О цифровой составляющей процесса печати

Цифровая печать – это процесс, в котором для вывода на печать изделия c помощью устройств с прямым методом нанесения тонера или краски используются компьютерные электронные файлы.

Определение цифровой печати: эволюция

К такому определению исследователи пришли не сразу.

В начале 2000-х рассматривались два базовых вида цифровой печати:

Печать с переменной печатной формой - Computer-to-Print (компьютер-оттиск), к которой относили устройства:

• электрофотографии/электрографии/магнитографии;
• струйной печати;
• элкографии.

В классическом понимании цифровая печать - «бесконтактная», НО также этим термином обозначали и гибридные устройства, в которых печать производилась с использованием прямой (постоянной/непостоянной) печатной формы.

У всех подобных машин - одна общая черта: в отличие от «динамической» цифровой печати печатная форма «статична» и от оттиска к оттиску не обновляется.

Существовали две концепции построения «гибридных» цифровых печатных машин. Первая реализована в машинах DICOweb фирмы MAN Roland, в которых нанесенное лазером на термосублимационную ленту изображение переносилось на цилиндр, подвергалось термозакреплению, а после печати удалялось при помощи полотна и специальной жидкости. Быстрая цифровая смена заказа (Digital Change Over, DICO) занимала несколько минут.

Другая концепция воплотилась в группе машин технологии DI, оснащенных блоками экспонирования пластин непосредственно в машине – их производили Heidelberg, Adast, KBA/Scitex, Komori, Ryobi, Sakurai и др. компании.

Сегодня цифровую печать можно определить как совокупность технологий, где для каждого выводимого оттиска генерируются новые печатные формы (виртуальные или временные).

«Виртуальные» печатные формы существуют только в виде файловой записи и используются в струйных и термосублимационных технологиях.

Временные печатные формы в виде зарядовой записи на электромагнитном носителе используются в электрографии, ионографии, магнитографии.

Из истории цифровой печати

1833 г. - Феликс Саварт обнаружил и констатировал однотипность образования капель жидкости, выпускаемой через узкое отверстие. Математическое описание этого явления было проведено в 1878 г. лордом Рейли (впоследствии получил Нобелевскую премии).

22 октября 1938 г. - Честер Карлсон получил первый «электрофотографический» отпечаток, это изобретение назвали «ксерографией».

1948 г. - компания Haloid (позже Xerox) выпустила в свет первую серию копировальных аппаратов Xerox Model A Copy Machine.

1951 г. – разработаны теоретические основы струйной печати. Siemens запатентовала работающее устройство, способное разделять струю на однотипные капли.
Изобретение привело к созданию мингографа, одного из первых коммерческих самописцев, используемых для регистрации значений напряжения.

1953 г. - для компьютера Univac в корпорации Remington-Rand создан первый в мире высокоскоростной принтер, наносящий изображения через красочную ленту (лепестковый принтер - прототип матричного принтера). Устройство могло печатать за минуту 600 строк по 120 символов в каждой

1957 г. – Ноэль де Плассе обнаружил, что некоторые красители способны сублимировать, то есть переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое (принцип сублимационной печати).

1964 г. - Seiko Epson Corporation сконструировала уникальный механизм, который постоянно отпечатывал точное время – работал в качестве часов. Изображение формировалось из точек, наносимых на умагу иглами через черную или цветную ленту. Эволюция разработки привела к появлению настоящих матричных принтеров.

1969 г. - Гарри Старквэзер, сотрудник Xerox, доказал, что изображение можно переносить на бумагу с помощью лазерного луча с его дальнейшей ксерографической печатью.

1971 г. – выпущен первый промышленный лазерный принтер IBM 3800.

1972 г. – заложены основы термальной печати, печать по цифровым носителям прямо на холст без печатных форм позволила осуществлять печать по требованию за короткое время.

1972 г. - Xerox разработала принтер, в котором применялся гелий-неоновый газовый лазер, расположенный на модифицированном копировальном аппарате. Такая система обеспечила достойное качество отпечатков в 500 dpi, со скоростью 60 стр./мин.

1977 г. - первые разработки в области drop-on-demand - в устройстве последовательной печати символов Siemens PT-80, а также в принтере компании Silonics, появившемся годом позже. Эти принтеры использовали прообраз пьезоэлектрической печати.

1977 г. - Xerox выпустила устройство Xerox 9700 Electronic Printing System, прототип промышленного лазерного принтера.

1979 г. - Canon изобрела метод печати по технологии drop-on-demand, в соответствии с которым капли выпускались наружу на поверхности небольшого нагревателя, расположенного рядом с соплом и регулировались при помощи конденсации туманообразных скоплений красителя. Эту технологию назвали «пузырьковая печать».

