Московский государственный университет печати

Уарова Р.М.


         

Основы цифровой печати

Конспект лекций для студентов, обучающихся по специальности 261202.65 - Технология полиграфического производства и направлению 261700.62 - Технология полиграфического и упаковочного производства


Уарова Р.М.
Основы цифровой печати
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление

Введение

1.

ЭЛЕКТРОФОТОГРАФИЯ

1.1.

Зарядка фоторецептора

1.1.1.

Зарядка коронным разрядом

1.1.2.

Факторы, влияющие на зарядку коронным разрядом

1.1.2.1.

Процесс зарядки фоторецептора коротроном

1.1.2.2.

Особенности зарядки скоротроном

1.1.3.

Зарядка валиком

1.2.

Запись скрытого электростатического изображения на органическом фоторецепторе

1.2.1.

Процесс фоторазрядки при записи скрытого изображения на органическом фоторецепторе

1.2.1.1.

Процессы, происходящие в генерационном слое

1.2.1.2.

Инжекция зарядов в транспортный слой

1.2.1.3.

Механизм транспорта носителей заряда

1.2.2.

Устройства записи изображения

1.3.

Проявление скрытого электростатического изображения

1.3.1.

Электрическое поле в зоне проявления

1.3.1.1.

Электрическое поле над сплошными участками скрытого изображения в присутствии проявляющего электрода

1.3.1.2.

Проявляющее электрическое поле над штриховым скрытым изображением

1.3.2.

Способы проявления

1.3.2.1.

Общие сведения

1.3.2.2.

Проявление магнитной кистью из двухкомпонентного проявителя

1.3.2.3.

Проявление однокомпонентными проявителями

1.3.2.4.

Гибридное проявление

1.4.

Перенос тонерного изображения и очистка фоторецептора

1.4.1.

Перенос тонерного изображения с фоторецептора на печатный материал

1.4.2.

Очистка фоторецептора

1.4.2.1.

Предварительная очистка фоторецептора

1.4.2.2.

Очистка поверхности фоторецептора

1.5.

Закрепление тонерного изображения на печатном материале

1.5.1.

Процесс термомеханического закрепления изображения

1.5.2.

Устройства термомеханического закрепления

1.5.3.

Радиационное термозакрепление

1.6.

Тонеры

1.6.1.

Общие сведения о тонерах

1.6.2.

Способы изготовления тонеров

1.6.2.1.

Традиционный (механический) способ производства тонеров

1.6.2.2.

Химические тонеры

1.7.

Технологии многокрасочной печати

1.7.1.

Многокрасочная печать при использовании одного фоторецептора

1.7.2.

Многокрасочная печать при использовании нескольких фоторецепторов

1.8.

Технология Осе Copy Press

1.9.

Электрофотография с жидкостным проявлением

1.9.1.

Жидкий проявитель

1.9.2.

Технологический процесс с жидкостным проявлением

1.9.2.1.

Общие сведения о технологии с проявлением разбавленными красками

1.9.2.2.

Технологии Indigo Electroink с проявлением концентрированными красками и автономными проявляющими устройствами

2.

СТРУЙНАЯ ПЕЧАТЬ

2.1.

Непрерывная струйная печать

2.1.1.

Непрерывная струйная печать с селективной зарядкой капель

2.1.2.

Непрерывная струйная печать с термической активацией каплеобразования

2.2.

Импульсная струйная печать

2.2.1.

Пьезоструйная печать

2.2.1.1.

Понятие о пьезоструйной печати. Виды эмиттеров капель

2.2.1.2.

Управление размером капли и разрешением при пьезоструйной печати

2.2.1.3.

Пьезоструйные печатающие головки последнего поколения

2.2.1.4.

Печать твердыми чернилами

2.2.2.

Импульсная термоэлектрическая струйная печать

2.2.2.1.

Виды эмиттеров капель

2.2.2.2.

Печать фотографического качества

2.2.2.3.

