数字印刷工艺综述

数字印刷工艺综述

一.数字印刷的概念

数字印刷也称为数码印刷，是根据其工艺流程特点命名的。在整个印刷过程中，用数字描述页面内容，以数据文件的形式进行传递，以数字成像方式形成印刷品。国外也称之为NIP(Non－Impact Printing)，可翻译为“非冲击式印刷”，以NIP命名是根据印刷过程的物理和化学特性。

数字印刷是一种计算机直接印刷技术(Computer to Print)。它不需要印刷底版（Master），底版也就是传统的印版，具有永久性记录信息的能力。数字印刷采用可成像表面（Imageable Surface）作为图文载体，这类介质表面不具备永久性保存信息的能力，如光导鼓等，每印完一个印张就需要重新成像一次，而原来的成像内容能立即擦除。因此，数字印刷的原稿可以是可变数字信息。

许多人把DI（计算机直接成像）印刷也归为数字印刷，这是不恰当的。虽然在整个工艺流程中DI也采用数字文件形式，但依然需要使用印版，不具备可变信息印刷功能。它只是“在机直接制版印刷”(Computer to Press)而已。

二.数字印刷的工艺流程

在传统的印刷工艺中，一般数字化程度只能到输出胶片。而数字印刷从原稿到印品完成，整个过程都实现了数字化。印刷活件用数字方式定义，处理过程是数字形式的，印刷参数直接从数字活件上获取，总之，数字印刷是一个数字化工作流程。

数字印刷工艺中，每完成一个物理印刷页面后需要再次成像，即使页面内容完全相同也必须如此。图1表示数字印刷工艺流程。与传统印刷工艺流程相比，数字印刷流程中没有了制版，对可成像表面的成像过程已经是印刷的一部分。

图1 数字印刷工艺流程

三.数字印刷成像原理

数字印刷主要采用数字成像技术，成像技术的种类很多，根据其成像的物理或化学原理可分为以下几种：静电照相成像、喷墨成像、磁记录成像、电凝聚成像、离子成像和热敏成像等。其中静电照相成像和喷墨成像技术应用最多，技术最为成熟，被广泛的用于数字印刷系统中。

静电照相(Electrophotography)

静电照相成像是应用最广泛的数字印刷成像技术，它利用光电导体表面受光照射能改变静电分布的原理，从而形成图文潜影（电荷图像）。带有电荷的图文部分随后吸引带异性电荷的油墨（或呈色剂），再把它转移到纸或其他承印物上，最后进行固化，形成最终的图文。其原理和步骤如图2所示。

静电照相印刷的过程可以分为以下五步：成像、输墨、转移、固化、清除。一个循环完成一张印张的印刷。

1. 成像

成像装置中，最重要的元件是图文载体光电导鼓，它采用铝基，外面涂布一层柔性的光导电层（硒或硅的化合物）。成像时，先对光电导鼓的表面充电，形成一层均匀的电荷，接着光电导鼓表面在光的作用下成像，成像光源可以是扫描的激光，也可以是发光二极管阵列（模拟原稿，空白部分发光），光电导鼓表面曝光区域电荷释放，形成非图文区，未曝光部分电荷保留，这样，就在光电导鼓上形成“电荷图像”，也就是“潜影”。

2. 输墨

静电照相印刷使用的油墨与传统油墨不同，它可以是固体粉末，也可以是液体呈色剂，但它必须带有与潜像相反的电荷特性，这样在电场力的作用下，光电导鼓表面的潜像区域吸附油墨（或呈色剂），形成可见图像。这也就是所谓的“显影”。

3. 转移

光电导鼓表面的油墨（或呈色剂）可以直接转移到承印物上，也可以通过中间载体转移，但大多数采用直接转移方式。转移时主要依靠电极对带电油墨（或呈色剂）的电场力作用，当然也有压力作用的帮助。

