Laserplotter

#4598638
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Hallo Leute

Eigentlich mache ich hier im Forum seit langer Zeit nichts mehr, aber 
ich dachte mir, diese Entwicklung hier könnte den Einen oder Anderen 
interessieren!

Ich war mit der Qualität der gedruckten Layoutvorlagen unzufrieden.
Beim Positivlack mag es noch gehen, aber mit dem fürs Durchkontaktieren
notwendigen Tentingresist wird es dann kritisch.

Daher habe ich mich entschlossen, einen Laserbelichter für Filme zu 
entwickeln.

Diese belichtet nicht den Resist, sondern einen speziellen Film, wie er 
auch in der Industriellen Fertigung Verwendung findet. (eingesetzt wird 
der
Strichfilm von Bungard)

Der Film wird auf einer Trommel befestigt, die sich dreht und deren 
Position mit einem 3600cpr Encoder gemessen wird.
Daneben fährt, angetrieben von einem Schrittmotor und einer 
Trapezgewindespindel, der Laserkopf auf einer Linearführung entlang.

Für den ersten Testaufbau habe ich noch einen Pickup aus einem DVD 
Player verwendet (Wellenlänge 635nm). Es soll dann allerdings eine 
richtige
Optische Bank dafür konstruiert werden.

Gesteuert wird das Ganze von einem STM32F103RC ARM Controller. Die Daten 
kommen via RS232 rüber.

Momentan beträgt die Auflösung 846dpi, sie wird aber noch gesteigert.

Hier seht ihr den Plotter:
https://oe2bcl.info/plotter/plotter_proto.JPG

Er befindet sich in einem Lichtdichten koffer.
Da ich die ersten Versuche mit normalem fotografischen SW Film gemacht 
habe, musste er in völliger Dunkelheit be- und entladen werden. Der 
richtige Leiterplattenfilm ist allerdings grünblind, was de Handhabung 
sehr vereinfacht.

Das ist einer der Ersten Filme:
https://oe2bcl.info/plotter/testfilm1.JPG

Die Schwärzung ist hierbei natürlich nicht besonders gut, da es sich ja, 
wie erwähnt, um einen normalen Fotofilm handelt, der ja darauf ausgelegt 
ist, feine Tonwertabstufungen richtig wiederzugeben. Der PCB Film hat 
hingegen eine extrem hohe Dichte und ist äußerst steil, dh er kann 
praktisch nur transparent und komplett schwarz darstellen.
Ausserdem ist der Film auf dem Foto der allererste Testfilm und der
wurde noch mit 423dpi Auflösung geplottet, daher wirken die Rundungen 
usw etwas abgehackt.

Der aktuelle Stand ist noch teilweise etwas "zusammengeschustert", aber 
der endgültige Aufbau wird sich dann sehen lassen können.

vy73 de Chris, OE2BCL
Gast #4598723
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Christoph B. schrieb:
> Der Film wird auf einer Trommel befestigt, die sich dreht und deren
> Position mit einem 3600cpr Encoder gemessen wird.

Dazu 2 Anmerkungen:

1. Die Präzision hängt davon ab, dass der Film perfekt auf die Trommel 
gespannt ist.

2. Ev. muss man den Film mit der Schicht aussen aufziehen und die 
Filmdicke per Software kompensieren.

Unser Leitz-Wild-Laserplotter hatte den Film innen an einer 
feststehenden Hohl-Trommel, der Laser und ein rotierender Spiegel befand 
sich in der Trommelachse. Auflösung war 5µ, also 5080 dpi. Ist aber kein 
fairer Vergleich, der Plotter kostete ungefähr 1/2 Million. Aber für 
einen Amateur ist deiner eine schöne saubere Arbeit.

Was mir noch auffällt bei überschlägiger Rechnung: ich schätze deine 
Trommel hat so 20 cm Umfang, dann reicht ein Encoder mit 3600 Schritten 
nur bei 2 oder 4fach-Auswertung für die gewünschte Auflösung.