Печатающие головки нового поколения

2.3.

Чернила для струйной печати

2.3.1.

Водные чернила

2.3.1.1.

Водные чернила на красителях

2.3.1.2.

Пигментные водные чернила

2.3.1.3.

Водные пигментные чернила, дающие отпечатки, устойчивые к воде

2.3.1.4.

Бумаги для печати водными чернилами

2.3.2.

Сольвентные чернила

2.3.2.1.

Состав и свойства сольвентных чернил

2.3.2.2.

Материалы для сольвентной печати

2.3.3.

Масляные и твердые чернила

2.3.4.

УФ-отверждаемые чернила

3.

Прямая запись тонерного изображения

3.1.

Общие сведения

3.2.

Прямая запись тонерного изображения на DI-барабане

3.3.

Синтез полноцветного изображения

4.

Магнитография

4.1.

Магнитографическая печатная технология

4.2.

Магнитографическое печатное оборудование

5.

Библиографический список

Указатели
104   указатель иллюстраций
Рис. 4.1.1. Схема магнитографического печатающего устройства: 1 - цилиндр с покрытием из ферромагнитного материала, 2 - записывающая головка, 3 - стирающая магнитная головка, 4 - система очистки, 5 - устройство закрепления тонерного изображения ИК-излучением, 6 - бумажная лента, 7 - устройство удаления тонера с пробелов изображения, 8 - емкость с тонером Рис. 4.1.2. Записывающая магнитная головка. Микроэлектромагниты расположены в 6 рядов Рис. 4.1.3. Принципиальная схема работы микроэлектромагнита записывающей головки. На схеме: 1 - записывающий полюс электромагнита, 2 - сердечник, 3 - широкий полюс электромагнита, 4 - токопроводящая спираль, 5 - записывающий слой, 6 - носитель изображения

Магнитография использует магнитный способ записи скрытого изображения, проявление магнитным тонером, магнитный способ очистки носителя изображения, а также терморадиационное закрепление. Ее основные отличия от электрофотографии: высокая скорость печати, возможность только черно-белой печати и возможность печати на большом спектре материалов от самоклеющихся материалов и пленок до толстых бумаг. Поскольку большая часть операций технологического процесса проводится с помощью ферромагнетиков и магнитных полей, прежде всего, вспомним, что представляют собой ферромагнетики.

Ферромагнетиками называют тела, которые при попадании в магнитное поле быстро и сильно намагничиваются, а после удаления из поля сохраняют намагниченность в течение некоторого времени, иногда довольно длительного. Происходит это потому, что ферромагнетики состоят из множества маленьких намагниченных участков - магнитных доменов. В отсутствие магнитного поля или предварительного намагничивания домены расположены хаотически, их магнитные моменты ориентированы в разных направлениях. Ферромагнетик в целом не проявляет никаких магнитных свойств. Наложение внешнего магнитного поля изменяет структуру тела. Магнитные моменты молекул начинают менять направление, вследствие чего растет число доменов, ориентированных вдоль силовых линий магнитного поля. При достаточно сильном поле магнитные моменты большинства доменов оказываются направленными в одну сторону, и тело превращается в магнит. При изменении направления силовых линий внешнего магнитного поля (вектора напряженности Н ) на противоположное происходит размагничивание и новое намагничивание тела. Кривая изменения намагниченности тела М образует петлю магнитного гистерезиса.

Разберем этот процесс подробнее. При Н = 0 внешнее магнитное поле отсутствует, и намагниченность тела М равна 0. При увеличении напряженности магнитного поля Н намагниченность возрастает, достигая предельной величины <?xml version="1.0"?>
(намагниченности насыщения). К этому моменту практически все домены ориентированы одинаково, формируя единый магнит.

