Печать без печатных форм (NIP – Non-Impact-Printing)
На рис. 3.26 представлены различные способы печати с подразделением на печать с применением печатных форм и бесконтактную печать, в которой не используются традиционные печатные формы.
В дальнейшем будут рассмотрены отдельно лишь те способы печати, которые не требуют традиционных печатных форм. Подобные способы печати называются бесконтактной печатью (Non-Impact-Printing). Термин «бесконтактная печать» появился как противоположный способу вывода информации на бумагу на матричных печатающих устройствах. Информация в этом случае обрабатывалась электронным способом и затем при помощи красящей ленты переносилась на запечатываемый материал ударным контактным способом. Подобные контактные системы сменились электрофотографическим способом печати, в котором изображение формируется на промежуточном носителе – барабане, покрытом слоем фотополупроводник (фоторецептора). На записанное там скрытое (невидимое) изображение наносится тонер, и затем оно переносится на бумагу. Таким образом, при печати происходит передача информации с носителя на бумагу. Информация переносится безударно с низким давлением, а поэтому печать называется бесконтактной.
Рисунок 3-26 - Способы печати для производства печатной продукции
Как изображено на рис. 3.26, имеется множество физических эффектов, которые используются при реализации бесконтактных способов печати. Основные их виды: электрофотография и струйная печать, а также ионография, магнитография, термография и фотография. Специалисты постоянно изучают различные физические эффекты, которые могли бы привести к появлению способов бесконтактной печати. На рис. 3.26 они условно названы «Х»-графией. Ниже описаны только два способа бесконтактной печати – электрофотография и струйная печать.
Электрофотография
На рис. 3.27 представлен принцип электрофотографии. Процесс электрофотографической печати осуществляется в пять этапов:
1. Формирование изображения
«Скрытое» изображение получают на поверхности фоторецептора с помощью управляемого источника света (это может быть лазер или светодиодная линейка, LED – Light Emitting Diodes). Позиционирование светового сигнала на фоторецепторе соответствует запечатываемому изображению. При экспонировании изменяется заряд отдельных участков поверхности фоторецептора.
2. Нанесение тонера
Для электрофотографии применяют специальные красящие материалы, называемые тонером. Это могут быть порошковые или жидкие тонеры, которые различны по своему составу и содержат цветной пигмент. Нанесение тонера происходит с помощью систем, обеспечивающих перенос мелких частиц тонера (размером от 6 до 8 мкм) на фоторецептор. Частицы тонера попадают на заряженные участки поверхности фотополупроводникового слоя, происходит формирование изображения. После нанесения тонера на фоторецептор скрытое электростатическое изображение становится видимым.
3. Перенос тонера (печать)
Тонер может переноситься прямо на бумагу или же на промежуточную систему, например, в виде цилиндра или ленты. Как показано на рис. 3.27, в большинстве случаев тонер передается прямо с фоторецептора на запечатываемый материал. Чтобы перенести заряженные частицы тонера с поверхности барабана на бумагу, необходимы электростатические силы. Они создаются источником коронного разряда с одновременным прижимом бумаги к барабану.
4. Закрепление тонера
Чтобы частицы тонера закреплялись на носителе информации для создания стабильного печатного изображения, необходимо зафиксировать тонер на бумаге. При нагревании бумаги с тонером происхо дит его оплавление и тем самым закрепление.
Рис. 1.3-27 - Принцип электрофотографии
5. Очистка
Как показано на рис. 3.27, после переноса изображения с фоторецептора на бумагу, на светочувствительном барабане могут находиться остаточные заряды и отдельные частицы тонера. Чтобы подготовить барабан для воспроизведения следующего изображения, необходима механическая «очистка» (нейтрализация) и, кроме того, снятие электрических зарядов на отдельных его участках. Удаление частиц тонера осуществляют щеткой и отсосом. Поверхностные заряды нейтрализуются коронным разрядом. После этого поверхность барабана станет электрически нейтральной и освобожденной от частиц тонера. Как и на первом этапе процесса, затем снова проводится зарядка фоторецептора и формирование изображения на барабане соответственно оригиналу.