1980 г. - Hewlett-Packard разработала технологию, получившую название «термическая струйная печать».

1984 г. - на рынке появилось решение ThinkJet — первый коммерчески успешный и относительно недорогой струйный принтер, обеспечивающий хорошее качество и разрешение печати.

1985 г. - термосублимационную печать применяют на практике, активно используя в фотопринтерах Kodak для непосредственной печати с камер.

1985 г. - Apple начала продажи Macintosh, который комплектовался лазерным принтером LaserWriter, поддерживающим разработанную в Xerox технологию PostScript.

1987 г. - компанией OKI был выпущен первый светодиодный принтер (в 1998 г. компания разработала первый цветной светодиодный принтер).

1995 г. - Indigo, приобретенная Hewlett Packard представила свои разработки на выставке drupа 1995. Компания объединила электрографию и офсетный принцип переноса изображения (электрография через второй перенос – через офсетное полотно).

1996 г. - разработана технология печати Micro Dry (суть состоит в том, чтобы наносить твердый краситель прямо на носитель).

2012 г. - на drupa 2012 впервые представлены нанографические ЦПМ.

2012-2017 гг. - увеличение форматов цифровых печатных машин. На рынке представлено несколько популярных решений в формате В2: Fujifilm JetPress 720S, Kodak Prosper, HP 12000, Xerox Trivor 2400, Konica Minolta KM-1 (В2+ AccurioJet KM-1).
На drupа 2016 ряд компаний показали концепты цифровой печати в формате В1: струйные, УФ, нанографические.

Технологии цифровой печати

Электрография

Суть принципа электрографии (сухого электростатического переноса): источник света светит на предварительно заряженную поверхность светочувствительного вала (фотобарабана). На тех местах, на которые попал свет, меняется заряд и к этим местам затем притягивается тонер. Затем тонер перетягивается за счет электростатики на бумагу, на которой попадает в печку, где и закрепляется, под действием высокой температуры и давления.

Источники света, которые используются в устройствах технологии:

* луч лазера (принтеры, в которых стал использоваться этот принцип засветки светочувствительного вала, стали называться лазерными принтерами).

Рисунок 1. Принцип лазерной печати

В современных принтерах используется альтернативный источник света, который засвечивает фотобарабан, - светодиодная линейка, состоящая из множества (от 2,5 до 10 тыс. штук) светодиодов, размещенных в ряд вдоль всей длины светочувствительного вала.

Засветка одной строки в светодиодном принтере происходит одновременно: по команде контролера. Те светодиоды, под которыми на светочувствительном валу должна появиться точка изображения, вспыхивают, остальные - нет. Ряды точек при вращении фотобарабана также формируют на нем электростатическое изображение, которое затем проявляется тонером и переносится на бумагу, где и закрепляется.

Светодиодная технология является более экономичной и позволяет добиться большей скорости печати.

В электрографии используются два различных способа создания полноцветного изображения: многопроходная и однопроходная технология.

Рисунок 2. Сравнение многопроходного и однопроходного принципов нанесения тонеров на поверхность в электрографской печати

В ЦПМ может использоваться прямая электрография – напр., Xeikon (рис. 3) и электрография через второй перенос (HP Indigo) – рис. 4.

Рисунок 3. Прямая электрография

Рисунок 4. Электрография через второй перенос

Основные преимущества прямой электрографии:

• нет проблем, связанных с промежуточным материалом (второй перенос) и климатом (герметичный корпус + контроль полотна);
• отсутствие раппорта;
• высокая адгезия тонера без необходимости праймирования.

Основное преимущество электрографии через второй перенос – совмещение с офсетным принципом передачи краски, в результате чего достигается приближенное к офсетному качество печати.

Среди недостатков технологии через второй перенос - необходимость в праймировании материалов для печати, наличие раппорта.

Также технология прямой электрографии и «сухой» тонер используются в малоформатных цифровых печатных машинах оперативной полиграфии, напр., – Kodak Nexpress, Oce ColorStream, Xerox iGen, Konica Minolta bizhub press C1100.

Технологии струйной печати

В зависимости от количества проходов печатающих головок цифровая струйная печать может быть многопроходной (используется в широкоформатной печати) и однопроходной.

В свою очередь, однопроходная струйная печать бывает непрерывная (при печати изображения капли чернил безостановочно наносятся поверхность) и с дозированием краски («капля-по-требованию»), где капли краски формируются, а затем наносятся на поверхность в соответствии с цифровым сигналом.

Есть три типа непрерывной струйной печати.