При уменьшении напряженности Н до нуля намагниченность падает, так как часть доменов под действием теплового движения произвольно изменяет ориентацию. Но М доходит не до нуля, а до остаточной намагниченности <?xml version="1.0"?>
То есть тело становится самостоятельным магнитом. Размагнитить его можно, изменив направление внешнего магнитного поля. Напряженность, при которой М падает до нуля <?xml version="1.0"?>
называется коэрцитивной силой. Она характеризует способность данного ферромагнетика сохранять намагниченное состояние. Обратное намагничивание до насыщения подчиняется тем же законам, и при полном цикле образуется петля магнитного гистерезиса.

Магнитным гистерезисом называют зависимость величины намагниченности тела не только от напряженности магнитного поля, в которое помещено тело, но и от значения его предварительной намагниченности. Это свойство характерно для всех ферромагнетиков.

Устойчивость магнитных свойств ферромагнетика связана с шириной петли гистерезиса, то есть с его коэрцитивной силой. Тела с большой коэрцитивной силой называют магнитотвердыми. Они хорошо и долго сохраняют намагниченность, и именно из них изготовляют постоянные магниты. Это тела из сплавов железа, кобальта, никеля. Тела с малой коэрцитивной силой (и узкой петлей гистерезиса) - магнитомягкие. Они не требуют больших затрат энергии и времени на намагничивание и размагничивание и поэтому используются в качестве сердечников электромагнитов, в магнитофонных лентах, в магнитных тонерах и в магнитографическом оборудовании. Сюда относятся некоторые металлические сплавы и ферриты (материалы, содержащие сложные окислы железа), которые по уровню электропроводности можно отнести к полупроводникам.

Поскольку упорядоченному состоянию намагниченного тела противостоит тепловое нарушение порядка, на магнитные свойства ферромагнетиков влияет температура. Для каждого материала существует такая температура (точка Кюри), при которой особые свойства ферромагнетика исчезают и материал теряет ферромагнитные свойства. Так, для железа она составляет 870<?xml version="1.0"?>
С.

Намагниченность материалов измеряют в теслах (Тл), а напряженность магнитного поля и коэрцитивную силу - в А/м.

Схема технологического процесса

Технологическая схема магнитографического печатного процесса включает следующие операции, показанные на схеме печатающего устройства (рис. 4.1.1 Рис. 4.1.1. Схема магнитографического печатающего устройства: 1 - цилиндр с покрытием из ферромагнитного материала, 2 - записывающая головка, 3 - стирающая магнитная головка, 4 - система очистки, 5 - устройство закрепления тонерного изображения ИК-излучением, 6 - бумажная лента, 7 - устройство удаления тонера с пробелов изображения, 8 - емкость с тонером):

  • запись скрытого магнитного изображения на поверхности ферромагнитного носителя изображения - магнитного цилиндра;
  • проявление скрытого изображения магнитным тонером;
  • повышение резкости тонерного изображения;
  • перенос тонерного изображения с магнитного цилиндра на печатный материал;
  • терморадиационное закрепление изображения на печатном материале;
  • удаление остаточного тонера с поверхности магнитного цилиндра;
  • очистка магнитного цилиндра от скрытого магнитного изображения.

Схема печатающего устройства и стадии процесса записи изображения

Магнитный цилиндр, служащий для записи изображения, имеет диаметр около 100 мм. Он состоит из немагнитного стержня (из бронзы или алюминия) и многослойного ферромагнитного покрытия, содержащего следующие слои:

  • магнитомягкий слой из пермаллоя (сплава железа с никелем FeNi) толщиной 50 мкм;
  • магнитотвердый слой из сплава кобальта, никеля и фосфора CoNiP с коэрцитивной силой выше 32 кА/м и высокой остаточной намагниченностью, толщина слоя 25 мкм;
  • защитный слой из карбида хрома СrС или карбида молибдена МоС, увеличивающий износостойкость цилиндра.

Печатающий цилиндр охлаждается водой для поддержания постоянной температуры.