Из описания процессов становится ясно, что электрофотография работает без традиционной в полиграфии печатной формы с печатными элементами. Скрытое электростатическое изображение формируется на фотополупроводниковом слое каждый раз, когда необходимо получить оттиск с оригинала. (Для унификации терминологии принято название «оттиск» вместо употребляемого «отпечаток»).
Если электрофотографическим способом необходимо произвести печать тиражом более ста одинаковых экземпляров, то, в отличие от печати с печатной формой, нужно для каждого оттиска заново воспроизводить одно и то же изображение, используя свойство фотополупроводниковых материалов изменять свой поверхностный заряд. Это может привести к изменению печатного изображения, с одной стороны, из-за отклонений его параметров при формировании на материале и, с другой стороны, из-за нарушения параметров процесса при нанесении тонера на фоторецептор и впоследствии на бумагу. Поэтому при использовании бесконтактных способов печати можно получить большие искажения в воспроизведении оригинала по сравнению со способами печати с печатной формой. Однако, преимущество этой технологии заключается в том, что в процессе печати можно получать один за одним абсолютно разные оттиски. Отпадает необходимость изготавливать для каждой новой полосы традиционную печатную форму. Самые маленькие тиражи (до одного экземпляра) при этом будут экономически выгодны – печать по требованию. Кроме того, для одной брошюры, например, можно последовательно печатать отдельные страницы от первой до последней, затем также отпечатать страницы для второго экземпляра и т.д. Возможна, наконец, персонализация каждого издания, т. е. изменение части печатного изображения, например, внесение адреса или дополнительной информации, специальной для каждого адресата.
На рис. 3.28 в качестве примера представлена электрофотографическая печатная система для многокрасочной печати. Построение этой системы отвечает секционному принципу, который реализуется, например, в листовых офсетных машинах. В системе, согласно рис. 3.28, установлены четыре электрофотографические печатные секции, при помощи которых тонер, имеющий соответственно черный, голубой, пурпурный и желтый цвета, последовательно наносится на печатный лист. В указанном примере формирование изображения на фоторецепторе происходит через оптическую систему, в которой на барабан поступают узконаправленные световые импульсы от лазера. Используются различные устройства для того, чтобы в соответствии с оригиналом манипулировать размером и местом расположения точек изображения на барабане. Разрешение зависит от скорости вращения зеркала и частоты лазерных импульсов, угловой скорости барабана. Указанная система называется системой растрового вывода изображения ROS (Raster Output Scanner).
В подобных печатающих устройствах специфично решены вопросы подачи бумаги (рис. 3.28), например, с помощью ленточного транспортера. Для подачи листа бумаги не применяется захват. Лист удерживается только электростатическими зарядами, образующимися на ленте. Относительная точность приводки при многоцветной печати уступает (примерно в 2–4 раза) результатам, достигаемым в способах печати с традиционной технологией, например, в офсетной. На рис. 3.28,а представлена печатная система, обеспечивающая одно- и двустороннюю печать. После печати на лицевой стороне лист автоматически переворачивается и снова подается в печатную секцию.
Рисунок 3.28 - Бесконтактная печатная система (электрофотография) многокрасочной печати:
a внешний вид секционной электрофотографической системы для многокрасочной печати с проводкой листа транспортером для печати с «лица» и оборота;
б схема секционной электрофотографической системы
Рисунок 3.29 - Оптическая система для формирования изображения в электрофотографии (ROS – Raster Output Scanner)
Цифровые данные оригиналов, копии которых должны быть отпечатаны подобными машинами, могут быть получены, с одной стороны, считыванием их сканером, встроенным в печатную систему или присоединенным через интерфейс в виде отдельного устройства. С другой стороны, в электрофотографическую систему может вводиться непосредственно цифровая информация об оригинале с помощью носителя или из сети: локальной или глобальной.