Технология с использованием заряженных капель краски: каплям краски придается заряд, под действием которого они изменяют траекторию и направляются на печатную поверхность для получения изображения.

Технология с использованием незаряженных капель краски: незаряженные капли формируют печатное изображение, а заряженные капли поступают обратно в систему для повторного использования.

Технология с использованием устройства для отклонения струи краски: электрическому заряду подвергаются абсолютно все капли чернил, а нанесение капель на изображение происходит с помощью автоматического устройства, регулирующего отклонение направления струй краски.

Рисунок 5. Варианты технологии «капля-по-требованию»

«Капля-по требованию» применяется в пьезоэлектрических устройствах и термографических струйных системах (пузырьковая струйная печать с жидкими и твердыми чернилами).

К пьезоэлектрическим устройствам относится оборудование Brother, Epson, FF Dimatix, HP, Konica Minolta, Kyocera, Oce, Panasonic, Rico, SII, TTec, Trident, Xaar, Xerox. В нем к пьезоэлектрическому кристаллу подводится электрическое напряжение, что создает избыточное давление в камере с чернилами. За счет давления капельки краски вытесняются из камеры и попадают на печатную поверхность).

В термографической (пузырьковой) струйной печати с жидкими чернилами (в оборудовании Canon, HP) тепло, которое производит электрический нагревательный элемент выпаривает жидкость из чернил, что вызывает появление чернильных пузырьков. Расширяющиеся в объеме пузырьки создают давление внутри чернильного сопла, которое выталкивает чернила на бумагу.

В струйной печати с твердыми чернилами («струйная печать со сменой фаз» – в оборудовании Seico-Epson, Tonejet) изначально чернила находятся в твердом состоянии, а при нагревании становятся жидкими. Они выталкиваются на поверхность в виде капель, где при охлаждении моментально застывают.

Как отдельное направление струйной цифровой печати рассматривают обычно и УФ-печать, преимущества которой: широкий цветовой охват, прочность краскослоя, хорошее качество печати на невпитывающих поверхностях, высокая механическая стойкость и др.

Таблица 1. Преимущества и недостатки струйной технологии цифровой печати

Ионография («электростатическая печать»)

Сущность ее заключается в локальном осаждении ионов на диэлектрическую поверхность под действием электрического напряжения.

Достоинства ионографических устройств - простота конструкции, высокий коэффициент (до 99,8%) использования проявляющего порошка, линейная схема проводки бумаги, небольшие размеры.

Рисунок 6. Принцип ионографии

Ионография применима лишь для одноцветной печати, при печати больших объемов изделий, а также для переменной печатной информации;

Магнитография

Цифровое изображение преобразуется в магнитный заряд на барабане, который притягивает тонер, содержащий железные частички.

Рисунок 7. Принцип магнитографии

Тонеры, применяемые в магнитографии, очень темные, поэтому эта технология больше подходит для печати одной дополнительной краской, чем для процесса четырехцветной печати.

Термальные технологии

Включают печать с использованием термопереноса (трансферная печать), термальный перенос краски с испарением (сублимационный термоперенос) и восковой термоперенос.

В трансферной печати изображение переносится на печатную поверхность с применением термотрансферной пластмассовой ленты, на которую наносится краска.

В сублимационном переносе вместо термокрасок применяются специальные сублимационные чернила. Когда красочные пигменты нагреваются, они подвергаются процессу, получившему название «сублимация», в результате которого переходят их твердого состояния в газообразное. Когда газ входит в контакт с бумагой со специальным покрытием, он снова переходит в твердое состояние.

При восковом термопереносе вместо применения сублимационной краски используются чернила на восковой основе, которые распределяются по печатной поверхности;

Нанографическая печать

Компания Landa декларирует вторую цифровую революцию в печатном деле, объединив гибкость цифровой печати со скоростью и дешевизной офсетной.

В основе процесса нанографической печати лежит разработка компании Landa - чернила NanoInk™. Нанокраски, состоящие из пигментных частиц, размером в десятки нанометров (1 наноментр в 100 000 раз тоньше человеческого волоса), эффективно поглощают свет, обеспечивая высокое качество печати и широчайший из всех существующих цветовой охват CMYK.

По сравнению с традиционными струйными технологиями нанопечать имеет ряд преимуществ: на подложку переносится сухое изображение (а не влажные краски), шире диапазон запечатываемых материалов, для закрепления изображения требуется меньше энергии, а площадь запечатывания неограничена.

