Технологии оперативной полиграфии: Учебное пособие [Е. Л. Виноградов] (doc) читать онлайн

Е.Л. Виноградов













Технологии оперативной полиграфии


















Санкт-Петербург
2010
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Северо-западный институт печати
Государственного университета
Технологии и дизайна






Е.Л. Виноградов






Технологии оперативной полиграфии
Учебное пособие












Санкт-Петербург
2010
УДК 655.327
ББК 37.86
В 49

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор Ю.В. Кузнецов (СЗИП)
Кандидат физико-математических наук, доцент Ю.А. Машков (ПИМаш)
Виноградов Е.Л. Технологии оперативной полиграфии: Учебное пособие. СПб.: Изд-во Северозападного института печати, 2010.

Проанализированы тенденции видоизменения печатных средств информации, указаны причины зарождения и развития оперативной полиграфии, описаны технологические схемы и оборудование для её реализации. Рассмотрены физические закономерности, лежащие в основе процессов производства печатной продукции методами оперативной полиграфии.
Предназначено для студентов и аспирантов, изучающих полиграфические технологии и оборудование, экономику и управление предприятиями полиграфической промышленности.

































Введение

Вне всякого сомнения, открытия в сфере способов хранения и передачи информации определяют код истории. Человеческое общество прогрессировало, поднимаясь на основе ступени своего развития, с изобретением письменности (не позднее 7000 лет тому назад), печатного станка (в середине XI века), радио (в 1896 году). Приблизительно пятисотлетний временной промежуток с XV по ХХ век, когда печатные средства информации не имели конкурентов, можно назвать эрой человека печатающего. Эта историческая эпоха закончилась тогда, когда осуществилось широкое внедрение в информационные процессы электронных средств – и цивилизация обрела новые черты.
Первоначально казалось, что молодой электронный мобильный конкурент печати в короткие сроки окончательно вытеснит её на периферию информационного пространства. Прогнозировалось:
– радиовещание в ближайшем будущем заменит печатную продукцию (двадцатые годы ХХ века);
– это сделает телевидение (пятидесятые годы);
– печать будет «убита» персональными компьютерами (восьмидесятые годы);
– наконец, она не выдержит натиска интернета (девяностые годы).
Однако все эти пугающие полиграфистов прогнозы последовательно провалились. Хотя уже в 1995 году 30% рынка информационных услуг принадлежало электронным средствам и они продолжали наращивать своё преимущество, спрос на печатную продукцию также возрастал. Наблюдающаяся динамика позволяет предположить, что около 2010 года между конкурентами установится равновесие на уровне 50 на 50% рынка информации. Полиграфия выжила по понятной причине: она изменилась и продолжает меняться в темпе перемен, происходящих в окружающем мире. Укажем наиболее заметные тенденции её развития.
Сроки исполнения сделанных полиграфическим предприятием заказов всё более сокращаются, достигая в некоторых случаях нескольких десятков минут. Объясняется это и смещением интересов заказчиков в сторону малотиражной и малообъёмной продукции, и переходом типографий на нетрадиционные технологии, и автоматизацией (компьютеризацией) производственных процессов. Современную типичную «правильно оснащённую» типографию отличают: (1) способность выпускать в короткие сроки небольшими тиражами – до 5 тысяч экземпляров – разнообразную продукцию, удовлетворяя потребности широкого круга потребителей, в том числе, таких, которых интересует персонализированные издания с нерешёнными (заменяемыми) частями; (2) низкая численность и высокая квалификация работников; (3) небольшие производственные площади и малые габариты универсального оборудования; (4) высокая частота его замены (например, средний срок эксплуатации допечатного оборудования в типографиях развитых стран составляет всего лишь 1,5 года). Типичная типография, главным образом, выпускает в срочном порядке пёструю коммерческую (деловую) продукцию, то есть прайс-листы, инструкции, бланки, открытки, рекламные буклеты, этикетки, визитные карточки, календари и т.п. Коммерческая продукция занимает приблизительно две трети рынка печатных изданий, в то время как на периодику (газеты, журналы) приходится около четверти этого рынка. По отношению к электронным средствам информации периодические печатные издания наименее конкурентоспособны, следовательно, их рыночная значимость относительно невелика.
Суммируя вышеизложенное, можно утверждать, что, приобретая такие черты, как динамизм и гибкость, полиграфия становится востребованной и оперативной, причём это понятие по рыночным критериям уже относится не менее, чем к двум третям производства печатной продукции. Кстати отметим: нельзя отождествлять термины «полиграфия оперативная» и «полиграфия нетрадиционная», поскольку традиционные способы печати с использованием многоразовых печатных форм могут быть в достаточной мере динамичными, например, в варианте компьютер-офсетная печатная машина. Также нужно иметь в виду, что оперативная полиграфия, безусловно, является цифровой – она в большинстве случаев предполагает сквозное применение цифровых электронно-вычислительных устройств (ЦЭВУ) для управления технологическими процессами на всех стадиях производства, начиная с создания электронного тиражируемого оригинала и заканчивая приданием оттискам товарного вида. Однако и «медленную» полиграфию, ориентированную на выпуск крупными тиражами книг и периодических изданий, в настоящее время также следует квалифицировать как цифровую, хотя бы и не «насквозь».
Полиграфия удерживает позиции на рынке информационных услуг, увеличивая объёмы изготовления коммерческих продуктов, становясь более и более динамичной – то есть оперативной. Следовательно, студенты и аспиранты, специализирующиеся в области печатных средств информации, должны хорошо разбираться в методах оперативной полиграфии; описанию этих методов посвящено настоящее учебное пособие. Своим становлением оперативная полиграфия обязана техническому прогрессу. В наши дни почти любая единица оборудования типографии – прежде всего такой, которая оперативно удовлетворяет запросы потребителей – иллюстрирует достижения современной инженерной мысли, базирующейся на идеях физики ХХ века; по сути дела, полиграфия как наука представляет собой раздел прикладной физики. Именно поэтому выпускник полиграфического втуза должен чётко понимать физические закономерности, лежащие в основе процессов получения печатной продукции – иначе он не может считаться грамотным специалистом, способным обеспечить дальнейшее развитие печатного дела. Предлагаемое вниманию читателей учебное пособие содержит сведения об этих закономерностях применительно к вышедшей на передний план оперативной полиграфии.




