В систему, изображенную на рис. 3.28, включен отдельно планшетный сканер, с помощью которого изобразительный оригинал считывается. Печатный процесс проходит самостоятельно. В традиционных копировальных устройствах, использующихся для однокрасочной печати офисной документации, оригинал экспонируется соответствующими элементами прямо на фоторецептор. О печатных системах с такой технологией переноса изображения оригинала на бумагу говорят как о «копировальных устройствах» в противоположность «печатающим устройствам», использующим цифровые данные оборигинале для печати.
Скорость печати в бесконтактных устройствах значительно отличается, например, от скорости листовой офсетной машины. На рис. 3.28 изображена система (относительно скоростная благодаря секционному построению), которая может печатать 1200 страниц формата А3 в час, в то время как листовая офсетная машина обычно производит от 10 до 15 тысяч оттисков за то же время. Разница в производительности связана с применяемой технологией воспроизведения изображения для печати – для каждого оттиска оно должно быть всегда заново сформировано, даже когда выполняются тиражные работы. Скорость печати определяется как выбором технического и программного обеспечения, так и физическими процессами, способом построения систем нанесения тонера и подачи бумаги.
При проектировании отдельных частей и всей электрофотографической машины в целом необходимо ставить такие же требования, как для обычных печатных машин. Например, важны такие показатели, как прочность корпуса, точность изготовления барабана, обработка его поверхности. Транспортировка бумаги должна обеспечиваться высококачественной технической системой. Часто динамические требования и нагрузки при малой скорости печати делают возможным реализовать более дешевый и простой принцип построения.
Качество печати, получаемое электрофотографическими способами на базе имеющихся в распоряжении технологических компонентов, может достигать высокого уровня, но все-таки оно значительно ниже, чем при способах печати с применением традиционных форм. Качественные показатели бесконтактных способов печати различаются в зависимости от разрешения (число уровней пикселей – на единицу длины), количества уровней градаций, связанных с используемой технологией нанесения тонера.
Система, изображенная на рис. 3.28, имеет разрешение до 400 dpi (точек на дюйм). Манипулировать можно размером точекпутем сокращения длительности импульса лазерного источника, в результате чего уменьшается и площадь участка на барабане, где заряд удерживает тонер.
Кроме того, на качество печати влияют характеристики тонера, размер его частиц, геометрическая форма, химическое или физическое строение. В целом для качественной печати применяют тонеры с малым отклонением размера частиц от 6 до 8 мкм. Порошковый тонер может привести к ухудшению качества из-за распыления, т.е. из-за попадания «блуждающих» частиц тонера на участки изображения, которые не должны нести информации.
Решающим условием и гарантом высокого качества выпуска продукции в традиционных способах печати является то, что используется постоянная механическая форма. В электрофотографии, вследствие необходимости постоянного формирования изображения для каждого последующего оттиска, самой системой обусловлены отклонения и их различия.
Как показано на рис. 3.26, электрофотографические способы печати могут работать с порошковыми или жидкими тонерами. Применение жидких тонеров пока не получило широкого распространения. Однако они имеют существенное преимущество, так как вследствие меньшего размера частиц (около 1–2 мкм) должны обеспечить более высокое качество оттиска.
В способах бесконтактной печати, в особенности в способах со скрытым промежуточным изображением, таких, как электрофотография, длина развертки окружности светочувствительного барабана не должна совпадать с длиной оттиска. Часто диаметры светочувствительных барабанов меньше, чем требуется для максимального изображения. Поэтому даже при печати идентичных оттисков скрытое изображение и тонер не попадают на одно и то же место поверхности барабана. Расщепление слоя краски, имеющее место в офсетной печати, в электрофотографии недопустимо, независимо от того, применяются порошковые или жидкие тонеры.
Струйная печать (Ink Jet)
Струйный способ бесконтактной печати не требует промежуточного носителя информации об изображении оригинала, как это необходимо в электрофотографии при использовании фоторецептора. Этот способ позволяет наносить краску непосредственно на бумагу. Струйную печать (рис. 3.26) можно разделить на непрерывную струйную печать и собственно капельно-струйную печать. Процессы предполагают в основном использование жидких печатных красок. Однако в последнее время начинают применяться и так называемые термокраски, которые при нагревании переходят из твердого в жидкое состояние. Они подаются на печатный лист и отверждаются при снижении температуры. На рис. 3.30 представлены принципиальные технологии струйной печати вместе с характерными для них показателями.