Рисунок 8. Схема процесса нанографической печати

Что могут цифровые машины

В зависимости от производительности и возможностей ЦПМ подразделяются на определенные классы:

• настольные принтеры;
• МФУ – сканер, копир и принтер, совмещенные в одном устройстве. Цифровые копиры работают по принципу электрофотографического процесса, а для распечатки применяется технология сухого электрофотографического проявителя (тонера);
• цифровые печатные машины (ЦПМ).

√ Популярные модели для оперативной полиграфии имеют формат до 330х488 мм (Xerox Versant 2100) и выше, на рынке представлен ряд успешных моделей в формате В2 и даже концепты в формате В1.

√ Большинство ЦПМ могут печатать на обеих сторонах бумаги за одно прохождение бумаги через машину (дуплексная или двусторонняя печать).

√ В зависимости от типа подачи материалов ЦПМ делятся на листовые и рулонные (чаще индустриального применения).

√ Традиционно цифровые печатные устройства подразделяются на монохромные и полноцветные. Однако все чаще в цифровых печатных устройствах применяются возможности нанесения дополнительных цветов. Например, модель Xerox iGen5 имеет пятую секцию и для расширения цветового охвата позволяет печатать на выбор: Green, Orange или Reflex Blue, а модели Ricoh C7100x/C9100x и даже недорогие модели OKI класса Pro помимо печати белым позволяют работать с неоновыми тонерами, что придает оттиску неожиданные спецэффекты.В ЦПМ индустриального применения возможность печати дополнительными цветами стала стандартом. Например, в машинах hp Indigo для коммерческой печати используется шестикрасочная IndiChrome печать (CMYK + Violet + Orange). Печать белым цветом является стандартом для ЦПМ, применяемых для производства этикеточной и упаковочной продукции.

√ ЦПМ оснащены различными устройствами для дополнительной обработки изделий: создания переплета, обложки, комплектовки книжного блока, рельефного тиснения, высекания, фальцовки, сшивки и другие.

√ Машины многих производителей позволяют печатать защищенную упаковку и даже бланки ценных бумаг и документов строгой отчетности за счет использования специальных красок и создания рельефных изображений.

√ Сегодня на рынке индустриальной цифровой печати «универсальные» машины постепенно сменяются специализированными.

√ Цифровые способы печати демонстрируют потрясающие темпы роста в сегментах производства этикетки и упаковки, коммерческой продукции, медийной печати, рекламно-сувенирной продукции. Верхняя планка тиражей, которые выгоднее печатать цифровым способом, чем аналоговыми, постепенно повышается.

Цифровое печатное оборудование используется для печати:

• деловой полиграфии (визитки, календари, конверты, листовки, папки);
• коммерческой (акцидентной) продукции (бирки, буклеты, меню и сеты, открытки, плакаты, флаеры, хенгеры);
• рекламно-сувенирной продукции (наклейки, открытки, флешки, зажигалки, футболки);
• медийной печати (газеты и журналы);
• многостраничной продукции (каталоги, журналы и т.п.) малыми тиражами;
• малотиражной упаковки и этикетки;
• прямой печати на одежде;
• широкоформатной печати;
• прямой печати на объемных изделиях, в т.ч. в промышленных масштабах.

С помощью цифрового калькулятора можно рассчитать стоимость цифровой печати различной продукции (визитки, календарики, открытки, листовки, флаеры, листы SR A3 (314x444 мм) в зависимости от тиража, сроков, вида материалов).

На drupa 2016 ряд производителей демонстрировали специализированные решения:

• этикеточные: Domino, Screen, Durst, Epson, EFI (Mark Andy, INXX, FFEI, MEMJET, Nilpeter, Gallus, Miyakoshi, Omet);
• для коммерческой печати: HP, Fuji, Kodak, Ricoh/Screen, Canon, Xerox, Konica Minolta/Komori, Landa/Komori, Heidelberg, KBA.

Преимущества цифровой печати

• экономичная печать коротких тиражей;
• возможность распечатывать пробные оттиски;
• оперативность - не тратится время на подготовку форм, приладку, сушку тиражей;
• простота – человека за такой машиной правильнее называть оператором, т.к. все настройки автоматизированы;
• себестоимость оттиска практически не зависит от тиража;
• снижение количества отходов;
• сокращение затрат/минимизация складских запасов;
• разнообразие продукции;
• персонализация (альтернатива – применение модуля оперативной струйной печати, но подобное впечатывание имени, адреса и обращения к адресату уже не удовлетворяет требовательных рекламодателей, желающих получить полностью персонифицированную печать, когда ни один из экземпляров заказа не будет идентичен другому);
• печать переменных данных.

Два основных типа печати переменных данных - зонирование (изменяется небольшая часть содержания для различных целевых групп) и персонификация (каждый экземпляр такого тиража уникален и автоматически генерируется с учетом всех необходимых изменений для определенного пользователя).