Georg

PS zur Filmdicke: du müsstest wohl Testfilme vermessen und den 
effektiven Durchmesser beim Belichten bestimmen. Man will ja stabile 
Filme verwenden, und der Einfluss der Filmdicke ist in jedem Fall 
erheblich grösser als die Auflösung. Es wäre schade hier Genauigkeit zu 
verschenken.
#4598736
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Über die ganzen Aspekte habe ich mir im Vorfeld genau Gedanken gemacht.

Der Film wird mit der Emulsionsseite zur Trommel hin aufgespannt und mit 
Klebeband fixiert (wie bei Bungard)

Mein Plotter hat vom Design her eine Auflösung vo 10um, also 2540dpi. 
Lediglich die Ausgabe der Zwischenpixel (6stk) zwischen den 
Encoderpulsen
ist noch nicht implementiert. Ich triggere momentan auf die steigende 
und fallende Flanke des Encodersignals was dann zu 1/3 der Nennauflösung 
führt.

Die Trommel hat einen Durchmesser von 68,75mm, was dann zu 6um pro 
Encoderpuls führt. Dazwischen belichtet die Software dann 6 Pixel ein 
(momentan sind es aber wie erwähnt nur 2 pro Puls).

Das kommt dann später wenn die Software endgültig fertig ist, momentan 
laufen eben mal die ersten Tests, und die sind schon um Welten besser 
als das was man mit den üblichen Druckern hinbekommt.

Die Spindel hat eine Steigung von 2mm was bei 200 Vollschritten pro 
Umdrehung zu 10um Auflösung führt.

Es kann später dann eine Verdoppelung der Nennauflösung vorgenommen 
werden, womit wir dann eh bei der 1/2 mio. Auflösung wären ;-)

Als Film kommt wie erwähnt das exakt dafür vorgesehene Industriematerial 
zum Einsatz. Ich habe nur die allerhöchsten Anforderungen an den 
Plotter, da gibt es keine Kompromisse.

Sobald der richtige Film geliefert wurde, gehen die Arbeiten weiter, 
dann sollte auch das Belichten der Zwischenpixel gemacht werden und dann 
hätte er mal die volle Auflösung von 2540dpi.

lg Chris
Gast #4598838
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Christoph B. schrieb:
> und deren
> Position mit einem 3600cpr Encoder gemessen wird

Welchen Encoder nutzt Du?

Christoph B. schrieb:
> was dann zu 6um pro
> Encoderpuls führt

Gerundet komme ich auf 7 - ist aber egal, da sowieso sehr, sehr fein :-)

Wie schnell dreht sich die Trommel? Ich frage, weil mich die 
Schaltzeiten der Laserdiode interessieren ... . Da sehe ich jetzt auf 
Anhieb keine komplexe Ansteuerung - oder täuscht das?
#4598894
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Servus

Der Encoder ist ein HEDR-55L2-BY09 von Avago (A, B und Indexausgang)

Bei D=68,75mm kommt man auf 68,75*pi / 3600 = 0.0599mm pro Impuls.
Ich triggere momentan auf die Steigende und Fallende Flanke vom Signal,
wodurch sich 0.03mm pro Interrupt ergeben.

Geplant sind 0.01mm, aber das ist auch nur mal ne Elektronik zum testen,
die ich da gebaut habe. Ich wollte nicht unnötig viel Arbeit investieren
bevor ich nicht wusste, dass das ganze hervorragend funktioniert 
(bereits die Mechanik war ein Haufen Arbeit)

Die Trommel dreht sich mit 600min^-1 und wird momentan nicht geregelt,
sondern einfach fix per PWM gefahren, da die Pixel zur Zeit eh fix auf
die Encoderpulse gelegt werden.

Das eigentliche Konzept sieht vor, zwischen die Pulse eben weitere Pixel
reinzuklopfen, und da ist die genaue Drehzahl natürlich notwendig damit
das Timing stimmt.

Ich spiele allerdings mit dem Gedanken, für eine höhere Auflösung den 
Encoder an der Motorwelle zu montieren und die 
Synchronriemenuntersetzung entsprechend anzupassen, damit ich mir den 
"Blindflug" zwischen den Impulsen spare.

Aber das wird sich alles zeigen.

