2..Цифровые способы печатания, их место на рынке полиграфических услуг, перспективы развития.

В связи с широким внедрением в полиграфическое производство электрофотографии, вычислительной и лазерной техники с начала 90-х гг. стали развиваться цифровые технологии печатного размножения текстовой и изобразительной информации и появились способы цифровой печати.

Эти технологии еще полностью не изучены с теоретической и практической точек зрения, поэтому нет единой трактовки термина «цифровая печать» и общепринятой классификации и терминологии этих способов. В широком понятии цифровая печать - это совокупность полиграфических способов размножения текстовой и изобразительной информации в автоматических машинах или устройствах (цифровых печатных машинах), в которых вместо вещественной печатной формы задание на печатание поступает в цифровом виде (рис. 1.3).

Эти машины оснащены управляющими устройствами, состоящими из высокопроизводительных компьютеров с соответствующим программным обеспечением. Они принимают задание, обрабатывают его и передают в печатающее устройство, где изготавливаются печатные формы или за­меняющие их носители информации, далее осуществляется печатание ти­ража.

Цифровые способы все шире применяются для размножения одно- и многокрасочных изданий.

Цифровые способы печати с использованием печатных форм.

Данные способы печати предполагают использование в качестве носителя передаваемой на запечатываемую поверхность информации печатные формы плоской офсетной и трафаретной печати, изготавливаемые непо средственно в печатной машине. В процессе печатания всего тиража содержание информации на формах не может изменяться. По окончании работы формы заменяются новыми. Формы плоской офсетной печати (с увлажнением и 'без увлажнения пробельных элементов) изготавливаются на специаль­ных материалах лазерной записью в соответствии с поступающей в машину цифровой информацией. Офсетные машины, процесс изготовления и качество получаемой продукции принципиально такие же, как и в технологии классической плоской офсетной печати.

Формы трафаретной печати изготавливаются на специальной пленке. На ней в соответствии с поступающей цифровой информацией прожига­ются микроотверстия - печатающие элементы. В процессе печатания краска под давлением подается изнутри формного цилиндра, на котором располагаются печатные формы. Оборудование - аппарат фирмы «Rizo», способ получил название «ризография». Он имеет ограниченные возможности по тиражестойкости и формату форм, а также качеству получаемой продукции, но характеризуется большой оперативностью.

Цифровые способы печати с использованием электрофотографи­ческих носителей.

В данных способах печати печатные формы заменяют­ся, например, электрофотографическими носителями информации, изго­тавливаемыми в печатной машине (устройстве) с помощью лазерного из­лучения, например на цилиндрах, покрытых ЭФС* (технология Computer-to-Print / Компьютер - Печать). Технология получения таких носителей осуществляется принципиально по схеме, представленной на рисунке 1.4. Но передача тонера на запечатываемую поверхность может быть как пря­мым способом, так и офсетным.

Наиболее распространенный вариант электрофотографического про­цесса сводится к следующим этапам:

- зарядка (электризация ЭФС (рис. 1.4 б) коронным разрядом не­посредственно перед экспонированием);

- создание на поверхности ЭФС оптического изображения (рис. 1.4 в) путем сообщения участкам слоя необходимых экспозиций (под воз­действием света образуется СЭФИ**);

- проявление (визуализация) СЭФИ осаждением на него тонкодисперсного, интенсивно окрашенного порошка, называемого тонером

(рис. 1.4 г);

- перенос тонерного изображения (рис. 1.4 д, е), составляющего двойной электрический слой, на бумагу или пленку при создании в зоне контакта электрического поля (обычно на бумагу переносится 70-80 % тонера);

- термическое закрепление тонера на бумаге (рис. 1.4 ж) и очистка )ФС от остатков тонера и зарядового «рельефа».