В документах с переменной информацией выделяют три типа элементов:

• фиксированное содержание, которое печатается на каждом экземпляре тиража;
• многократно используемая информация, которая печатается в тираже более чем один раз, но меняется не в каждом экземпляре;
• непосредственно переменное содержание, которое используется один раз (например, имя человека или его фотография);
• специальные возможности: защита, спецдизайн, комбинации возможностей;
• маркетинг – клинические исследования, пробные запуски продукта, сопутствующие материалы (постеры, плакаты, проч.).

Future Digital

Цифровая печать по темпам роста опережает другие секторы печатной индустрии.

Интенсивное развитие цифровой печати связано связано с тенденциями сокращения тиражей, увеличения их количества.

Издательская, коммерческая, транзакционная, медийная печать

√ На рынке цифровой печати наиболее динамично развиваются сегменты издательской и рекламной продукции.

На втором месте по динамике роста - продукция транспромо, сочетающая транзакционную печать с образовательным или рекламным контентом.

Рост в сегменте книжной печати обеспечивается распространением индустриальных монохромных струйных машин и цветных струйных устройств, а также выходом на рынок новых устройств формата В2.

В Восточной Европе есть потенциал использования цветной печати в газетном сегменте, поскольку из-за большого количества национальных языков малые тиражи с использованием цветных печатных машин становятся оправданными.

[Info Trends]

√ По итогам 2016 г. объемы струйной печати (включая печать по упаковке) достигли $61,9 млрд., что эквивалентно 526 млрд отпечатков формата А4.

Объемы струйной печати во всем мире в период с 2016 по 2021 годы предположительно будут возрастать на 12,7% в год и на 8,7% в денежном выражении.

Растущей популярностью пользуется системы для повышения ценности отпечатков и лакирования (MGI, Scodix и др.).

«Будущее цифровой печати во всем мире до 2021 года» [Smithers Pira]

√ Цифровая печать растет быстрее других 14 наиболее распространенных технологий печати (в среднем на 28% в год).

В последние годы важную роль в промышленности начинает играть струйная печать, включая печать по текстилю, декор, керамическую плитку, 3D-печать и производство электроники.

Print Future «Drupa Global Trends Report 2016» [Print Future]

Этикетка и упаковка

√ Темпы роста мирового рынка цифровой печати этикетки с 2013 по 2018 гг. оцениваются в 34%.

Благодаря росту спроса на малые тиражи и производство «упаковки-по-требованию», цифровая печать становится все более распространенной и в секторе производства картонной упаковки.

[Pira International]

√ Сегодня только 7% упаковки печатается цифровым способом, но этот показатель вскоре значительно вырастет. Рынок как электрографических, так и струйных устройств цифровой печати этикеток и упаковки в ближайшие годы будет расти на 8,7% в год и к 2019 г. достигнет объема в $507,5 млн.

[IDC]

√ В упаковочном секторе цифровая технология является самой быстрорастущей – к 2019 году ее объем достигнет $19 млрд.

[Smithers Pira]

√ Рост рынка цифровой печати упаковки и этикетки составит 18,25% ежегодно. GlobalDigital Packaging and Labeling Market 2015–2019 [Infiniti Research]

√ За десять лет произойдет рост рынка с $11,42 млрд до $42,11 млрд (13,9% в год).

Среди главных причин роста – высокая активность продовольственного рынка и рынка товаров для дома, а также рост индустрии товаров здравоохранения. Самым быстрорастущим останется сегмент продуктов и напитков, а среди типов продукции – этикетка.

«Глобальный прогноз до 2026 г. рынка цифровой печати упаковки» [MarketsandMarkets]

Текстиль

√ В 2016 г. только 2,9% от общего объема рынка печати по текстилю (30 миллиардов м²) производилось на струйном оборудовании.

Но доля цифровой печати быстро росла в последнее десятилетие, увеличившись с 461 млн м² в 2012 году до 870 миллионов м² в 2016 году, и минует отметку 1 млрд м² в 2017 году, а в 2021 году составит 1,95 млрд м² ткани – более чем в четыре раза превысит объем 2012 года.

Этот рост в переводе на деньги составил от €592 млн в 2012 году до €1,17 млрд в 2016-м. Рынок будет расти ежегодно на 15,7% в течение следующих пяти лет, достигнув €2,42 млрд в 2021 году.

«Будущее цифровой текстильной печати до 2021 года» [Smithers Pira]

√ В целом рынок цифровой печати в мире растет на 4,2% в год. К 2018 г. его объем составит €5,4 млрд (IDC). Наиболее популярны электрография и струйная печать.