Momentan ist einiges daran noch provisorisch (wie auch die Platine), 
aber das mache ich bald alles in sauberer, endgültiger Form, da das 
Konzept ja bestens funktioniert.

lg Chris
Gast #4598976
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Christoph B. schrieb:
> Sobald der richtige Film geliefert wurde, gehen die Arbeiten weiter,
> dann sollte auch das Belichten der Zwischenpixel gemacht werden und dann
> hätte er mal die volle Auflösung von 2540dpi.

Entwickler und Fixierer dürften da nicht so leicht zu beschaffen sein,
oder?. Ich hab mal mit Kodak und Agfa gearbeitet, aber das ist schon
lange her.

Georg schrieb:
> 1. Die Präzision hängt davon ab, dass der Film perfekt auf die Trommel
> gespannt ist.

Ich hatte mal beruflich Berührung mit einem Vektorfotoplotter
(Typ weiß ich nicht mehr) der mit einer geschlitzten Trommel
(in x- und y-Richtung) mit Unterdruck den Film hielt.
Das war ein Präzisionsgerät und das sah man dem Gerät und den
geplotteten Filmen auch an. Die Optik und die Blendenscheibe
waren vom Feinsten.
Der TO hat da wohl einen Rasterfotoplotter gebaut, was Vor-und
Nachteile hat.

Christoph B. schrieb:
> Die Daten
> kommen via RS232 rüber.

Ist das nicht ein wenig lahm?
#4598984
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nemesis... schrieb:

> Entwickler und Fixierer dürften da nicht so leicht zu beschaffen sein,
> oder?. Ich hab mal mit Kodak und Agfa gearbeitet, aber das ist schon
> lange her.
Filme sowie Chemie werden bei Bungard bezogen (als Firma ist es
generell einfacher, solche Sachen zu kaufen).
>

> Ich hatte mal beruflich Berührung mit einem Vektorfotoplotter
> (Typ weiß ich nicht mehr) der mit einer geschlitzten Trommel
> (in x- und y-Richtung) mit Unterdruck den Film hielt.
> Das war ein Präzisionsgerät und das sah man dem Gerät und den
> geplotteten Filmen auch an. Die Optik und die Blendenscheibe
> waren vom Feinsten.
> Der TO hat da wohl einen Rasterfotoplotter gebaut, was Vor-und
> Nachteile hat.
>
Ja, es handelt sich um einen Rasterplotter. Ein Vektorplotter hat 
natürlich seinen Reiz, ist heute aber nicht mehr Stand der Technik. 
Zumal man jede Menge verschiedene Blendenformen bräuchte. Da ist es 
wesentlich zweckmäßiger, die Möglichkeiten der heutigen EDV auszunutzen 
und die Gerberfiles zu rastern (wie in der Industrie üblich)

> Christoph B. schrieb:
>> Die Daten
>> kommen via RS232 rüber.
>
> Ist das nicht ein wenig lahm?
Wenn man es mit 9k6 und Laden - Plotten - Laden - Plotten... macht, ja, 
wenn man mit voller Datenrate und DMA arbeitet (Daten laden  und 
gleichzeitig plotten), nein.

lg
#4599123
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Nur falls die gerechnete Aufloesung nicht erreicht wird,
Die Vibrationen hervorgerufen durch den Zahn Riemenantrieb bringen die 
Laserdiode zum Schlottern, Der Spindelantrieb wird auch nicht immer an 
der Flanke arbeiten, und deren Spiel laesst einiges zu.

Nur falls die gerechnete Aufloesung nicht erreicht aber benoetigt wird, 
wuerde ich den Aufbau vibrationsaemer bauen. Die Trommel entweder mit 
einem Rillenriemen oder direkt abtreiben. Direkt antreiben, zB mit einem 
mikrogesteppten Stepper, oder einem BLDC.

Den Vorschubstepper wuerde ich auch durch einen mikrogesteppten Stepper, 
oder einem BLDC ersetzen und die Trapezspindel zumindest verspannen, 
oder gegen eine Kugelumlaufspindel tauschen.


Trotzdem eine schoene Arbeit.
Persönliche Seite #4599262
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Wäre es nicht interessant, direkt das beschichtete Leiterplattenmaterial 
zu belichten?

