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数字印刷机的工作原理及其控制

时间:2023-10-23 百科知识 版权反馈
【摘要】:无版数字印刷系统,也称可变数据印刷系统。采用固态墨粉类型的数字印刷机,基本原理是经过RIP处理的图文信息控制激光器,激光器发出的激光束射向有机光半导体滚筒使其成像,再将细微墨粉吸附其上,在滚筒上形成墨粉影像,印刷后,墨粉经加热固定在纸上。采用液态墨粉类型的数字式印刷机工作原理如图14-9所示。这主要靠独特的电子液体油墨,以确保印刷机只用一组滚筒就可完成四色或六色印刷。

三、数字印刷机的工作原理及其控制

1.无版数字式印刷机

无版数字印刷系统,也称可变数据印刷系统。只有无版可变数据印刷系统才是一种能够从计算机到纸张,实现内容张张不同的全数字化印刷系统,是理想的按需印刷设备。无版印刷是一项从根本上改变传统印刷概念的技术。

可变数据印刷系统的主要技术是采用静电印刷或喷墨印刷原理印刷。

现有无版数字式印刷机包括电子照相方式、电气凝聚方式、喷墨方式和磁记录方式等几大类。墨粉有固态和液态两种,一般是固态占主流,喷墨方式从一般用途到特殊用途有多种类型,根据不同的目的、速度、分辨率及颜色再现范围也不尽相同。对于印数极少的大尺寸的招贴画,喷墨方式将独占鳌头。喷墨技术正与计算机技术以同一水准、同一速度发展。喷墨技术在印刷领域的应用,是21世纪的一大课题。

(1)电子照相方式

电子照相方式是通过数字技术控制对应图像信息的激光光束影响光导体表面上静电电荷的分布,而后带电图像吸引墨粉,再转移到承印物上,色粉经过定型后形成图像,其显色介质主要采用色粉和电子墨。

采用固态墨粉类型的数字印刷机,基本原理是经过RIP处理的图文信息控制激光器,激光器发出的激光束射向有机光半导体滚筒使其成像,再将细微墨粉吸附其上,在滚筒上形成墨粉影像,印刷后,墨粉经加热固定在纸上。

XeikonDCP-1机型采用卷筒式给纸形式,通过印刷、输出机构的程控裁切机,将卷筒纸切成不同尺寸的印页,其工作原理如图14-8所示。

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图14-8 Xeikon DCP-1机工作原理

1-进纸;2-印刷装置;3-熔化装置;4-裁切装置;5-RIP(光栅图像处理器)

印刷装置为一涂有有机光电导体(OPC)薄层的铝制滚筒,铝质滚筒首先经一个特殊的电晕放电器充电,使OPC仍然保持带电状态。用发光二极管(LED)光源在电荷均匀的滚筒上成像。OPC滚筒经过照射后,将产生原稿文件的带电图像或潜像。当潜像显影时,曝光的图像部分吸引由磁刷显影系统散布的带电颗粒色粉,也就是静电照相印刷所用的“油墨”,从而在滚筒上产生由色剂组成的真正图像,再将OPC滚筒上的色剂图像转印到纸张上。

滚筒上的OPC涂层为无接缝循环式,因此,滚筒的周长并不限制需要印刷图像的长度。全部成像过程采用同步操作并加以精确控制,数字技术对图像进行精确套准,而不受纸卷或OPC滚筒的干扰,可以精确定时转移每一色的图像。

采用液态墨粉类型的数字式印刷机工作原理如图14-9所示。通过网络或磁介质接收到电子印前系统做好印刷电子文件后,对数据进行RIP处理,再利用激光成像系统在成像版上形成光电网点图像,图像带有负电荷;喷墨部件将带有正电荷的电子油墨喷射到成像版上,迅速形成油墨图像,继而转印到橡皮布上,通过压印和静电形成使橡皮布上的油墨百分百地转印到纸或其他介质上。在转印过程中,印版滚筒按照色序每旋转一周印一种颜色,而橡皮布上不残留任何墨迹。这主要靠独特的电子液体油墨,以确保印刷机只用一组滚筒就可完成四色或六色印刷。

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图14-9 Indigo数字印刷机工作原理

1-装订;2-小册子;3-纸堆;4-彩色油墨开关;5-激光成像;6-印版滚筒;7-橡皮滚筒;8-压印滚筒;9-输纸部件;10-磁带;11-存储器;12-第五色印刷;13-第六色印刷