Запись скрытого магнитного изображения

Записывающая головка, создающая скрытое магнитное изображение на поверхности магнитного цилиндра, содержит несколько линеек микроэлектромагнитов, вытянутых вдоль образующей цилиндра. Линейки немного сдвинуты относительно друг друга, что позволяет повысить разрешение записи. Построение головки модульное, например, каждый модуль содержит 336 электромагнитов с плотностью их расположения 250 в дюйме. Электромагниты, имеющие размеры около 55 мкм, состоят из металлического сердечника, окруженного токопроводящими спиральными дорожками. Они получаются методами микромеханики и микроэлектроники. На рис. 4.1.2 Рис. 4.1.2. Записывающая магнитная головка. Микроэлектромагниты расположены в 6 рядов показана схема 6-рядной записывающей головки, содержащей 80 электромагнитов на каждый дюйм ширины головки.

Принципиальная схема микроэлектромагнита записывающей головки приведена на рис. 4.1.3 Рис. 4.1.3. Принципиальная схема работы микроэлектромагнита записывающей головки. На схеме: 1 - записывающий полюс электромагнита, 2 - сердечник, 3 - широкий полюс электромагнита, 4 - токопроводящая спираль, 5 - записывающий слой, 6 - носитель изображения. Микроэлектромагнит состоит из ферромагнитного стержня 2, выполненного из сплава FeNi, и обмотки 4 (проводящей спиральной дорожки из нескольких десятков витков). Полюса электромагнита (концы ферромагнитного стержня) 1 и 3 имеют разную ширину, запись производится узким полюсом 1. Магнит прижат к поверхности магнитного цилиндра 6, и они вместе образуют магнитный контур.

Когда на обмотку 4 подается импульс напряжения, через нее проходит электрический ток. В магнитном контуре возникает магнитный поток (магнитный импульс). Плотность магнитного потока в каждом участке ферромагнитного материала зависит от площади его сечения. Плотность потока под узким записывающим полюсом 1 настолько велика, что магнитные домены рабочего слоя ферромагнитного покрытия располагаются перпендикулярно к поверхности слоя. На поверхности магнитного цилиндра (в слое CoNiP) образуется намагниченный микроучасток - магнитная растровая точка. Магнитный поток под широким полюсом 3 слишком мал для намагничивания рабочего слоя.

Записывающий полюс микроэлектромагнита устойчив к истиранию, что важно для стабильной работы микроэлектромагнита.

Проявление и ретушь

В результате вращения магнитного цилиндра скрытое магнитное изображение (СМИ) попадает в зону проявления. Проявление проводится магнитным тонером. Каждая частица такого тонера, имеющая средний размер 8-10 мкм, содержит вкрапления магнитомягкого ферромагнетика. Содержание ферромагнетика в магнитографическом тонере выше, чем в аналогичных электрофотографических тонерах, так как для эффективного проявления требуется более высокая намагниченность частиц. В цветном тонере ферромагнетик уменьшает яркость цвета, а в черном тонере никакого неблагоприятного воздействия на качество изображения не оказывает, поэтому магнитография используется для получения черно-белых изображений.

Способность тонера к трибоэлектризации не нужна (и даже вредна), так как проявление проводится не электрическим, а магнитным полем. По другим свойствам магнитографический тонер не отличается от электрофотографического магнитного тонера.

Проявляющее устройство подобно электрофотографическому проявляющему устройству и включает емкость с тонером и проявляющий магнитный валик. Однако для усиления магнитного проявляющего поля в зоне проявления тонер переносится с валика на скрытое изображение магнитным ножом.

При проявлении часть тонера попадает на фон, но удерживается на нем слабо. Его удаляют вращающимся валиком со стационарным магнитным ножом внутри. При этом снимается и лишний тонер по краям штриховых элементов, так повышается резкость края штрихового изображения. Снятый тонер уносится от цилиндра вакуумным устройством. Возможно применение одной вакуумной очистки.