1. Экономика оперативной полиграфии

1.1. Рынок печатной продукции

Динамика мирового рынка полиграфических услуг, суммарный объём которого на начало ХХI века составлял порядка 450 миллиардов долларов, прекрасно отражает тенденции развития печатных средств информации. Проанализируем опубликованные данные за 1970 – 2005 годы об изменении структуры рынка, характеризуемой долями оборота полиграфической продукции, произведённой нетрадиционными способами и большинством традиционных (сведения о рыночном сегменте традиционной трафаретной печати отсутствуют ввиду его изолированности, обусловленной спецификой используемых субстратов).
Доля изданий, полученных офсетным способом, в 1970 году равнялась 22% и несколько превосходила востребованность глубокой печати (18%). Высокая печать, включая флексографию, в то время занимала ведущее положение (60% оборота). К 1995 году ситуация кардинально изменилась: на первые роли вышел офсет (60%), а доля оборота продукции высокой (флексографской) печати упала до 20%. Нетрадиционные технологии – бесконтактные и с использованием одноразовых печатных форм – существенного значения в 1995 году не имели (всего 2% оборота). Приоритет офсетной печати, сохраняющийся до настоящего времени, определяется
– оптимальным соотношением цены и качества оттисков при производстве высокотиражной книжно-журнальной продукции;
– внедрением технологий компьютер-офсетная печатная машина, значительно уменьшающих время выполнения заказов;
– приспособленностью компьютеризированного офсета к возросшему спросу на малотиражные коммерческие издания;
Короче говоря, офсетная печать определила другие традиционные технологии, потому что она быстрее эволюционировала, приобретая мобильность и гибкость, свойственные печати оперативной. Однако в этом отношении возможности нетрадиционных цифровых технологий, с наибольшим эффектом применяемых именно для получения разнообразных коммерческих продуктов в короткие сроки. В середине девяностых годов ХХ века офсетная печать прошла пик своей популярности, и доля оборота её продукции в 2005 году снизилась до 50%; при этом сегмент рынка нетрадиционных полиграфических технологий расширился до 10%.
Экстраполяция наблюдаемых изменений структуры рынка печатных средств информации позволяет прогнозировать дальнейшее сужение сектора офсетной печати (до 40% в 2015 году) при одновременном увеличении доли оборота изданий, получаемых нетрадиционно (до 20%). Предполагается, что за счёт совершенствования флексографии рыночный сектор высокой печати в 2015 году станет более значимым и будет характеризоваться долей оборота 25%. К этому времени спрос на продукцию глубокой печати упадёт до 15%; по этой технологии будут выпускаться большими тиражами дорогие издания очень высокого качества, содержащие чёрно-белые и цветные репродукции сложных полутоновых оригиналов.
Приведённые данные не позволяют напрямую судить о перспективах оперативной полиграфии. Тем не менее, с учётом достаточно устойчивого положения офсета на информационном рынке, широкого использования в производственной практике малоформатных быстродействующих цифровых офсетных печатных машин, бурным развитием нетрадиционных технологий эти перспективы следует оценивать как весьма благоприятные.