Indigo数字式印刷机不用胶片,也无须晒制印版,只需将计算机处理好的图像、文字文件,送入工作站,由内置的RIP对文件进行栅格化处理,而将图像文件转换成不同加网线数、加网角度和网点形状的点阵信息。用这些信息控制6束激光的“开”或“关”,而在成像滚筒的有机光导体表面扫描,形成带正电的图文区域和不带电的非图文区域。当带负电的液体电子油墨喷出时,便被吸附到图文区域,接着图文被转移到橡皮滚筒上。此时,第一色黄色便印刷到橡皮滚筒7与压印滚筒8之间的承印物纸张上。往复4次,便可完成色序为Y→M→C→K的四色套印。

(2)电气凝聚方式

电气凝聚成像是一种全新的成像方式,具有非常高的成像速度,这种成像方法采用电化学凝聚原理,通过电极之间的电化学反应导致油墨发生凝聚,使一种水性的反应油墨从液体状态转换成为固体状态,从而使油墨固着在成像滚筒表面形成图像区域,没有发生电化学反应的非图文区域的油墨依然是液体状态。然后,通过一个刮墨刀的机械作用可以将非图文区域的液体油墨去掉,使滚筒表面只剩下图文区域的固着油墨。最后,通过压力的作用可以将固着在成像滚筒上的油墨转移到承印物上,从而实现影像记录,完成印刷过程。

这种成像方式对承印物没有特殊要求,可以在普通纸上成像,使用颜料与传统的胶印相似,印刷质量可达到中档胶印水平,印刷速度可达到每分钟数百张,价格在喷墨成像与静电照相系统之间。

加拿大的E1corsy Technology公司研究开发电气凝聚方式的机型。其工作原理是:首先将油状膜层涂布在图像形成滚筒表面,在膜层上均匀地喷涂一层油墨,当产生的电场到达图像形成滚筒表面时,瞬间会在其表面发生电化学反应生成三价铁离子,通过滚筒表面的保护膜进入油墨层,使油墨凝聚,产生大小、厚度与图像信号对应的油墨点,然后清除多余油墨并将油墨转印到纸张上。

系统一组只能印刷一色,多色印刷或双面印刷需多组连接排列,印刷图像接近连续调。

(3)喷墨方式

喷墨印刷是通过控制细微墨滴的沉积,在承印材料上产生需要的颜色与密度,最终形成印刷品的一种复制技术。其原理如图14-10所示。喷墨印刷原理的数字印刷系统是用电子控制一股高速微细墨滴,使液体油墨在压力下通过一排微细的喷墨嘴2(一般直径在30~50μm),利用数字信号控制喷墨时间或利用高频动作切割喷射墨流成连续墨流,利用同极充电偏转板引导喷射到承印物上,最后通过油墨与承印物1的相互作用实现油墨影像的再现。

为使油墨具有足够的干燥速度,并使印刷品具有足够高的印刷密度和分辨率,一般要求油墨中的溶剂、水能够快速渗透进入承印物,而油墨中的呈色剂(一般多为染料)应能够尽可能固着在承印物表面。因此,所使用的油墨必须与承印物匹配,以保证良好的印刷质量,正因为如此,一般的喷墨印刷系统都必须使用专用配套的油墨和承印材料,这是喷墨成像系统的一个缺点。

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图14-10 喷墨成像原理

1-承印物;2-喷墨嘴

从原理上讲,喷墨印刷属于最高速的成像体系,喷射方式不同,墨滴的产生速度可以在每秒数千滴到数十万滴的范围内变化。但是喷墨印刷的高速性还取决于具体的喷墨方式,采用线阵列多嘴喷头的体系具有非常高的印刷速度,也是数字印刷系统通常采用的方法;采用独立喷头往返运动的印刷方式速度就比较低,但容易实现大幅面印刷,是大幅面彩色喷绘(包括彩色数字打样)通常采用的方式。

根据油墨的使用方式的不同,喷墨方式可以分为两种:连续式喷墨印刷和按需喷墨印刷,这两种喷墨复制技术在原理上有很大的差别。

①连续喷墨印刷原理。

连续喷墨印刷是指液体油墨在高频震荡压力作用下,从喷嘴中喷出形成均匀连续的墨滴流。由于在喷嘴处设有一个与图形光电转换信号同步变化的电场,使得喷出的墨滴在充电电场中有选择地带电。根据其偏转对象的不同又可分为连续偏转喷墨印刷和连续不偏转喷墨印刷。

连续偏转喷墨印刷是当墨滴流继续通过偏转电场时,带电的墨滴在电场的作用下发生偏转,越过集液器,形成印刷的油墨束,以高速喷射冲击在承印物表面上,形成图像和文字。而未带电或带电少的墨滴不受偏转电极的影响,直接穿过电极而被集液器拦住,进入墨水循环系统,以便循环使用。为了进行正确的信息记录,需利用振荡器激励射流形成墨滴,并对墨滴的尺寸大小和间距进行控制。此外,还要对带有电荷的墨滴进行偏转控制,确保墨滴(受偏转电极电位控制的墨滴)到达需要印刷的位置。如图14-11所示。