В непрерывной струйной печати (рис. 3.30,б) создается непрерывный поток малых электростатически заряженных капель краски. Заряженные капли движутся в электростатическом поле, которое отклоняет их поток устройством, аналогичным по конструкции используемому в электронно-лучевых трубках. Управляя напряженностью поля, в соответствии с данными, характеризующими изображение, обеспечивается их попадание или непопадание на бумагу. Заряд капель соответствует негативному изображению (аналогично изложенному ранее принципу электрофотографии по рис. 3.27). Лишь незначительная часть потока капель, соответствующая воспроизводимому оригиналу, попадает на материал, преобладающая же часть возвращается в красочную систему.
При капельно-струйной печати в противоположность непрерывной капля производится только тогда, когда этого требует изображение на оригинале. Этот способ печати подразумевает тепловое (термо-струйная печать) и пьезоэлектрическое образование капель.
При термоструйной печати капли образуются при нагревании и частичном испарении в сопловой камере вещества, основанного, например, на парафинах.
При пьезоэлектрической печати происходит образование и выброс капель, благодаря механической деформации стенок сопловой камеры, вследствие подачи электрического сигнала и пьезоэлектрических свойств материала, из которого выполнены стенки.
Установлено, что возможная частота производства капель при термическом их получении ниже, чем при пьезоэлектрической технологии. Технические системы струйной печати представляют собой самую компактную технику переноса информации из оригинала на обычную бумагу (сравнимо с экспонированием фотографической бумаги). Необходимо лишь на основе сигнала изображения сгенерировать каплю краски без какого-либо промежуточного носителя и перенести ее на запечатываемый материал.
В целом скорость печатных систем, основанных на способе струйной печати, мала по сравнению со способами печати с традиционной печатной формой. Они работают с меньшей производительностью, в особенности, когда изображение наносится отдельными соплами. На рис. 3.31 показана струйная печатная техника, которая с помощью четырех систем (отдельная для каждой из четырех печатных красок) производит четырехкрасочную печать. Бумага закрепляется на барабане, а отдельные секции (для голубой, пурпурной, желтой и черной красок) переносят однокрасочные изображения на нее при соответствующем движении головки по направлению оси быстро вращающегося барабана. На показанном устройстве многокрасочная печать страниц формата А3 производится, примерно, за 5 мин. (Разрешение 300 dpi, около десяти градаций). Поэтому подобные устройства используются, главным образом, при изготовлении пробных оттисков на этапе цифровой допечатной подготовки применительно к технологии «Компьютер – печатная форма» с тем, чтобы заранее оценить содержание файла и качество оттисков.
В струйной печати, имеющей относительно низкое разрешение (от 300 до 600 dpi), можно, как упоминалось ранее, получить больше градаций, осаждая на подложку несколько капель. При большей частоте их генерации возможно получить до 30 уровней. В системах струйной печати большой производительности на ширину выводимой страницы применяют сопловые линейки.
На рис. 3.32 в качестве примера показана система струйной печати, в которой, если это необходимо, на одном полотне по его ширине перемещаются две пишущие головки (240 dpi). Подобная система может осуществлять многокрасочную печать с лицевой и оборотной стороны полотна (конечно, только декоративными красками, а не красками основных цветов печатного процесса – триадными).
Рисунок 3.30 - Технологии струйной печати:
a непрерывная струйная печать;
б капельно-струйная печать
Особой проблемой в струйной печати является высыхание краски, ее закрепление на поверхности бумаги. В целом для высококачественной печати необходима бумага с покрытием. Использование специально разработанных красок совместно с различными методами сушки может привести к большему ассортименту используемой бумаги. Применение термокрасок в струйной печати интересно с точки зрения их быстрого высыхания и разнообразия сортов бумаги.