4. 固化

转移到承印物上的油墨（或呈色剂）还需要进一步固化，使其牢牢粘附在承印物上。固化主要通过加热和压力作用完成。

5. 清除

如图2所示，光电导鼓表面的油墨（或呈色剂）没有完全都转移到承印物上，还有一部分残留在导鼓表面。为了进行下一印张的印刷，需要对光电导鼓表面的图2 静电照相印刷的基本原理和步骤

)

油墨（或呈色剂）进行机械清除。同时，还要进行电子清除和处理，使光电导鼓表面回到中性状态。

静电照相印刷速度主要由光导体的充电速度和光电成像速度决定。静电成像的质量是由油墨（或呈色剂）颗粒大小决定的。印刷中多数使用固态墨粉，分辨力可以达到600－800dpi 。采用湿式色粉显影则可达上千dpi ，印品色调级数可以有多级。

喷墨成像(Ink Jet)

喷墨印刷原理简单，它在承印物有图文的地方直接喷上油墨。喷墨方式有连续喷墨和按需喷墨两种。其分类如图3所示

一是连续喷墨，喷墨系统利用压力使墨通过喷墨孔形成连续墨滴流。墨流由于高速而变成细小的墨滴，其尺寸和频率取决于液体油墨的表面张力、所加压力和喷墨孔的直径。墨滴的落点由偏转电极控制，偏离距离的级数由电极电压级数决定。因此有定值偏移和多级偏移两种，当控制电极上所加的电压幅值不变时，墨滴偏移距离恒定；当电压幅值有多级时，墨滴的偏移距离也有多级。连续喷墨的原理如图4所示。

图3 喷墨成像技术的种类

纸/其它承印材料 图4 连续喷墨的基本原理

成像信号 图5 热敏喷墨的基本原理

二是按需喷墨，当需要墨滴时才有压力作用于墨盒。按需喷墨有热敏、压电、静电三种方式。在喷墨数字印刷机上，许多细小的喷墨孔集成为阵列，进行印刷作业。

热敏喷墨方式如图5所示，当成像信号作用在加热元件上时，加热元件温度迅速上升，油墨蒸发，产生气泡，挤压油墨，在压力下喷出墨滴。当温度下降时，气泡消失，墨盒在毛细管作用下吸入新油墨。

压电喷墨方式如图6所示，主要利用压电效应，压电晶体（压电陶瓷）受到微小电子脉冲作用，会立即膨胀，使与之相连的墨盒受压，产生墨滴。

静电喷墨方式如图7所示，其基本原理是在喷嘴与承印物之间形成一个电场，成像脉冲信号通过开关元件控制喷嘴，当有成像信号时，墨滴释放，在电场力的作用下转移到承印物上。该技术主要利用“泰勒”效应。

一般来说，喷墨印刷具有300－1500dpi 的分辨能力，阶调数为多值(但有限)，而且成像速度非常快。大多数喷墨成像都采用水基油墨，呈色剂以染料为主，最终影像的形成取决于油墨与承印物的相互作用。

电凝聚成像(Electrography)

电凝聚成像不同于静电照相成像，它基于通过自由的铁离子使聚合物凝结(一种由液态变成凝胶状的状态转变过程)。当有图像信号时，发生电化学反应，铁离子析出，油墨重新凝结，固定在成像滚筒表面形成图像区域，而没有发生电化学反应(即非图文区域)的油墨依然是液体状态。然后，通过刮板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油墨。最后，通过压力的作用将油墨转移到承印物上。

磁成像印刷(Magnetography)

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，完成输墨(即显影)，最后将磁性色粉转移到承印物上即可完成印刷。

离子成像印刷 (Ionography)

该技术有时也称为电子束印刷技术，它通过使电荷的定向流动建立潜像，该过程类似于静电照相印刷。不同之处在于，静电照相印刷是先对光敏鼓充电，然后对其进行曝光生成潜影；而电子束成像印刷的静电图文是由输出的离子束或电子束信号直接形成的。离子或电子束成像印刷的静电图文鼓采用更坚固、更耐用的绝缘材料制成，以便接收电子束的电荷。

图6 压电喷墨的基本原理 图7 静电喷墨的基本原理