1.2. Затраты в расчёте на запечатанный лист

Имеющиеся сравнительные данные о финансовых затратах на получение одного оттиска по различным технологическим схемам позволяют уверенно разделить применяющиеся способы печати на три группы:
– к первой из них относятся высокотиражные полиграфические технологии, рентабельные при величине тиражей порядка тысячи экземпляров;
– среднетиражные технологии второй группы становятся рентабельными при величине тиражей порядка тысячи экземпляров;
– третью группу составляют низкотиражные технологии, использование которых экономически оправдано для тиражей уже в сотни экземпляров.
Реализация большинства традиционных технологических схем глубокой и офсетной печати в классическом исполнении (без сквозной компьютеризации), типичных для технологий первой группы, сопряжено с большими финансовыми затратами и потерей времени на изготовление многоразовых печатных форм и фотоформ при относительно малых затрат времени и финансовых средств собственно на тиражирование оригинала. Эти технологии обеспечивают максимально высокое качество изданий, однако цена такой продукции оказывается неприемлемой для потребителей, если она не выпускается крупными тиражами. Например, финансовые затраты (в относительных единицах) на получение оттиска (листа формата А3, запечатанного с двух сторон в четыре краски) недопустимы велики – находятся на уровне 3,5, если используются офсетная рулонная печатная машина М-600 фирмы Heidelberg Drukmaschinen AG и объём тиража составляет 10 тысяч экземпляров; при тираже 40 тысяч затраты резко снижаются – до 0,5; при тираже 100 тысяч они равняются 0,1.
В технологических схемах компьютер-печатная машина этап изготовления фотоформы исключается, а многоразовая печатная форма создаётся по заранее подготовленному электронному цифровому образу оригинала «в линию» с печатью оттисков. В результате существенно уменьшаются время проведения допечатных процессов (до 10 минут в офсетной машине Quickmaster DI 46-4 фирмы Heidelberger) и отношение финансовых затрат на выпуск небольшого тиража к его объёму (до 0,5 в относительных единицах при печати всего лишь тысячи листов А3 на упомянутой машине). Технология компьютер-печатная машина и классический листовой офсет являются среднетиражными.
Малотиражные технологические схемы нетрадиционны, в них отсутствует этап изготовления многоразовой печатной формы в качестве промежуточного носителя размножаемой информации. Впрочем, в некоторых вариантах этих схем, например, в электрофотографии изображение оригинала переносится на конечный носитель путём приведения его в контакт с предварительно сформированной одноразовой (на один единственный оттиск) печатной формой. Тем не менее, все нетрадиционные полиграфические технологии принято называть бесконтактными или технологиями компьютер-печать. Для малотиражных схем характерны минимальное время проведения допечатных операций, максимальное их удешевление и, как следствие, слабая зависимость величины финансовых затрат от объёма тиража. Так, печать 10 листов А3 методом электрофотографии на машине DCP/32D фирмы Xeikon сопряжена с затратами 3,5 (в относительных единицах), 1,5 при десятикратном увеличении тиража, 1 для тиражей от 400 до 10 тысяч экземпляров. Конечно, затраты порядка 1,5 относительных единиц нельзя считать малыми, но при выполнении заказа на несколько сотен отпечатков, к тому же, не экстремально высокого качества альтернативы использованию нетрадиционных полиграфических технологий не существует.
Обсуждаемая на этих страницах наиболее востребованная оперативная полиграфия мало- или среднетиражна. Таким образом, технологии компьютер-печатная машина и компьютер-печать представляют для нас непосредственный интерес.