Dann wird entweder eine Zweiachs-Spindelführung nötig, oder die 
bisherige Ache ist durch einen Ablenkspiegel zu ersetzen (so, wie es in 
Laserdruckern üblich ist, die bekommen damit ja auch ganz anständige 
Auflösungen hin).

Letzteres dürfte auch den "Plotvorgang" deutlich beschleunigen.
#4599345
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Servus Leute

Ja, dass man normalen Fotofilm nicht durch die Basis belichtet ist mir 
klar (bin selber Fotograf). Allerdings wird das seitens Bungard so 
angegeben in deren Handbüchern (Emulsionsseite zur Trommel).
Mich selbst hat das aber auch gewundert als ich es zum Ersten mal 
gelesen habe.


Mechanisch gibts an dem Ding keine Probleme, der eventuelle Einfluss des 
Riemens ist egal, weil die Position sowieso direkt an der Trommel 
gemessen wird.

Wackeln tut in dem Fall auch nichts, weil der bewegliche Teil des 
Pickups natürlich vorher fixiert wurde. (Ausserdem bekommt die 
endgültige Version sowieso eine speziell dafür entwickelte Optische Bank 
auf den Schlitten)

Umkehrspiel ist, wie von Pic Tech erwähnt, ebenfalls egal und wurde aus 
diesem Grund ganz bewusst nicht konstruktiv verhindert. Der Schlitten 
fährt immer in die gleiche Richtung.

Trommel schwärzen ist bei Bedarf vorgesehen (wenn sich daraus Probleme 
mit dem Strichfilm ergeben).

lg
#4599398
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@Rufus:

Direkt-Laserbelichten oder sogar Laserstrukturieren habe ich im 
Hinterkopf. Vorerst habe ich mich aber mal für den Weg des Photoplotters 
entschieden.
Weil da weiss ich, dass meine angestrebten Strukturgrößen problemlos 
machbar sind.

Das sind sie zwar mit DLI auch, aber da habe ich noch nichts evaluiert 
und somit kann das durchaus aufwändiger werden.

lg
Gast #4600007
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nemesis... schrieb:
> Mit zunehmender Auflösung dürfte der Rechenaufwand entsprechend
> aufwendiger werden.

Klar, da müssen ev. Gigabyte an Pixeldaten an die Lasereinheiten 
übertragen werden. Wo ist das Problem?

Nicht unbedingt sinnvoll ist es, die Daten vorher zu rendern, bei 
unserem Laserplotter ging das "on the fly", ein Array von Number 
Cruncher Prozessoren hat immer dem Laserstrahl etwas voraus gerechnet. 
Bei unserem Plotter wären das sonst bei einer Filmgrösse von 600 x 600 
mm und 5µ Auflösung rund 2 GB gewesen. Natürlich wurden die von der 
Recheneinheit zum Plotter selbst auch nicht per RS232 übertragen. Aber 
nochmal: wo ist das Problem?

Georg
#4600035
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@Pic Tech:

Ja, gerber2tiff habe ich ursprünglich auch verwenden wollen. Hat auch 
super funktioniert, bis ich mal ein Layout durchgeblasen habe, das 
komplett in eine Massefläche eingebettet war. Da hat es dann die 
komplette Fläche gefüllt und von den Strukturen innerhalb war nichts 
mehr zu sehen.

Darum bin ich dann auf einen kommerziellen Gerberviewer mit integriertem 
Converter umgestiegen, der arbeitet (wie erwartet) einwandfrei.

Wäre aber mal interessant ob das mit anderen Versionen von gerber2tiff 
auch auftritt, weil zum einbinden ins Plotterprogramm wäre es als 
Konsolenanwendung ja prädestiniert.

lg
#4600187
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Servus

Da möchte ich dem Bungard Vertrieb nicht auf den Schlips treten. Einfach 
direkt dort anfragen.

Das Problem ist, dass man außer dem Film noch den Entwickler + Fixierer 
benötigt. Da kommt einiges zusammen, weil es das Material natürlich nur 
in etwas größeren Gebinden gibt (Ist ja primär auch für gewerbliche 
Anwender gedacht).

So nen mittleren dreistelligen Betrag muss man dafür leider kalkulieren.
Aber dafür gibts 50 große Blätter Film und ausreichend Chemie.

