打字机架通了横在人类思想表达、传播意图与印刷页面间的桥梁,但仅有文字还不能表示复杂页面;撞击式打印机是打字机功能的延伸,几乎没有图像输出能力,优点表现在可以由计算机控制输出,定位精度和打印质量明显提高;非撞击打印技术的出现克服了撞击打印技术的诸多缺点,但输出速度太慢,质量不能令人满意。综上所述,非撞击打印机并非其自身发展的最高阶段,演变成数字印刷机是必然的。与此同时,人类也在克服传统印刷的局限性方面做出了大量的努力,20世纪80年代中期出现的PostScript语言解决了高等计算机页面描述问题,计算机处理页面对象的能力达到前所未有的高度,为页面在计算机控制下的直接输出奠定了墓础,于是数字印刷应运而生。

1 数字印刷概念的出现与发展

提出数字印刷的准确日期很难查证,然而1981年无疑是重要的参考点,因为第一届国际数字印刷会议于该年举办,此后这一国际性会议每年举办一次,至今从未中断。

数字印刷发展到今天已不再局限于印刷行业,例如液晶显示器生产、微电子器件电子喷溅制造、晶体管喷涂、扫描式光学纳米平版印刷、多层柔性电路制造、电子包装喷墨沉积互连电路和超分子纳米DNA印刷等。数字印刷应用领域的扩展促使国际数字印刷会议从2005年开始增加了数字制造内容。

2 数字印刷机

数字印刷机的基本内涵可归纳为按各种非撞击式打印技术本源所构造成的、速度更快、性能更强、复制质盆更高的单色或多色硬拷贝输出设备的总和。数字印刷机与相应技术来源的打印机不存在原则区别,例如静电照相数字印刷机的工作原理类似于激光或发光二极管打印机,连续喷墨和按需喷墨印刷机的工作原理与相应的打印机一致。

数字印刷机与打印机的区别主要表现在以下方面:①速度。数字印刷机明显高于非憧击式打印机,以前大多约定俗成地认为速度超过每分钟40-50页A4印张的为数字印刷机,但随着技术的发展,两种设备的分界线还会进一步提高。②输出控制。绝大多数非撞击式打印机采用PCL语言控制,数字印刷机必须支持PostScript语言。③任务管理.几乎所有的数字印刷机都配置印刷管理器,打印机只需操作系统或制造商提供的驱动程序即可。④前端系统。所有数字印刷机都配置前端,有的设备还提供从模拟原稿到数字文件的高速扫描仪。⑤印刷质量。数字印刷机明显高于打印机,某些数字印刷机的复制质量接近或等价于胶印。⑥色彩管理。所有的数字印刷机都内置颜色空间转换机制,传送到数字印刷机本体的文件没有必要从RGB数据转换到CMYK。但这种要求对打印机显然太高。

3 静电照相数字印刷机

静电照相数字印刷机是以激光或LED为成像光源,基于静电照相原理的单色或多色数字印刷机的总称,速度和功能远远超过静电照相打印机。

3.1 基本技术描述

静电照相数字印刷机的核心部件是光导材料加工成的滚筒或带状元件,以有机光导体和非晶硅为主,最近出现使用非晶硅的趋势,因为这种光导材料的使用寿命更长。具备几何和电场非对称结构放电(曝光)装置,放电效果与光源的发光强度和空间均匀性有关。墨粉从显影装置到光导体的转移效率尚不够高,仅80%左右,以双组分导电型带磁性墨粉的磁刷显影(输墨)居多,高质量静电照相彩色数字印刷机利用液体墨粉显影,例如HP Indigo系列。由于技术的成熟和制造成本逐年降低,目前倾向于使用墨粉集中转移(转印)结构设计;大多数静电照相数字印刷机采用双滚筒熔化系统,以加热和加压组合作用熔化墨粉。

3.2 静电照相数字印刷机制造商

目前,提供静电照相数字印刷机的主要制造商发展到近10家,包括施乐激光成像单色DocuPrint系列和彩色DocuPrint系列,柯达发光二极管成像NexPress彩机系列和DigiMaster黑白机系列,惠普基于激光束成像、采用液体墨粉显影的Indigo Press单张纸和卷筒纸系列,佳能激光束成像的imagePRESS系列,柯尼卡美能达激光束成像bizhubPro系列,奥西(现为佳能收购)发光二极管成像单色VraioPrint系列和彩色Variostream系列,赛康发光二极管成像、卷筒纸进纸的一般用途印刷机和标签印刷机系列等.

3.3 技术难点

静电照相的理论研究工作者多年来在墨粉颗粒与光导体表面黏结力的问题上开展了很多研究工作,争论的焦点集中在墨粉黏结力是否源于静电潜像,以及墨粉与光导体黏结力的作用范围。在相当长的时间内,多数研究人员认为墨粉与光导体的钻结效应源于墨粉颗粒电荷的简单静电粘结作用。然而,施乐Dan Hays等人的实验结果却发现事实并非如此,黏结力至少比简单模型预测的数值高一个量级.误差根源归结为简单模型通过将总电荷集中到对象的中心表示充电对象,因而问题在于假设模型的简单性。静电钻结模型后来由Hays引入非均匀电荷分布予以修正,柯达的Don Ramai则引入非静电黏结力的概念再次修正了该模型,但每一种修正模型仍然与实验数据有差异或矛盾。

多年来,修正模型与实验数据间的相互矛盾始终是一个谜,据说该谜团终于在最近得以解开。黏结力大于理论预测值是由于电荷分布的不连续性,因为某些电荷可能离静电力最强的接触点很近,这一工作由Torrey Pines研究所的W.Stanley Czanlecki和Aetas系统公司的顾问Schein完成。描述实验数据的静电黏结照片表明,每一接触点均存在静电黏结,黏结力的最小化要求接触点的数量也要最小化。