Рис. 1.4. Схема электрофотографического процесса: а - пластина с ЭФС; б - зарядка; в - создание на поверхности ЭФС оптического изображения; г - проявление СЭФИ; д, е - перенос тонерного изображения; ж - термическое закрепление тонера

Для получения следующей копии процесс повторяется полностью, начиная с зарядки ЭФС. Основная особенность рассматриваемого процесса заключается в том, что на поверхности носителей информации печатающее изображение для каждого оттиска формируется от начала до конца заново (см. рис. 1.4), т. е. повторяются операции: зарядка ЭФС, экспонирование, проявление и перенос тонерного слоя, закрепление его и очистка ЭФС. Это несколько осложняет процесс, но дает возможность при печатании тиража вносить изменения в содержание информации на носителях (следовательно, и на отпечатках). Таким образом, осуществляется печатание по требованию и персонификация, что во многих случаях имеет большое значение. При на­личии мощной быстродействующей компьютерной техники можно осу­ществлять печатание полностью сменяемых полос издания.

Хотя при электрофотографическом способе цифровой печати получа­ется продукция несколько более низкого качества но сравнению с класси­ческими способами, однако характеризуется большой оперативностью и хорошими экономическими показателями при производстве малотираж­ной продукции.

Цифровые способы печати без применения вещественных носи­телей.

В данные способах печати вещественные носители не используют­ся для размножения информации, она формируется непосредственно на запечатываемом материале с помощью методов струйной печати (см. рис. 1.5). Так осуществляется печатание но требованию и персонифи­кация информации.

В общем виде формирование красочного изображения на запечаты­ваемой поверхности 1 (рис. 1.5) производится путем набрызгивания мель­чайших капель краски 2 из сопел 3 с очень малым диаметром отверстия (до 12 мкм).

В настоящее время данные способы печати активно развиваются. По итогам выставки Drupa 2008 было отмечено, что многие фирмы (Screen, HP, ОСЕ, Xerox и др.), которые долгие годы развивали цифровую электрофотографическую и иные способы цифровой печати, включили свои программы системы цифровой струйной печати. Отдельное место занимают системы цифровой струйной рулонной печати книг и

газет в режиме Book-on-Demand с подборкой и клеевым изготовлением объемных книг в мягкой обложке.

Различают два вида технологий цифровой струйной печати:

- с непрерывной подачей чернил;

- с подачей капель чернил по требованию.

Непрерывная цифровая струйная печать.

П ринцип непрерывной цифровой струйной печати представлен на рисунке 1.6. Непрерывная струя чернил из сопла печатающей головки (куда они подаются под давлением) разбивается на последовательность микрокапель (объемом по нескольку десятков пиколитров*), которым дополнительно сообщается электрический заряд.

Деление струи потока чернил на капли осуществляется расположен­ным на сопле модулятором - пьезокристаллом, на котором формируется акустическая волна (частотой в десятки килогерц), что обеспечивает производительность одного сопла (форсунки) в диапазоне от 64 тыс. до 165 тыс. капель/с при скорости движения самих капель струи до 50 м/с.

К апли, которые не должны попасть на запечатываемую поверхность, направляются отклоняющей системой (дефлектором) в сборник чернил и, как правило, возвращаются обратно в основной резервуар (что, однако, ведет к загрязнению чернил пылью с поверхности запечатываемого мате­риала).

Печатающая головка подобной системы имеет десятки, а иногда и ты­сячи сопел, в результате достигается скорость перемещения запечатывае­мого материала до 100 м/мин при многокрасочной и до 300 м/мин при однокрасочной печати. Есть данные об опытных образцах систем струй­ной печати, где скорость запечатываемого материала превышает 17 м/с (1020 м/мин). Струйные системы непрерывной печати широко применяются в различных отраслях промышленности для нанесения сменяемых выходных данных, для нанесения стираемых данных на билетах лотерей, для печати адресов, штрихкодов и иной подобной информации.

Цифровая струйная печать с подачей чернил по требованию.

Принцип данного способа печати заключается в следующем: подача капель чернил из сопла печатающей головки происходит только тогда, когда чернила действительно надо нанести на соответствующую соплу область запечатываемой поверхности. Именно этот способ подачи чернил и получил самое широкое распространение в современных струйных принтерах. Существует несколько методов подачи чернил:

- пьезоэлектрический;

- термический метод газовых пузырей;

- метод Drop-on-Demand («капля по требованию»).

Пьезоэлектрический метод (Piezoelectric Ink Jet).