连续不偏转喷墨印刷与连续偏转喷墨印刷方式的原理相同,差别是形成图像和文字的墨点不受偏转磁场的影响,以自然状态直线飞行喷射到承印材料表面形成图文部分,而不形成图像和文字的墨点则在偏转磁场的作用下被集液器拦住,进入墨水回收循环系统。在印刷过程中通过移动承印材料完成图文的整体印刷过程。如图14-12所示。

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图14-11 连续偏转喷墨印刷

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图14-12 连续不偏转喷墨印刷

②按需喷墨印刷原理。

按需喷墨印刷原理是当需要印刷时,通过加热或压电效应把数字信号转成瞬时的压力使油墨形成微小的墨滴从喷嘴喷出,由计算机控制喷射到设定的图案处而完成印刷。如图14-13及图14-14所示。按需供墨与连续供墨的差别在于作用于储墨盒的压力不是连续的,只有需要印刷时才会有压力作用。由于没有了墨滴的偏移,集液器和墨水回收循环系统就可以省去,数字印刷机的设计与结构得以简化。

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图14-13 加热喷墨印刷

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图14-14 压电喷墨印刷

(4)磁记录方式

如图14-15所示,这种成像技术与磁带的记录技术采用相同的记录原理,即依靠磁性材料的磁子在外磁场的作用下定向排列,形成磁性潜影,然后再利用磁性色粉与磁性潜影之间的磁场力的相互作用,在成像滚筒1上完成显影,最后将磁性色粉3转移到承印物上完成印刷。

磁性色粉采用的磁性材料主要是三氧化二铁,由于这种材料本身具有很深的颜色,因此,这种方法只适合制作黑白影像,不容易实现彩色影像。可以在普通承印物上成像,印刷质量只相当于低档胶印的水平,适合于黑白文字和线条印刷,印刷速度为每分钟数百张。

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图14-15 磁记录成像原理

1-成像滚筒;2-脉冲;3-磁性色粉

由此可见,无版数字印刷系统从原理上是最能满足按需印刷要求的数字印刷设备,但就目前发展状况来看,其印刷质量和印刷速度还无法与传统印刷方式或者数字印刷系统相抗衡。

2.有版数字式印刷机

有版数字印刷系统大多通过安装在印刷机上的激光成像部件实现在机制版或对相当于印版的转印介质进行直接数字制版,并采用胶印方式完成印刷,它基于胶印印刷原理。数字印刷系统印版材料主要使用银盐、聚酯或金属印版及可擦除印版介质,主要面向的是对开以下的单张承印材料,也有一些可以进行卷筒纸印刷,一般都可进行双面印刷。普遍采用激光成像技术,印刷分辨率较高,最高分辨率可达3200dpi。

有版数字式印刷机,指在印刷机上装有某种曝光设备,对印刷滚筒上的印版直接进行曝光的印刷机。有版数字式印刷机根据版材的种类,分为有显影和无显影两种。

(1)有显影式

日本网屏公司的True Press数字式印刷机,在双倍径滚筒方式的四色印刷机上安装了三菱Silver数字式制版机,由CTP与显影机组合而成。

True Press系统包括一个高性能控制器、数字成像系统和印刷两个单元,版材在安装到滚筒上以后可直接成像,分辨率可达3000dpi和175dpi。印版装卸、曝光、显影、定位实现全部自动化,成像完成后采用胶印印刷,印刷质量接近传统胶印印刷水平。

采用胶印印刷方式,使用一般的油墨,也可使用专色油墨,印刷纸张厚度为0.3~0.06mm,纸张的尺寸范围可达545mm×394mm。在印版自动记录曝光后,可单面四色和双面双色印刷,印刷最高速度为8000张/时。

True Press基本机型是一台单面四色印刷机,加上附属部件后也可实现双面双色印刷。工作原理如图14-16所示。

第一印版滚筒6被置于制版位置8处的成像头10下面,柔性的聚酯版材从暗盒传送到印版滚筒上,使用633nm波长的氦氖激光进行记录曝光。曝光后在位于印版滚筒下方的显影部件中显影,显影后就向下同第一橡皮滚筒4接触。第二印版滚筒7也同样的进行曝光、显影,并同第二橡皮滚筒5接触。制版完成后,供墨装置9供墨,纸张从给纸装置2经压印滚筒1传送到收纸装置3,完成印刷。

印版滚筒采用了分离式结构,在印版滚筒上可同时晒两个色版,如在第一印版滚筒6上装青和品红两色版,在第二个印版滚筒7上装黄和黑两色版,可实现四色印刷。

TruePress的自动化程度较高,整个曝光过程,包括印版的装卸、成像、显影、定位、墨斗辊调节、橡皮布清洗和印刷压力调节都自动完成。由于曝光过程是从印版装到滚筒后才进行的,因此保证了良好的套准精度。