4 喷墨数字印刷机

4.1 连续喷墨数字印刷系统

典型连续喷墨数字印刷机由以色列的赛天使数字印刷公司历经近30年的艰苦努力研制成功,命名为Versa-MarkMark,柯达于2(X抖年完成对该数字印刷机的收购,改名为柯达万印。这种数字印刷系统的喷嘴排列宽度与页面可印刷宽度相同,再加上墨滴连续喷射的特点,印刷速度很高,属干高速喷墨设备。

4.2 按需喷墨数字印刷机

按需喷墨打印机都采用往复式结构,通过打印头横向运动和走纸机构纵向驱动的组合输出页面。由于往复式结构的限制,按需喷墨打印机很难改造成数字印刷设备。从按需喷墨打印机“进化”到按需喷墨数字印刷机的方法当然有,那就是放弃往复式结构,改成喷嘴沿页面宽度排列,如同静电照相彩色数字印刷机那样。现在,不少公司正在按这种思路努力改造热喷墨和压电喷墨打印机,例如惠普的Hp T300 卷筒纸热喷墨彩色数字印刷机、网屏的TruePress、Jet65OUV单张纸压电喷墨彩色数字印刷机、理光与IBM两家联合开发的InfoPrint5000卷筒纸彩色压电喷墨数字印刷机、爱克发:Anapurna单张纸彩色压电喷墨数字印刷机和:Dotrix卷筒纸彩色压电喷墨数字印刷机等。

4.3 墨滴尺寸调制

对于典型压电喷墨打印头的结构分析结果表明,打印头结构除一阶自然频率(主频)外,还存在其他两个更高阶的主频,这成为设计驱动压力波的理论基础,例如相变喷墨打印机的压电喷墨头的主频在25 kHz处,其他两个高阶主频分别在70 KHz和120 kHz附近。这种结构特点意味着压电喷墨打印机可以在不改变喷嘴孔径的条件下通过激励不同的主频喷射出不同尺寸的墨滴,从而达到改变打印机空间分辨率的目的。与压电喷墨相比,热喷墨印刷调制墨滴尺寸相对困难,目前尚未找到有效方法。

5 磁成像数字印刷机

20世纪70年代初,至少有5家公司研究磁成像打印技术,美国Data Interfacee于1972年推出磁写入打印机,美国通用电气和H本岩崎分别于1979和1982年发布墓于磁成像的行式打印机,20世纪80年代初Bull研制成磁成像打印机,后组建成Nipson打印系统公司。

磁成像数字印刷利用铁磁体的永久记忆能力,通过磁力线的磁通变化产生记录结果。这种数字印刷技术的局限性源于磁性墨粉结构的局限性,由于色料外层与墨粉核的体积比约为40:60,因而磁性墨粉颜色明城受核的影响,用干黑白印刷还可以,彩色印刷质量很难保证。目前,典型磁成像数字印刷机由Nipson公司提供,产品有VaryPress 400和500等。

6 离子成像数字印刷

离子成像数字印刷又称为电子束印刷,起源于1936年匈牙利物理学家Selenyi建立的工程模型,用于将电荷图案写入绝缘体的记录系统。离子成像数字印刷是利用绝缘体分子内的束缚电荷在外电场作用下产生微观位移而形成极化电荷的物理现象,极化程度与质点电偶极子有关,取决于质点电荷重心的分离程度。

离子成像数字印刷出现过两种技术,其中电子刻针记录法以针状电极阵列对均匀充电的绝缘介质表面有选择地做中性化处理,分辨率可达到400 dpi左右,但未获得商业应用;离子沉积法是更为实用的技术,从早期的240 dpi提高到600 dpi,20世纪70年代初出现第一代商业离子成像打印机。根据最新报道,采用多行配置的离子源后,分辨率有望达到1000 dpi。

20世纪70年代末期,艾利公司的前身之一Dennison制造公司启动开发高性能离子成像打印机项目,以Delphax Systems的名称研制和销售离子成像设备,目前Delphax离子成像数字印刷机产品分成Imaggia单张纸系列及CR和RS卷筒纸系列,记录分辨率600 dpi。

7 直接成像数字印刷

直接成像数字印刷的技术源头可以追溯到1974年,当时3M公司的A.R.Kotz提出心种称为电子印刷工艺的专利申请,由十改善印刷质量的收效甚微,3M公司最终决定放弃。奥西没有继续3M的电极阵列成像法,改成线圈结构,推进了直接成像数字印刷技术的诞生。

直接成像数字印刷的特别之处主要表现在使用不透明墨粉,以井肩定位的方式再现和模拟连续调图像。山于二次色不能以减色三原色畏印的方法组合,必须增加RGB三种举粉,形成卫星式排列式印刷单元、七种墨粉集中转移到中间载体、且纸张仅一次通过转移间隙的彩色数字印刷系统。

8 照相成像数字印刷

照相成像数字印刷起源于视频画而复制技术及相应的视频打印机,与热城影扩散转移照片复制技术也有密切的关系。考虑到热显影材料的基本结构和信息、记录特征可用于构造更高效的数字控制照片冲印设备,富士终于在2001年推出全数字复制的照相成像数字印刷机。

富士Frontier 和诺力士QSS照相成像彩色数字印刷机是模拟彩色照片冲扩设备的数字版本,以数字控制的激光或LED代替传统彩色照片冲扩设备的全色光,属干湿法数字印刷范畴,承印材料与模拟冲扩相纸类似。