Данный метод основан на управлении соплом с использованием обратного пьезоэффекта, вызывающего деформацию пьезокристалла под воздействием электрического поля. Для реализации этого метода в каждом сопле печатающей головки размещен плоский пьезоэлемент, связанный с диафрагмой. При подаче напряжения пьезоэлемент изгибается и тянет за собой диа­фрагму, что ведет к наполнению сопла чернилами. Хотя струйный прин­цип печати известен уже давно, эти устройства не нашли бы широкого применения, если бы не изобретение, ставшее основой для распростране­ния струйной технологии, - технологии «пузырьковой» струйной печати (bubble-jet).

Первый и основной патент на данную технологию принадлежит ком­пании Canon. Фирма Hewlett- Packard (HP) также владеет рядом важных патентов в этой области. Ею был создан первый струйный принтер с ис­пользованием пузырьковой технологии Think Jet в 1985 г. Путем обмена лицензиями эти две фирмы получили подавляющее преимущество над конкурентами. Сейчас им принадлежит 90 % европейского рынка струй­ных принтеров.

Термический метод газовых пузырей (Thermal Ink Jet, Bubble Jet).

Meтод газовых пузырей, также называемый методом инжектируемых пу­зырьков или пузырьковой технологией струйной печати, является термическим. Каждое из сопел печатающей головки оборудовано нагревательным элементом в виде тонкопленочного резистора, который при пропускании через него тока, за 7-10 мкс нагревается до температуры пере­грева чернил (примерно 400 °С). Возникающий при резком переходе перегретых чернил в пар паровой пузырь (bubble) стремится вытолкнуть через выходное отверстие сопла необходимую каплю жидких чернил, которая переносится на запечатываемый материал. При отключении тока тонкопленочный резистор быстро остывает, паровой пузырь уменьшается в размерах, что ведет к разрежению в сопле и засасыванию новой порции чернил.

В таких головках меньше конструктивных элементов, чем в пьезого­ловках, поэтому подобные принтеры имеют большую надежность и ре­сурс. Кроме того, эта технология позволяет добиться более высокой раз­решающей способности печати. Однако, обеспечивая высокое качество мри прорисовке линий, метод газовых пузырей имеет недостаток при пе­чатании областей сплошного заполнения, поскольку они получаются не­сколько расплывчатыми. Применение принтеров, использующих этот ме­тод, целесообразно для печати графиков, гистограмм и иных видов графи­ческой информации. Для получения более высокого качества печати сле­дует выбирать струйные принтеры, реализующие метод Drop-on-Demand.

Метод Drop-on-Demand / «Капля по требованию».

Метод Drop-on-Demand использует так же, как и метод газовых пузырей, нагревательный элемент для подачи чернил из резервуара на бумагу. Однако для подачи чернил дополнительно применяется физический эффект действия сил поверхностного натяжения. В то время как в методе газовых пузырей функ­ция образования последних и соответственно капель чернил возложена исключительно на нагревательный элемент, в методе Drop-on-Demand используются несколько физических явлений. Как известно, на поверхности частиц жидкой фазы действуют силы поверхностного натяжения. При по­лучении электрического заряда сила поверхностного натяжения капли и снижается, что приводит к ее разрыву на более мелкие части. Это явление используется для получения туманообразных частиц чернил, которые поступают к выходным отверстиям сопел, управляемых электрическими сигналами. При нагреве приблизительно до 650 °С все чернила переходят в газообразное состояние, и смешение цветов происходит на молекулярном уровне. Цветное изображение в этом случае более контрастно.

В данной технологии управление частицами чернил производится в постоянном отклоняющем поле за счет регулирования их электрического заряда. Поэтому каждая вылетающая из сопла частица получает «свою» информацию в виде электрического заряда разной величины, что обеспечивает печатание с высокой скоростью и качеством.

В общепромышленных системах печатающие головки содержат от 16 до 64 струйных сопел (форсунок), в полиграфии - до 300 сопел при мо­нохромной печати и до более 400 форсунок при многокрасочной печати. В настоящее время монохромные системы струйной печати обеспечивают разрешение 300 точек/ дюйм, многокрасочные системы обладают разре­шением от 720 точек/дюйм и более (например, известные системы струй­ной цветопробы Iris обёспечивают разрешение 2540 точек/дюйм).