數(shù)字印刷工藝綜述

1、.數(shù)字印刷工藝綜述一. 數(shù)字印刷的概念數(shù)字印刷也稱為數(shù)碼印刷，是根據(jù)其工藝流程特點命名的。在整個印刷過程中，用數(shù)字描述頁面內(nèi)容，以數(shù)據(jù)文件的形式進行傳遞，以數(shù)字成像方式形成印刷品。國外也稱之為NIP(NonImpact Printing)，可翻譯為“非沖擊式印刷”，以NIP命名是根據(jù)印刷過程的物理和化學特性。數(shù)字印刷是一種計算機直接印刷技術(shù)(Computer to Print)。它不需要印刷底版（Master），底版也就是傳統(tǒng)的印版，具有永久性記錄信息的能力。數(shù)字印刷采用可成像表面（Imageable Surface）作為圖文載體，這類介質(zhì)表面不具備永久性保存信息的能力，如光導鼓等，每印完一個

2、印張就需要重新成像一次，而原來的成像內(nèi)容能立即擦除。因此，數(shù)字印刷的原稿可以是可變數(shù)字信息。許多人把DI（計算機直接成像）印刷也歸為數(shù)字印刷，這是不恰當?shù)?。雖然在整個工藝流程中DI也采用數(shù)字文件形式，但依然需要使用印版，不具備可變信息印刷功能。它只是“在機直接制版印刷”(Computer to Press)而已。二. 數(shù)字印刷的工藝流程在傳統(tǒng)的印刷工藝中，一般數(shù)字化程度只能到輸出膠片。而數(shù)字印刷從原稿到印品完成，整個過程都實現(xiàn)了數(shù)字化。印刷活件用數(shù)字方式定義，處理過程是數(shù)字形式的，印刷參數(shù)直接從數(shù)字活件上獲取，總之，數(shù)字印刷是一個數(shù)字化工作流程。數(shù)字印刷工藝中，每完成一個物理印刷頁面后需要再次

3、成像，即使頁面內(nèi)容完全相同也必須如此。圖1表示數(shù)字印刷工藝流程。與傳統(tǒng)印刷工藝流程相比，數(shù)字印刷流程中沒有了制版，對可成像表面的成像過程已經(jīng)是印刷的一部分?；罴募∷㈨撁鏀?shù)據(jù)文件表面成像印刷一份丟棄成像結(jié)果完成整個活件下一印張圖1 數(shù)字印刷工藝流程三. 數(shù)字印刷成像原理數(shù)字印刷主要采用數(shù)字成像技術(shù)，成像技術(shù)的種類很多，根據(jù)其成像的物理或化學原理可分為以下幾種：靜電照相成像、噴墨成像、磁記錄成像、電凝聚成像、離子成像和熱敏成像等。其中靜電照相成像和噴墨成像技術(shù)應用最多，技術(shù)最為成熟，被廣泛的用于數(shù)字印刷系統(tǒng)中。靜電照相(Electrophotography)靜電照相成像是應用最廣泛的數(shù)字印刷成

4、像技術(shù)，它利用光電導體表面受光照射能改變靜電分布的原理，從而形成圖文潛影（電荷圖像）。帶有電荷的圖文部分隨后吸引帶異性電荷的油墨（或呈色劑），再把它轉(zhuǎn)移到紙或其他承印物上，最后進行固化，形成最終的圖文。其原理和步驟如圖2所示。3 油墨(或呈色劑)轉(zhuǎn)移潛影光電導體充電電極電刷紙激光或光電二極管1 成像2 輸墨(顯影)5 清除4 固化(熱/壓)電極圖2 靜電照相印刷的基本原理和步驟靜電照相印刷的過程可以分為以下五步：成像、輸墨、轉(zhuǎn)移、固化、清除。一個循環(huán)完成一張印張的印刷。1. 成像成像裝置中，最重要的元件是圖文載體光電導鼓，它采用鋁基，外面涂布一層柔性的光導電層（硒或硅的化合物）。成像時，先對光

5、電導鼓的表面充電，形成一層均勻的電荷，接著光電導鼓表面在光的作用下成像，成像光源可以是掃描的激光，也可以是發(fā)光二極管陣列（模擬原稿，空白部分發(fā)光），光電導鼓表面曝光區(qū)域電荷釋放，形成非圖文區(qū)，未曝光部分電荷保留，這樣，就在光電導鼓上形成“電荷圖像”，也就是“潛影”。2. 輸墨靜電照相印刷使用的油墨與傳統(tǒng)油墨不同，它可以是固體粉末，也可以是液體呈色劑，但它必須帶有與潛像相反的電荷特性，這樣在電場力的作用下，光電導鼓表面的潛像區(qū)域吸附油墨（或呈色劑），形成可見圖像。這也就是所謂的“顯影”。3. 轉(zhuǎn)移光電導鼓表面的油墨（或呈色劑）可以直接轉(zhuǎn)移到承印物上，也可以通過中間載體轉(zhuǎn)移，但大多數(shù)采用直接轉(zhuǎn)移方