2. Компьютеры в полиграфии

Во втором и наиболее важном разделе настоящего учебного пособия последовательно – от синтеза электронной версии исходной информации до выполнения под управлением цифрового электронно-вычислительного устройства послепечатных процедур – рассматриваются способы компьютеризации любых полиграфических технологий. Такая структура раздела даёт возможность автору, следуя логически обоснованной схеме и нисколько не отклоняясь от решения стоящей перед ним задачи, представить всего лишь на нескольких десятках страниц достаточно полный обзор технологий оперативной полиграфии, являющейся по своей сути цифровой. При этом часть включённого во второй раздел материала (прежде всего, в п. 2.2) имеет прямое отношение к полиграфии «медленной» так как процесс компьютеризации рамками обсуждаемой здесь динамичной полиграфии не ограничен.
Можно считать, что старт всеобъёмлющему применению ЦЭВУ для управления производством печатной продукции был дан в 1973 году, когда был выпущен первый персональный компьютер Xerox PARS, укомплектованный монитором Alto. С этого момента:
– широкому кругу заказчиков этой продукции открылся доступ к самостоятельному конструированию электронных изображений тиражируемых оригиналов;
– стало возможным «мгновенно» пересылать в типографии оригинальную информацию в виде, максимально удобном для её скорейшего размножения;
– обнаружились перспективы создания цифровых полиграфических технологий, автоматизированных технологических линий, на вход которых подавались бы из управляющего компьютера цифровые данные об оригинале (так сказать, виртуальные печатные формы), а на выходе снимались оттиски в требуемых количествах;
– возник острый интерес к нетрадиционным способам печати (системам компьютер-печать), не предусматривающим предварительный перенос информации на многоразовые печатные и фотоформы, а потому характеризующимся сокращёнными временными затратами и легче автоматизируемым.
В девяностых годах системы компьютер-печать стали реальностью, была материализована, причём во многих вариантах, идея сквозной компьютеризации нетрадиционных технологий. На рынке полиграфического оборудования появились цифровые печатные машины, работающие не по классическим канонам, а по тогда ещё малознакомым принципам электрофотографии, ионографии и др., например, DCP/32D (фирма Xeikon, 1993 г.), E-Print 1000 (Indigo, 1993 г.), Docu Color 40 (Xerox, 1995 г.), Image Fast 180 (Delphax, 1996 г.), Versa Mark MPS4 (Scitex, 1999 г.). Именно в это время вошёл в обиход термин «цифровая печать», который первоначально понимался исключительно в узком смысле – только как автоматизированный «кнопочный» перенос виртуального оригинала на конечный носитель информации без использования её промежуточного носителя в виде многоразовой печатной формы.
Компьютерное управление нетрадиционными печатными процессами делает полиграфию динамичной и гибкой (другими словами, оперативной), позволяя ей тем самым удовлетворять растущий спрос на коммерческие малообъёмные и малотиражные издания. Суммарный объём продуктов, изготовленных нетрадиционными цифровыми методами, быстро увеличивается; доля оборота таких продуктов возрасла с 2% в 1995 году до 15% к 2010. Однако по качеству они заметно уступали и продолжают уступать полиграфической продукции, выпущенной по технологиям традиционным. Вследствие этого, начиная с девяностых годом, оставшиеся несмотря ни на что востребованными традиционные технологические схемы постоянно совершенствуются – главным образом, за счёт компьютеризации допечатных процессов – и приобретают прежде несвойственный им динамизм. Соответственно, расширяется понятие цифровой печати. В наши дни этот термин употребляется для обозначения совокупности способов использования в «кнопочном» режиме виртуальных печатных форм в любых возможных вариантах, в том числе, для фиксации тиражируемой информации на промежуточных носителях. Ниже рассматриваются различные аспекты проникновения цифровой электронно-вычислительной техники в полиграфию.