Von einem Blatt kann ich mehrere Einzelbögen zuschneiden, die das Format 
meines Plotters komplett ausnutzen.

In Summe zahlt es sich natürlich aus, wenn man die Qualität haben möchte 
die damit möglich ist und der Durchsatz gegeben ist.

Ich werde die Ergebnisse mit dem Film dann natürlich posten.

lg
Gast #4600323
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Hallo Christoph,

eine schöne Arbeit hast du da gezeigt. Mich würde interessieren, was da 
rotes auf deiner Belichtertrommel während des Schlichtens ist.

Der Fotofilm würde mich auch interessieren. Sollte sich hier eine 
günstige Quelle auftun und die Chemie nicht allzu exotisch sein, so wäre 
ich sehr interessiert.

Mit Gruß

Schmidt
#4600625
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Bei https://www.fotoimpex.de/shop/
ORTHOCHROMATISCHER Planfilm 10,2x12,7 CM (4x5 INCH) / 10 Blatt 8,32 EUR
ADOX CMS 20 II 10,2x12,7 CM (4x5 INCH) / 50 Blatt 117,81 EUR (Dieser 
Film hat eine unschlagbare Auflösung)
Entwickler: Dokumol 1000 ml Konzentrat 16,51 EUR
Hinzu kommen noch Stinknormales billiges Fixiersalz und Netzmittel.

oder bei

https://www.macodirect.de/
Rollei Ortho 25 Planfilm (4x5")50 Blatt 58,00 €

Alles ganz problemlos käuflich zu erwerben, auch in anderen Größen und 
Gebinden.

Und dann noch meine Variante, "Eigenbau-film". Macht Arbeit, ist aber 
unschlagbar günstig bei guter Auflösung und tiefschwarz. Hier zb. gibts 
gute Rezepte:
http://thelightfarm.com

Pic T. schrieb:
> UV Filme
Sind leider völlig ungeeignet
Persönliche Seite #4600626
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Christoph B. schrieb:
> Man könnte ja mal sowas wie den Adox CMS20 im Planfilmformat versuchen.

Den kauft man dann z.B. bei Fotoimpex:

https://www.fotoimpex.de/shop/filme/planfilme/

Allerdings führen die den nur mit 4x5":

https://www.fotoimpex.de/shop/filme/adox-cms-20-ii-102x127-cm-4x5-inch-50-blatt.html

Für eine Europakarte braucht man 5x7", da kostet das günstigste Material 
knapp 60 EUR/50 Blatt.

Das sind allerdings panchromatischer Filme, die man nur bei absoluter 
Dunkelheit entwickeln kann. Ein 4x5-Planfilmtank ist ja noch zu 
bekommen, aber bei 5x7 oder größer muss man auf Schalenentwicklung 
zurückgreifen. Die bei absoluter Dunkelheit, ohne Dunkelkammerleuchte?

Ich würde da doch eher versuchen, direkt auf das Photoresist der Platine 
zu plotten und den Weg über den Film mit Trommel zu vermeiden.
#4600651
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Es gibt auch noch lith film welche nicht ortochromatisch sind und 
gunstiger sind.
Diese sind blau und UV empfindlich.
Als entwickler kommt 2 komponenten Entwickler MIT 4:1 Mischung 
zumEinsatz, der haltet eine gewisse Zeit wenn man die Sauerstoffzufuhr 
unterbinded, z.b. MIT deckel und Stûropor. Nicht gemischt ist der 2 
komponenten Entwickler unbegrenzt haltbar. Einkomponenten Entwickler wie 
z.b von doupont funktionueren 28 minuten lang. Gamma von 6 erreichen sie 
alle,
Mit nicht steilen entwicklern wird e in gamma von 4 erreicht.
#4600674
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Mir ging es primär darum, dass der Film nicht bei völliger Dunkelheit 
verarbeitet werden muss, weil da wirds recht schnell unangenehm.

Ich hab zwar einiges an Dunkelkammererfahrung, aber Film zuschneiden und 
richtig auf die Trommel kleben ist scho sehr knifflig wenn man nichts 
sieht.