6、式。轉(zhuǎn)移時主要依靠電極對帶電油墨（或呈色劑）的電場力作用，當然也有壓力作用的幫助。4. 固化轉(zhuǎn)移到承印物上的油墨（或呈色劑）還需要進一步固化，使其牢牢粘附在承印物上。固化主要通過加熱和壓力作用完成。5. 清除如圖2所示，光電導鼓表面的油墨（或呈色劑）沒有完全都轉(zhuǎn)移到承印物上，還有一部分殘留在導鼓表面。為了進行下一印張的印刷，需要對光電導鼓表面的油墨（或呈色劑）進行機械清除。同時，還要進行電子清除和處理，使光電導鼓表面回到中性狀態(tài)。靜電照相印刷速度主要由光導體的充電速度和光電成像速度決定。靜電成像的質(zhì)量是由油墨（或呈色劑）顆粒大小決定的。印刷中多數(shù)使用固態(tài)墨粉，分辨力可以達到600800dpi。

7、采用濕式色粉顯影則可達上千dpi，印品色調(diào)級數(shù)可以有多級。噴墨成像(Ink Jet)噴墨印刷原理簡單，它在承印物有圖文的地方直接噴上油墨。噴墨方式有連續(xù)噴墨和按需噴墨兩種。其分類如圖3所示噴墨成像技術(shù)連續(xù)噴墨按需噴墨偏移距離恒定多個偏移距離熱敏方式壓電方式靜電方式液體油墨熱融油墨紙/其它承印材料圖3 噴墨成像技術(shù)的種類一是連續(xù)噴墨，噴墨系統(tǒng)利用壓力使墨通過噴墨孔形成連續(xù)墨滴流。墨流由于高速而變成細小的墨滴，其尺寸和頻率取決于液體油墨的表面張力、所加壓力和噴墨孔的直徑。墨滴的落點由偏轉(zhuǎn)電極控制，偏離距離的級數(shù)由電極電壓級數(shù)決定。因此有定值偏移和多級偏移兩種，當控制電極上所加的電壓幅值不變時，墨滴

8、偏移距離恒定；當電壓幅值有多級時，墨滴的偏移距離也有多級。連續(xù)噴墨的原理如圖4所示。成像信號壓電晶體控制電極偏轉(zhuǎn)器油墨噴嘴泵擋墨板承印物承印物成像信號加熱電阻油墨氣泡噴嘴圖5 熱敏噴墨的基本原理圖4 連續(xù)噴墨的基本原理二是按需噴墨，當需要墨滴時才有壓力作用于墨盒。按需噴墨有熱敏、壓電、靜電三種方式。在噴墨數(shù)字印刷機上，許多細小的噴墨孔集成為陣列，進行印刷作業(yè)。熱敏噴墨方式如圖5所示，當成像信號作用在加熱元件上時，加熱元件溫度迅速上升，油墨蒸發(fā)，產(chǎn)生氣泡，擠壓油墨，在壓力下噴出墨滴。當溫度下降時，氣泡消失，墨盒在毛細管作用下吸入新油墨。壓電噴墨方式如圖6所示，主要利用壓電效應，壓電晶體（壓電陶瓷

9、）受到微小電子脈沖作用，會立即膨脹，使與之相連的墨盒受壓，產(chǎn)生墨滴。靜電噴墨方式如圖7所示，其基本原理是在噴嘴與承印物之間形成一個電場，成像脈沖信號通過開關(guān)元件控制噴嘴，當有成像信號時，墨滴釋放，在電場力的作用下轉(zhuǎn)移到承印物上。該技術(shù)主要利用“泰勒”效應。E 。 電場成像信號開關(guān)元件油墨承印物成像信號承印物噴嘴油墨壓電陶瓷圖7 靜電噴墨的基本原理圖6 壓電噴墨的基本原理一般來說，噴墨印刷具有3001500dpi的分辨能力，階調(diào)數(shù)為多值(但有限)，而且成像速度非常快。大多數(shù)噴墨成像都采用水基油墨，呈色劑以染料為主，最終影像的形成取決于油墨與承印物的相互作用。 電凝聚成像(Electrograph