2.1. Формирование электронной версии оригинала

Электронная версия оригинала в наиболее сложном случае состоит из трёх частей: текста, графики и многокрасочных полутоновых иллюстраций. Составлены и успешно применяются:
– программы, позволяющие представить все компоненты оригинала последовательностями дискретных электрических сигналов (то есть перевести их на язык, понятный цифровым ЭВУ), например WordPerfect для обработки текста, Illustrator и CorelDraw для оцифровывания графики, PhotoShop для работы с иллюстративным материалом;
– программы вёрстки, с помощью которых осуществляется интегрирование частей электронной версии и размещение их на полосе или комплекте полос (QuarkXPress и др.);
– программы спуска полос на лист (Imposition, Imstrip, Presswise и т.п.). Доминирующую роль в формировании и пересылке виртуального многокомпонентного оригинала играет аппаратно-независимый язык представления цифровых данных PostScript. На этом языке данные через процессор растрирования (Raster Image Processor – RIP) направляются в исполнительные устройства, которые переносят исходную информацию с виртуальной печатной формы на осязаемые объекты – вещественные носители (фотоплёнку, печатный цилиндр, бумагу).
Для создания первых двух компонент электронного оригинала – тестовой и графической – нужен только персональный компьютер с соответствующими периферией и программным обеспечением. Чтобы изготовить его третью часть – иллюстративную – этого недостаточно. Первичный иллюстративный материал есть не что иное, как набор рисунков на непрозрачных субстратах, слайдов, фотографий и т.д.; в таком виде его, конечно, нельзя загрузить в компьютер с клавиатуры. Создание электронного образа третьей части тиражируемого оригинала начинается с предварительного оцифровывания набора иллюстраций, которое выполняется либо форматным способом с помощью цифровой фотокамеры, либо поэлементно на сканере (точнее, на репросканере).
Цифровая фотокамера воспринимает вместе с отражённым иллюстрацией модулированным световым потоком информацию об оригинале и «переводит» её на другой «электрический» язык, формулируя стабильный зарядовый рельеф поверхности фотополупроводника, на которую проецируется изображение иллюстрации (большей освещённости соответствует больший поверхностный заряд). В обычном фотоаппарате происходит, по сути дела, то же самое, только исходная информация, «записанная» на световом потоке, преобразуется в оптическую мозаичность фотоплёнки (большей освещённости соответствует меньшая прозрачность негативной плёнки).
Важнейшей деталью цифровых камер является матрица фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ФПЗС). На самом деле, «приборы», о которых здесь идёт речь, – это конструктивные элементы размерами 9 х 9 мкм, так что на матрице площадью  0,5 см2 размещается свыше 6 миллионов ФПЗС. Каждый элемент матрицы представляет собой миниатюрную систему контактирующих примесных полупроводников разных типов (по электропроводности), «собранную» в кристалле кремния и закрытую с одной стороны тонкой непроводящей окисной плёнкой. На плёнке находятся металлические управляющие электроды. Световое излучение через объектив фотокамеры направляется на центральную часть ФПЗС (см. рис. 2.1).









Рис. 2.1. Схема ФПЗС; 1 – легированный примесями кристалл кремния,
2 – окисная плёнка, 3 – управляющие электроды.

