数字印刷-简述

image PRESS C7000 VP 术，3 层橡胶转印带
适应性较好 费用高，质量低于传统平版
印刷
HP/
静电成像技术，支持多种印 印刷质量较高 故障率高，纸张要求高，设
Indigo 7000 Digital Press 刷基材，最高可印刷七色
备维护成本较高
静电成像技术，多计算机打 兼容使用大多 设备维护成本高，印刷质量
国内学者在可变数据印刷领域的研究多局限在应用系统的数据库接口访问方面，缺乏 对 VDP 装备技术体系的全面系统研究。目前已经有国内企业从事广告喷绘印刷、高清晰写 真等装备的生产销售，但是这些企业一方面不具备自主知识产权，且这些设备属于单一应 用领域的专用装备，不具备真正意义上的 VDP 系统功能特征。从技术上讲，VDP 系统研究 需解决的主要关键问题包括两点：其一是数字印刷成套核心技术研究。通过页面图文处理 与数据交换技术、嵌入式高速图像栅格处理技术、连续供墨技术、高速送纸技术等单元技 术的研究，开发性能优良、技术领先、成本较低的 VDP 装备。其二是 VDP 印刷计算机作业 控制软件，确保印前数据处理、生产流程控制、远程印刷支持、基础数据管理等基本功能 的实现。综合分析现有 VDP 主流产品性能特点和相关技术发展趋势，本项目将基于按需喷 墨输出技术，研究解决上述两个关键问题，重点解决现有 VDP 印刷装备在印刷速度与印刷 质量方面存在的矛盾，以及突破纸张兼容性和特殊印刷需求的难题，形成涵盖数据转换技 术和装备制造两个层面，具备完全自主知识产权的核心技术，具有国内领先技术水平的 VDP 印刷装备和核心技术。
VDP 作业控制系统
前道工序
DPU / RIP DOD 输出控制
连续供墨系统 数字印刷设备机构
后道工序
VDP 印刷装备 图 2 主要研究内容
（1）页面图文处理与数据交换技术研究 本项目首先对可变数据印刷数据需求与形式化定义展开理论研究。可变数据印wenku.baidu.com需要 交换的数据数量巨大且结构复杂，研究设备参数、工艺指令、和页面信息等数据的一致性 表达方法和层次化处理机制；分析 PostScript，Phoenix Page 等数据格式，研究 CTATS 关于 数字印刷的系列标准文件，提出新型 VDP 系统数据交换规范体系，实现页面描述与印刷设 备的无关性和页面信息的分类快速 RIP；设计面向 VDP 应用的页面描述语言和输出格式， 用于对整个印前、印中、印后工艺流程的控制。
目前国际上关于 VDP 技术的研究主要集中在以下几个方面： 1）数字印刷系统的集成研究。数字印刷的主要性能指标包括印刷质量、印刷速度、纸 张兼容性、以及专色能力等多方面，与 PS 印刷不同，这些性能指标主要由印刷机具系统决 定，很少受印刷工艺过程本身的影响。数字印刷系统是信息技术与机电一体化技术的集成， 涵盖机械机构研究、数据交换设计、图像栅格化处理、输出控制设计、油墨系统设计等多 项具体工作。
国际上从事数字印刷和VDP装备开发的机构主要有两类，一类是传统印刷机制造商如 Heidelberg、Xeikon、Ryobi等，另一类是新兴的数据设备及计算机外设生产商，包括Canon、 HP、IBM、KODAK、Xerox、OCE、Scitex/KBA等。这些公司研制推出的典型产品有Canon 的image PRESS C7000VP、IBM的infoprint系列、 KODAK的nexpress系列、XEIKON的5000 系列、以及XEROX的DOCUTECH 6180系列等。现有的各类数字印刷机按其输出技术可分为 两类，一类采用静电成像输出技术，使用静电成像技术的设备通常工作速度较高，但印刷效 果一般，且对纸张要求较高，耗材昂贵，同时油墨选择范围狭窄，因而难以实现一些特殊印 刷效果。另一类使用按需喷墨技术输出，此类设备适应性较好，运行费用相对较低，且容易 实现一些特殊印刷效果，但是印刷精度和速度相对较低。表1列出了四种在国内使用相对较多 的进口设备性能对比。
目前国际上对可变数据印刷技术接口标准和输出设备的研究非常活跃，传统印刷机具 制造商如 Heidelberg、Xeikon，以及新兴的计算机外设生产商如 IBM、CANON、Xerox、 OCE 等都致力于其中，并各自推出了不同型号、性能各异的数字印刷机。这些设备在我国 始终难以实现大规模应用，主要是设备价格高昂，动辄数百万，印刷企业难以承受，同时 设备运行费用远高于传统平版印机，油墨、耗材及维护成本都居高不下。国内对可变数据 印刷技术的研究刚刚开始，还未见自主知识产权的关键技术和装备面市。相对于传统印刷 机技术国外专利壁垒重重，而有关可变数据印刷系统接口、协议、及装备的研究开发是一 个全新的领域，国际上至尽仍没有被印刷用户、印刷企业、OEM 以及相关第三方广泛接受 的工业标准。对我国而言，现在正是实施该项研究的战略机遇期。因此，积极参与该领域 的研究工作，有助于形成具有自主知识产权的数字印刷技术及装备，提升我国印刷产业在