10、y)電凝聚成像不同于靜電照相成像，它基于通過自由的鐵離子使聚合物凝結(jié)(一種由液態(tài)變成凝膠狀的狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程)。當有圖像信號時，發(fā)生電化學反應，鐵離子析出，油墨重新凝結(jié)，固定在成像滾筒表面形成圖像區(qū)域，而沒有發(fā)生電化學反應(即非圖文區(qū)域)的油墨依然是液體狀態(tài)。然后，通過刮板的機械作用可以將非圖文區(qū)域的液體油墨去掉，使?jié)L筒表面只剩下圖文區(qū)域的油墨。最后，通過壓力的作用將油墨轉(zhuǎn)移到承印物上。磁成像印刷(Magnetography)這種成像技術(shù)與磁帶的記錄技術(shù)采用相同的記錄原理，即依靠磁性材料的磁子在外磁場的作用下定向排列，形成磁性潛影，然后再利用磁性色粉與磁性潛影之間的磁場力的相互作用，完成輸墨(即顯

11、影)，最后將磁性色粉轉(zhuǎn)移到承印物上即可完成印刷。離子成像印刷 (Ionography)該技術(shù)有時也稱為電子束印刷技術(shù)，它通過使電荷的定向流動建立潛像，該過程類似于靜電照相印刷。不同之處在于，靜電照相印刷是先對光敏鼓充電，然后對其進行曝光生成潛影；而電子束成像印刷的靜電圖文是由輸出的離子束或電子束信號直接形成的。離子或電子束成像印刷的靜電圖文鼓采用更堅固、更耐用的絕緣材料制成，以便接收電子束的電荷。熱成像印刷(Thermography)熱成像印刷工藝利用熱效應，并采用特殊類型的油墨載體(例如色帶或色膜)轉(zhuǎn)移圖文信息，熱成像技術(shù)可劃分為熱升華(染料熱升華)和熱轉(zhuǎn)移(熱蠟轉(zhuǎn)移)兩種，某些數(shù)字打樣設(shè)備

12、就采用了熱成像技術(shù)。照相印刷 (Photography)該技術(shù)依賴于特殊類型的光敏紙張，這種紙張可借助于光信號以數(shù)字方式控制曝光，類似于彩色照片的形成。其它成像技術(shù)除了上面列舉的數(shù)字印刷成像技術(shù)外，還有許多正在研發(fā)的新的數(shù)字印刷成像技術(shù)，這些可稱為X成像(XGraphy)。這里，XGraphy并不是指利用X光來實現(xiàn)成像，而是用來代替目前尚未實現(xiàn)商業(yè)化的成像技術(shù)。其成像原理可以參考相關(guān)技術(shù)資料。四. 數(shù)字印刷系統(tǒng)的功能部件數(shù)字印刷系統(tǒng)采用不同的成像技術(shù)時，其功能部件有些不同，甚至有很大的差別。但有些功能部件對大多數(shù)數(shù)字印刷系統(tǒng)來說還是需要的，如柵格圖像處理器、成像裝置、定像裝置等。數(shù)字印刷系統(tǒng)的

13、組成如圖8所示。掃描輸入/數(shù)據(jù)讀入RIP柵格圖像處理系統(tǒng)控制臺數(shù)字印刷成像、定像彩色印品監(jiān)視器位圖監(jiān)視器圖8 數(shù)字印刷系統(tǒng)組成掃描輸入部件 數(shù)字印刷生產(chǎn)的全過程都是數(shù)字化的，掃描輸入部件可完成模擬原稿的數(shù)字化工作。掃描輸入部件一般是掃描儀，可內(nèi)置在數(shù)字印刷機上，原稿數(shù)字化后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件直接用于印刷。柵格圖像處理器 柵格圖像處理器是數(shù)字印刷系統(tǒng)必不可少的功能部件，它將用各種語言描述的頁面內(nèi)容轉(zhuǎn)換為位圖描述。 成像部件 除噴墨印刷直接形成可視圖像外，其它數(shù)字印刷工藝需要通過圖文載體（可成像表面）成像，建立視覺上不可見的潛影(Latent Image)。圖文載體是成像部件中的關(guān)鍵元件。例如在靜電照

14、相數(shù)字印刷系統(tǒng)使用的光電導鼓。圖文載體存儲的圖文信息是臨時性的，只能成像一次使用一次，即使對頁面內(nèi)容相同也如此。 輸墨裝置 除噴墨印刷外，數(shù)字印刷工藝需要對可成像表面輸墨的部件，稱它為輸墨裝置是為了與傳統(tǒng)印刷工藝使用的術(shù)語一致。對潛影輸墨的操作通常稱為顯影，是把油墨（或呈色劑）轉(zhuǎn)移到可成像表面的潛像上，形成視覺上可見的圖像。 定像裝置 油墨（或呈色劑）輸送到圖文載體表面只是圖文轉(zhuǎn)移的中間步驟，還需要進一步轉(zhuǎn)移到承印物表面，定像裝置是實現(xiàn)這一操作的部件。后處理裝置 為了建立連續(xù)的數(shù)字印刷過程，還可能需要對轉(zhuǎn)移到承印物上的油墨（或呈色劑）作固化和干燥處理，以及對圖文載體（和其它中間載體）表面作清除