Хорошо известно, что электрические свойства полупроводниковых материалов варьируются в очень широких пределах при изменении химического состава (введения легирующих примесей) и под влиянием внешних воздействий (нагревания, облучения, внесения в статические магнитные и электрические поля). Такая уникальная особенность полупроводников, нашедшая своё объяснение в рамках энергетической зонной теории кристаллических твёрдых тел (см. раздел 3.1 настоящего учебного пособия), стимулировала создание на их основе разнообразных измерительных приборов, электронно-вычислительных устройств, систем контроля и управления технологическими процессами. В ФПЗС электропроводность этих веществ меняется и световыми потоками, и в результате наложения электростатических полей задаваемой напряжённости.
При внедрении в кристаллическую структуру четырёхвалентного кремния без её разрушения небольшого количество атомов пятивалентного элемента (скажем, фосфора) получается примесный полупроводник n-типа или донорный, электропроводность которого определяется подвижными отрицательно заряженными элементарными частицами – электронами. Если же кремний легировать незначительной примесью трёхвалентного элемента (бора), то образуется акцепторный полупроводник р-типа с парадоксальной дырочной электропроводностью, закономерности которой можно объяснить перемещением не существующих в реальности положительно заряженных частиц, названных дырками. Оказывается, что зона контакта n- и р-полупроводников (р-n-переход) обладает односторонней проводимостью: эта зона пропускает ток только при подсоединении положительного электрода (анода) к акцепторному полупроводнику. В ФПЗС имеются два разнонаправленных р-n-перехода – см. рис. 2.1; перенос заряда через фоточувствительный прибор без подачи на него управляющего электрического сигнала исключён.
Световое облучение центральной акцепторной части ФПЗС рождает в ней пары переносчиков заряда электрон-дырка. Следовательно, под действием света в р-полупроводнике появляются не характерные для него подвижные отрицательно заряженные частицы – фотоэлектроны, что, впрочем, не означает, что облучённый ФПЗС начинает проводить ток. Фотоэлектроны – это строительный материал для создания зарядового рельефа матрицы ФПЗС, несущего сведения об иллюстративной части оригинала.
При проецировании изображения иллюстрации на матрицу центральные управляющие электроды любого ФПЗС в её составе находятся под напряжением – на эти электроды подаётся достаточно высокий положительный запирающий потенциал зап. Разные по величине отрицательные заряды концентрируются вблизи положительно заряженных электродов в центральных зонах фоточувствительных приборов, подвергнутых световому облучению различной интенсивности. Возникший информативный зарядовый рельеф матрицы сохраняется до тех пор, пока не меняется зап. Информация об оригинале считывается с неё и направляется в компьютер тогда, когда поочерёдно на всех ФПЗС снижается зап и одновременно повышается потенциал считывания сч крайних (например, правых) управляющих электродов. Зарядовые пакеты перемещаются в изменившихся обстоятельствах к крайним электродам и друг за другом стекают через р-n-переходы, которые не являются препятствиями для не основных переносчиков заряда в акцепторных полупроводниках (электронов) при присоединении анода к полупроводникам n-типа (см. рис. 2.1). В электрических контурах, включающих эти р-n-переходы, протекают импульсные токи, кодирующие исходную информацию для компьютера.
В цепи иллюстрация – фотокамера – компьютер информация передаётся с первого звена на второе одномоментно, а затем осуществляется её поэлементная пересылка дискретными электрическими сигналами в третье звено. Если же фотокамера заменяется на сканер, принцип поэлементной передачи сведений об оригинале распространяется на всю цепь.
В фотоприёмное устройство сканера последовательно направляются световые потоки, отражённые малыми участками (элементами) иллюстрации на непрозрачной подложке или пропущенные через такие участки прозрачного оригинала (слайда). Излучение источника света с помощью линз и волоконной оптики фокусируется, и при работе сканера фокус перемещается с одной точки иллюстрации на другую; обычно разрешение сканера при считывании информации с полутонового оригинала составляет не менее 300 точек на дюйм.
И в линзах и в оптоволоконных системах или световодах электромагнитное излучение распространяется по законам геометрической оптики, согласно которым отношение синуса угла падения α луча света на поверхность, разделяющую прозрачные вещества 1 и 2 с разными оптическими свойствами, к синусу угла преломления β равняется отношению абсолютных показателей преломления этих веществ n2 и n1:
(2.1)
Из формулы (2.1) следует, что в случае, когда n2 < n1 (например, при распространении света из стекла с n1 ≈ 1,5 в воздух, для которого n2 ≈ 1), световой поток, падающий на граничную поверхность под достаточно большим углом α > αкрит, во вторую среду не попадает. В указанных условиях наблюдается явление полного внутреннего отражения: если , то угол преломления достигает максимума βкрит = 90º и преломленный луч направляется вдоль граничной поверхности; если же α > αкрит, эта поверхность представляет собой идеальное зеркало. Боковые стенки тонких и гибких стеклянных волокон (световодов) вследствие полного внутреннего отражения обладают свойствами такого идеального объекта. На рис. 2.2 показан ход светового луча в цилиндрическом световоде.