Перенос и закрепление тонерного изображения

Тонерное изображение далее попадает в зону переноса, где печатный материал, например, бумага, прижимается валиком к цилиндру с тонерным изображением. Частицы тонера переносятся на бумагу и вдавливаются в нее. Для повышения коэффициента переноса тонерного изображения используют электрическое поле, создаваемое между цилиндром и валиком переноса. Для этого тонер непосредственно перед переносом заряжается коронным разрядом (по окончании переноса второй коротрон разряжает тонер). Оборот бумаги в зоне переноса заряжается коротроном (Nipson VaryPress 200) либо зарядным валиком (Nipson VaryPress 400). На печатный материал переносится 80...85% тонера.

Остаточный тонер удаляется с поверхности магнитного цилиндра с помощью ракеля и вакуумной щетки, а скрытое магнитное изображение стирается с поверхности с помощью магнитной головки, на которую подается переменное напряжение.

На печатном материале тонер закрепляют плавлением за счет радиационного нагрева импульсной ксеноновой лампой, имеющей сильное излучение в ближнем ИК-диапазоне - 800-1000 нм. Бумага в этой спектральной зоне поглощает около 20% падающего излучения, а черный тонер - 95%. Поэтому бумага не успевает разогреться до температуры более 50<?xml version="1.0"?>
С за то время, когда черный тонер оплавляется и образует пленочное изображение.

В радиационном способе термозакрепления напротив бумажной ленты находится одна или несколько трубчатых импульсных ламп, снабженных рефлекторами. Они должны обеспечивать равномерное по площади (без зазоров) излучение. Нагретый воздух между лампами и рефлектором отсасывается вдоль оси ламп, таким образом, обеспечивается охлаждение ламп. Газы, выделяющиеся из тонера и бумаги, также отсасываются и пропускаются через фильтры. Чтобы избежать загрязнения импульсной лампы и рефлектора тонерной пылью, лампы защищают стеклянным экраном.

Возможно сочетание нагрева тонерного изображения ИК-излучением и нагрева оборота бумаги пластиной, имеющей температуру около 130<?xml version="1.0"?>
С.

Цифровые печатные машины, использующие магнитографию, выпускаются фирмой Nipson. Они предназначены для скоростной черно-белой печати при большой месячной загрузке машин.

Рассмотрим машины VaryPress 200, VaryPress 400 и VaryPress 500. По сравнению с прежними магнитографическими машинами у них более высокие гибкость, скорость и резкость печати. Их назначение - транзакционная печать, печать защищенных документов магнитными и люминесцентными тонерами, печать переменной информации на этикетках (самоклеящихся материалах) и другой печатной продукции, а также печать книг по требованию.

Машины характеризуются разрешением 600 dpi, магнитографической технологией в сочетании с холодным радиационным закреплением. Печать с одинаковой скоростью возможна на широком спектре материалов от бумаг разной плотности до синтетики, пленок, этикеток (самоклейка). Скорость печати легко изменяется, поэтому машины могут работать в линию с разнообразным печатным оборудованием, впечатывая переменные данные.

Машина VaryPress 200 может быть использована для печати с переменными данными и высоким качеством печати. Машины VaryPress 400 и 500 из-за высокой скорости больше подходят для печати больших объемов продукции с переменными данными, а также и для гибридной печати (установки в линию с офсетными или флексографскими машинами для печати переменных данных).

Машина VaryPress 500 использует записывающую головку последнего поколения, позволившую уменьшить размер точки в два раза. Это позволяет печатать тоновые изображения с линиатурой растра 42 лин/см. Это конечно хуже, чем в электрофотографическом оборудовании, но лучше, чем было ранее.

Технологические характеристики машин VaryPress показаны в табл. 4.2.1.

Модель

Таблица 4.2.1

Характеристики магнитографических цифровых машин
VaryPress фирмы Nipson

Модель

VaryPress 200

VaryPress 400

VaryPress 500

Разрешение печати dpi

600×600

Скорость печати, м/мин

70

125

150

Ширина рулона, мм

520

520

Макс. длина изображения

От 50,8 до 908 мм

© Центр дистанционного образования МГУП