Beim Film gehts auch nicht primär um die Auflösung, sondern um die 
erreichbare maximale Dichte!

lg
Gast #4601126
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Georg schrieb:
> Prinzipiell sind die Filme bei kürzeren Wellenlängen empfindlicher

Nachtrag:

1. Je kürzer desto besser lässt sich der Strahl fokussieren, das darf 
man auch nicht vergessen.

2. Wenn man Filme industrieller Qualität bei einem seriösen Anbieter 
kauft, gibt es auch technische Daten dazu - insbesondere die 
Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Danach sucht man 
sich seine Lichtquelle aus.

nemesis... schrieb:
> Gewöhnlich sind die
> Lith-Filme für Weisslicht.

Wenn es um höchste Schärfe geht, ist weiss am ungeeignetsten. Es geht 
hier ja nicht um den künstlerischen Eindruck von Halbtonaufnahmen.

Georg
#4601261
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Wie wärs wenn man einfach eine Laserdiode aussucht, die eine Wellenlänge 
hat auf die der verwendete Film empfindlich ist?

Ich sehe absolut kein Problem an dem Weg für den ich mich entschieden 
habe.
Normale 635nm Laserdiode, ein paar mW und fertig. Ergibt gestochen 
scharfe und perfekt lichtdichte Vorlagen mit denen man jede Art von 
Resist belichten kann. Und genau das war auch die Zielsetzung des 
Projekts. Es ging nicht darum, irgendeine experimentelle Konstruktion zu 
machen, sondern darum, einen kleinen Laserplotter für den häufigen 
Einsatz zu entwickeln.

DLI ist ne andere Geschichte und erfordert eine andere Mechanik und 
stärkere Laser.

Für die Platinenfilme habe ich mich einfach deshalb entschieden, weil 
ich nicht lang rumpfuschen will bis etwas funktioniert. Da nehme ich 
einfach das Material bei dem ich zu 100% weiß, dass es genau so 
funktioniert wie ich mir das vorstelle.

Man kann natürlich experimentieren, aber nicht wenn etliche HF Platinen 
darauf warten, endlich vom CAD in die wirkliche Welt übertragen zu 
werden.
Bei mir gings da knallhart um den schnellstmöglichen Aufbau der 
Prototypenherstellung, und da kalkuliere ich einfach einen bestimmten 
Betrag für die Verbrauchsmaterialien. Optimieren kann man später immer 
noch.

Dass jede Diskussion zum Thema Laserplotter unweigerlich nach 
Direktbelichten abgleitet, war mir auch von Anfang an klar.

Ich habe das Projekt vor allem deswegen vorgestellt, um dem Einen oder 
Anderen Mut zu machen, der ebenfalls mit dem Gedanken spielt, sowas zu 
bauen.

lg
#4606358
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Gestern habe ich den Film bekommen.

Dieser liefert jetzt natürlich 1a Ergebnisse. Sehr hohe Kantenschärfe 
und in den Schwärzen erscheint die Sonne nur mehr als dunkelgrüne 
Scheibe.

Es müssen zwar noch ein paar Feinabstimmungen bzgl. Laserleistung und 
Fokus durchgeführt werden, aber prinzipiell ist es ein Erfolg auf ganzer 
Linie.

Dass dieser Film durch die Basis (also mit der Emulsionsseite zur 
Trommel) belichtet werden muss, hat auch seinen Grund. Er verfügt im 
Gegensatz zu fotografischem Filmmaterial nicht über eine 
Lichthofschutzschicht, damit ist man nicht vor Reflexionen geschützt, 
die von der Trommel her rühren.
Dazu habe ich auch eine Testbelichtung durchgeführt bei der die 
Emulsionsseite aussen war. Diese war sehr schlecht durch die vielen 
Überstrahlungen.

Ja, ich weiss, man könnte jetzt trefflich darüber diskutieren, dass man 
die Trommel schwärzen sollte, aber erstens ist eloxieren nicht ganz 
billig und zweitens ist es völlig unnötig, da der Film ohnehin nach 
Herstellervorgaben mit der Emulsion zur Trommel belichtet werden muss 
und ausserdem durch eine schwarze Trommel die Streuung im Trägermaterial 
auch nicht verhindert werden würde.

lg

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