3．项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点
3.1 主要研究开发内容
本项目围绕可变数据印刷页面图文处理与数据交换技术、高速数字印刷系统关键机构 和核心控制技术、可变数据印刷计算机作业控制系统软件等方面展开研究，致力于突破具 有自主知识产权的工业级高速可变数据印刷装备的关键技术。
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VDP 的页面描述语言规范
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柯达万印 VL2000 数字印刷机
法国 Meteor DP60 PRO 数字印刷机
HP Indigo 7000 数字印刷机
IBM infoprint 数字印刷机 图 1 几种数字印刷机
表 1 国外主要产品性能比较
厂商 / 设备型号
技术特征
优点
缺点
Canon /
静电成像技术，双定影技 对多种介质的 机器价格昂贵，耗材、运行
静态数字印刷
可变数字印刷 CTATS 系列标准
Phoenix Page, PostScript … 通用页面描述与输出格式
VDP 系统运行数据需求与形式化定义研究
面向 VDP 的页面图文描述语言和输出格式 图 3 可变数据印刷页面图文处理与数据交换技术研究
（2）可变数据印刷核心控制技术研究 研究面向 VDP 装备的高速页面合成、解析、栅格化、及数据交换技术，探讨在高数据
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率条件下实现有关多喷头大幅面合成、偏差校正、彩色套色合成、以及分辨率控制等实时 运算的方法，并在此基础上设计基于大规模 FPGA 和软核 CPU 的嵌入式系统，实现对以嵌入 式高速图像栅格处理为核心的各项控制功能的集成，完成高速 VDP 数字印刷机的核心控制。
数字打印控制器：数字打印控制器是栅格图像处理器(Raster Image Processor: RIP)功能 的超集，在完成 RIP 功能的同时，实现文档加载、色彩管理、文件存储等功能。在 VDP 应 用中，RIP 运算将消耗大量 CPU 时间，本项目将在深入研究 VDP 数据需求的基础上，应用 SOC (System on Chip) 技术，设计具有自主知识产权的高性能 RIP 模块。
印刷业是我国国民经济重要产业，根据新闻出版总署制定的印刷业十一五发展规划， 十一五期间我国印刷业总产值将保持年均 8%左右的速度增长，至十一五末期，印刷业总产 值达到 4400 亿元左右，约占国民生产总值的 2.5%，印刷生产加工能力将进入世界前列。据 统计浙江省在十一五期间，杭州、宁波、苍南、义乌四大区块的印刷企业数量和总产值年 均增长均在 10-15%左右，预计 2010 年，四大区块实现总产值合计约 800 亿元，而数字印 刷将占整个印刷市场的 14%。由于可变数据印刷的特点，它已经在印刷业占据越来越多的份 额，尤其在欧美市场，已经形成与传统印刷并驾齐驱的态势。
分辨率控制：分辨率是数字印刷系统最重要的技术指标之一，控制系统通过检测安装 在驱动纸张的胶辊轴上位置编码器，实时反馈当前纸张的印刷位置，并驱动喷头阵列印刷 输出。分辨率控制逻辑通过实时修正发送给喷头阵列的位置脉冲信号，保证印刷图案无几 何形变。
胶辊 位置编码器
喷头及喷孔线 被打印目标运动方向
图 5 分辨率控制
IBM /infoprint
印控制器
数再生纸
较差，工作速度相对较低
喷墨技术，专色（第 5 色） 色彩空间丰富 设备购置成本高，印刷质量
KODAK /nexpress
方案，立体油墨方案
一般
2）输出技术。对输出技术的研究旨在改善数字印刷系统的印刷质量，提高工作速度。 现有的数字印刷设备在印刷质量上仍然只能说是“逼近”传统平版印刷，如何在普通印刷 纸和再生纸上实现高质量印刷仍然是需要继续突破的课题。同时，现有的 VDP 技术也无法 保证在以传统印刷速度作业时实现接近平版印刷的质量。