15、和再次成像準備等。實現(xiàn)這些功能的部件可稱為后處理裝置。五. 數(shù)字印刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1. 直接轉(zhuǎn)移與間接轉(zhuǎn)移數(shù)字印刷系統(tǒng)中，對成像結(jié)果的轉(zhuǎn)移有兩種方式：一是直接轉(zhuǎn)移到承印物上；二是通過某一中間載體轉(zhuǎn)移，如帶有橡皮特性的柔軟滾筒。采用中間載體時，必須在轉(zhuǎn)移圖像信息后，對滾筒表面作清除和調(diào)節(jié)處理，準備下一個圖像轉(zhuǎn)移。2. 單路系統(tǒng)與多路系統(tǒng)對于彩色數(shù)字印刷機，有兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：單路結(jié)構(gòu)和多路結(jié)構(gòu)。單路結(jié)構(gòu)將每一色版建成一個獨立的印刷裝置，能將所有的顏色一次性轉(zhuǎn)印到承印物上，相當于傳統(tǒng)膠印機的多個印刷機座。多路系統(tǒng)只有一個印刷裝置，與多個輸墨裝置配合使用，實現(xiàn)各分色版印刷。采用多路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的印刷機只需要一個成

16、像裝置。單路系統(tǒng)對每個顏色構(gòu)建一個成像裝置和印刷裝置。成像速度與印刷速度相當，因此其印刷速度快，但單路數(shù)字印刷機的成本高；而在多路系統(tǒng)中，印張、中間載體或可成像表面必須多次與相同印刷裝置接觸來接收油墨，因此所需要的時間長，印刷速度慢，生產(chǎn)能力很低。3. 顏色合成方式彩色數(shù)字印刷系統(tǒng)中，顏色合成方式不同，系統(tǒng)構(gòu)造不同。對于單路系統(tǒng)和多路系統(tǒng)，顏色合成方式都有三種：一是直接在承印物上合成彩色，即把每個色版上的油墨（或呈色劑）分別轉(zhuǎn)移到承印物上；二是在中間載體上合成顏色，這種方式采用間接轉(zhuǎn)移，每個色版上的油墨（或呈色劑）都轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)印滾筒上，集中后一起傳遞到承印物上；三是在可成像表面合成顏色，即在可成

17、像表面集中所有的色版的油墨（或呈色劑）后，再轉(zhuǎn)移到承印物。 六. 數(shù)字印刷工藝特點1 印刷適性數(shù)字印刷適性很差，每種成像技術(shù)除了要求有專用印刷機外，還要求采用與成像技術(shù)和轉(zhuǎn)移特性相匹配的成像材料。如以電荷效應成像時，油墨（或呈色劑）必須具有合適的極性才能成功地從輸墨裝置轉(zhuǎn)移到可成像表面的圖文區(qū)，噴墨印刷使用低黏度的墨水（或熱溶油墨），熱成像技術(shù)則采用油墨色膜轉(zhuǎn)移圖文信息。因此數(shù)字印刷工藝對設(shè)備和材料的要求很高。通用性差，這也導致印刷成本的升高。2 印刷速度與質(zhì)量數(shù)字印刷工藝中，印刷頁面數(shù)據(jù)直接成像轉(zhuǎn)到印張上，省去了制版的過程，縮短了生產(chǎn)準備時間，簡化了工作流程，因此其印刷周期短。但與傳統(tǒng)印刷相比，數(shù)字印刷速度慢，因為不論頁面的內(nèi)容是否變化，每完成一印張都要成像一次。而且對于可變數(shù)據(jù)印刷，必須將每一個頁面上的所有元素（或部分元素）的代碼發(fā)送到RIP進行柵格化，然后才能進行成像印刷，所需的時間更長。因此，數(shù)字印刷適合于短版印刷。數(shù)字印刷的解像力有限，層次階調(diào)少，印刷中可變因素多，印刷質(zhì)量相對要低得多。而且，每一個印刷頁面均須重新成像，印品質(zhì)量的一致性很難保證。表1是傳統(tǒng)膠印和電子照相印刷/噴墨印刷（主流數(shù)字印刷工藝）之間的比較。印刷工藝比較傳統(tǒng)膠印電子照相印刷/噴墨印刷準備時間長，與制版工藝有關(guān)短，數(shù)字活件可直接上機印刷印刷速度快