Σύνδεση Χρήστη