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色彩管理
SOC 文件存储
RIP
FPGA
图 4 基于 SOC 技术的 DPU 模块
幅面合成和偏差校正：单一按需喷头的有效输出宽度和精度有限，大幅面应用系统必 须将小宽度喷头组合成喷头阵列才能满足输出宽度要求。级梯形前后交叉安装的小宽度喷 头保证幅面完整，这样同一行打印内容对不同的喷头有时间差，控制系统通过测试－学习 过程获得偏差量，该偏差量将被记忆并应用于之后的印刷生产，实现多喷头打印无缝输出。
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3）印刷引擎驱动机制和系统数据解决方案。各厂商对在提出自己的输出设备的同时， 都积极推广自己的印刷引擎系统和数据接口解决方案。由于目前缺乏通行的 VDP 数据接口 规范，各厂商自有的数据接口方案大都存在两个问题，一是多以静态数字印刷需求为基础， 面向静态数据印刷部分一致性较好，而面向 VDP 部分则各有特色；二是各厂商提供的印刷 引擎和数据接口几乎都不提供二次开发能力，也无法交叉使用。美国印刷工业协会的数字 印刷委员会的 CGATS（印刷技术标准）目前正在尝试开发一些新的描述方式，使不同编辑 系统和生产工作流程环境之间的 VDP 页面的数据交换，无需追加技术交流，也即所谓的“盲” 交换，实现轻便性、页面无关性和设备无关性的要求。努力减少 VDP 作业编辑行为的复杂 性，同时允许 VDP 数据创始者对 VDP 内容数据进行维护和质量控制，并通过它的发行将 印刷产品定义到印刷生产环境当中。
可变数据印刷关键技术 研究及其应用
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1．立项背景和意义
可变数据印刷（Variable Data Printing：VDP）是指采用计算机直接制印技术，通过数 字定义的印刷活件，控制印刷机在不停机的情况下，连续地印制动态变化的印品信息。
20 世纪 90 年代前，印刷技术基本上是传统的凸版、平版、凹版、孔版印刷，所有印版 都在印刷机外单独制作并且一次性使用，印版的图文都是恒定不变的。1991 年在机直接制 版胶印机面市，1995 年数字印刷才真正进入印刷业。目前，国际上有关印刷技术前沿的研 究热点主要集中在数字印刷领域中的可变数据印刷技术。可变数据印刷技术是直接使用数 字文件进行印刷的技术，它不需要经过制版，而且印刷信息是动态可变的，打破了印版图 文恒定不变的传统印刷，开辟了个性化、按需印刷的新时代。随着我国印刷业务向快速、 个性化发展的领域进军，可变数据印刷技术将在帐单印刷、发票印刷、商业印刷、包装印 刷、卡片印刷、短版印刷、按需印刷等领域发挥重要的作用。
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国际产业链中的地位，推动我国从印刷大国到印刷强国的转变。本项目的实施对确立我省 在全国数字印刷技术研究领域的领先地位和竞争实力、形成新的产业优势、促进我省印刷 装备制造业向高端和前沿发展具有重大意义。
2．国内外研究现状和发展趋势
2000年初由数字印刷市场上著名的设备制造商赞助发起的按需印刷行业小组出版了第一 部个性化印刷标识语言说明范本，它初步实现了可变数据印刷页面组版定义语言标准化。2000 年8月，美国印刷工业协会数字印刷委员会的CGATS（印刷技术标准）附属委员会6/任务组2 （SC6TF2）着手开始制定标准数据交换格式，任务组最终采用PPML/VDX形成了ANSI标准 CGATS.20-2002和ISO TC130标准格式用于可变印刷数据交换。
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（3）连续供墨系统研究 油墨特性直接决定印刷效果，因此改变油墨特性可以满足特定的 VDP 印刷需求。DOD 技术使用液态油墨，由于不同油墨的粘度、密度、温度、压力等参数的变化会直接影响 DOD 喷头供墨状态，造成不良的印刷效果，因此研究连续供墨的智能控制非常重要。项目研制 机械－电子技术有机集成的连续供墨子系统，实时监测墨路系统中的油墨状态参数，研究 各参数与印刷质量间的约束关系，优化控制参数配比，实现喷头的理想墨流供给，确保印 刷质量。