(2)无显影式

如图14-17所示,QM-DI46型印刷机采用卫星型滚筒排列结构和无水胶印原理,保证了套印精度。

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图14-16 True Press数字印刷机

1-压印滚筒;2-给纸装置;3-收纸装置; 4-第一橡皮滚筒;5-第二橡皮滚筒; 6-第一印版滚筒;7-第二印版滚筒; 8-制版位置;9-供墨装置;10-成像头

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图14-17 QM-DI46型数字印刷机

滚筒采用斜齿轮传动和滚枕接触印刷方式。四个印刷单元均为气动控制,每个印版滚筒内部有两根平行的轴:供版轴和收版轴。每个供版轴上都装有一卷印版,可供35个活件使用。在换版时,利用新型上版部件,进行全自动换版操作,整个过程只需30s。

无水胶印印版的非图文部分利用了硅酮胶层的疏墨特性,无须使用胶印润版液,但必须使用专用油墨。无水胶印油墨与印版硅胶层接触时,溶剂很快向硅胶层扩散、渗透而产生膨润现象,在硅层表面形成界面溶剂层,使油墨层剥离。因此,界面溶剂层的形成是实现无水胶印的先决条件。

由于无水胶印取消了能起冷却作用的润湿液,因而在大批量印刷时,油墨因受热而分解,引起非图文部分蹭脏。因此,必须在供墨部件安装冷却系统,通常采用水冷和风冷两种方法。

图14-18为QM-DI46型印刷机的供墨系统。该机采用中央水制冷系统,将水通过冷却部件输入到供墨部件,如墨斗辊、串墨辊、匀墨辊的辊芯内,将胶辊冷却,以保持供墨系统恒温,使油墨达到良好的黏度和流变性。一般高速的印刷机采用串墨辊水冷系统,而中速印刷机采用匀墨辊水冷却或风冷系统。

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图14-18 QM-DI46型印刷机的供墨系统

1-墨斗辊;2-传墨辊;3-串墨辊;4-匀墨辊;5-着墨辊

当印版成像时,供墨系统将全部离压,以减少墨辊磨损,尤其防止油墨变质。该机型的每个印刷单元的供墨系统由12根墨辊组成,即三根串墨辊3、三根着墨辊5、四根匀墨辊4、一根传墨辊2和一根墨斗辊1。其中三根着墨辊的着墨量比例为88∶8∶4。

该机型还装有自动墨量预设部件,CPC油墨预设系统能计算出各色版最佳的墨量参数,当印刷速度改变时,供墨量也会随之自动调整;也可以通过控制台调整各个墨区的墨量和墨带宽度。

采用风冷部件向印版滚筒吹送冷风,使其印版冷却,防止印件蹭脏。输纸、收纸部件与普通胶印机基本相同。

海德堡公司推出Speedmaster74DI直接成像印刷机,是以海德堡速霸74胶印机为基础制造,其最高印速为15000张/时,最多可以印刷六色;还可以附加上光、翻转和干燥装置等,印刷的纸张厚度为0.03~0.6mm。速霸74DI使用感热铝基胶印版,记录幅面为605mm×745mm,记录分辨率为2400dpi。采用CPC和CP-Tronic进行自动装版、自动清洗、自动套准、自动墨量和润版液量控制,因此,印刷质量和效率达到了较高的水平。

(3)可擦写式

曼罗兰公司最新数字胶印机DICOWeb。该机采用Creo激光方形网点热成像技术,如图14-19所示。从印前系统接受数字化数据,用一条热转移带1在滚筒表面成像,如图14-19(a)所示,转移带由一层薄薄的聚合物及转移层组成,通过激光2转移到印刷表面3的像素形成受墨区域。然后加热元件4使滚筒表面图像定影,如图14-19(b)所示;之后将滚筒调整至受水状态,即可印刷。印完一个活件后,操作者用布6及清洗液5即可擦掉滚筒上的油墨及热转移材料,10min后便可进行新活件的印刷,如图14-19(c)所示。

该机的版材可重复使用,在印版滚筒外套上一个专用材料的金属筒,将转移带上的物质转移到这个专用的金属套筒上,使该套筒具备亲油和亲水的印刷特性。印刷完成后再用清洗液将套筒洗净,准备下一次的成像。所以称为可擦写式数字印刷机。

目前,该机印版的耐印力不是很高,只有3万印左右,专用的金属套筒在连续使用300次后就需要更换。一套系统可同时在12个成像部件上成像,半分钟完成一张A4幅面的图像成像,该机适于印刷500~30000份的印件。

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图14-19 DICO Web胶印成像过程

1-热转移带;2-激光;3-印刷表面;4-加热元件;5-清洗液;6-布

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