Рис. 2.2. Ход светового луча в стеклянном прямом круговом цилиндре при падении на его торец из воздуха под углом α параллельного светового потока.
Световой поток не выходит в воздух через боковую поверхность световода и остается в нем, то есть в узком прямом или слабо изогнутом канале на всем протяжении светового пути, если угол β достаточно мал, Это условие выполняется при α ≤ αкрит, причем
(2.2)
Поскольку для стекла n2 ≈ 1,5, и в системе воздух-стекло заведомо α < αкрит.
Итак стеклянная оптоволоконная система обеспечивает избирательное облучение точечного участка или нескольких участков исходного тиражируемого иллюстративного материала; при поэлементном считывании первичной информации с оригинала нужно передвигать световое пятно по поверхности иллюстрации одновременно с перемещением приемника отраженного или прошедшего через оригинал света. По способам этих перемещений и видам приемников сканеры разделяются на барабанные и планшетные.
В сканерах барабанного типа иллюстративный материал на гибком субстрате (например, слайд) закрепляется на цилиндрической боковой поверхности быстро вращающегося барабана, вдоль оси которого двигаются световое пятно и фотоприемник. В качестве приемника оптических сигналов и преобразователя их в сигналы электрические в барабанных сканерах используются высокочувствительные фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Работа ФЭУ основана на эмиссии электронов с поверхности облучаемого катода. Механизм этого явления, называемого внешним фотоэффектом, объясняется корпускулярной теорией электромагнитного излучения Планка, согласно которой поток электромагнитной энергии распространяется из источника квантами (фотонами), причём энергия любого кванта Екв пропорциональна частоте излучения υ:
(2.3)
В формуле (2.3) - постоянная Планка. Если частота υ и соответственно энергия Екв превышают пороговые значения, то поглощение некоторого количества фотонов приводит к выбиванию такого же количества электронов из облученного объекта; тогда в цепи фотокатод – источник питания – анод протекает слабый электрический ток. В ФЭУ этот ток многократно усиливается за счет вторичной электронной эмиссии на дополнительных электродах – динодах, наблюдаемой при ударах ускоренных электростатическим полем свободных электронов о поверхности динодов. С ФЭУ снимаются аналоговые (не дискретные) электрические сигналы, диапазон непрерывного изменения величин которых разделяется на ступени; каждой ступени соответствует преобразованный дискретно меняющийся цифровой сигнал, воспринимаемый ЦЭВУ.
Барабанные репросканеры с ФЭУ минимально искажают исходные сведения об иллюстрациях, превосходя в этом отношении приборы планшетного типа. Однако планшетные сканеры имеют свои несомненные достоинства: они более универсальны, только они пригодны для оцифровывания информации о твердых и трехмерных оригиналах. Правда, планшетные сканеры недостаточно чувствительны, чтобы различать цветовые нюансы участков полутонового оригинала, особенно, в области его большой оптической плотности. Но в практике оперативной полиграфии это не очень существенно.
Приемник отраженного или пронизавшего иллюстрацию светового потока в сканере планшетного типа – линейка фоточувствительных приборов с зарядовой связью, на которую проецируется изображение строки сканируемого оригинала (в цифровых фотокамерах при форматном восприятии исходной информации ФПЗС располагаются не в линию, а на плоскости – см. выше). Приемник вместе с источником света передвигается относительно неподвижной иллюстрации и поэлементно направляет в компьютер цифровые данные о ней.
Так или иначе, с применением цифровой фотокамеры либо репросканера в управляющем компьютере возникает электронный образ оригинала любой сложности. Далее этот образ в виде последовательности дискретных электрических сигналов через процессор растрирования (RIP) передается в фотовыводное устройство (ФВУ) для создания многоразовой печатной или фотоформы – конечно, в тех случаях когда допечатные процессы проводятся по традиционной схеме.

2.2. Системы компьютер-фотоформа и компьютер-печатная форма

Фотовыводные устройства, использующиеся в технологиях компьютер-фотоформа по конструктивным компьютер-фотоформа по конструктивным отличиях разделяются на три группы:
1) с переносом поступившей в них цифровой информации на пленку, размещаемую на внутренней поверхности неподвижного барабана;
2) с экспонируемой пленкой на внешней поверхности вращающегося барабана;
3) с непрерывной протяжкой фотопленки из рулона через оптическую систему устройства (ФВУ констанового типа)
Источниками электромагнитного (не обязательно светового) излучения во многих ФВУ служат квантовые генераторы или лазеры. Излучение этих приборов уникально: во-первых, оно строго монохроматично; во-вторых – что особенно важно с практической точки зрения – оно распространяется из источников узкими, почти не расходящимися пучками, которые легко фокусировать и интенсивность которых чрезвычайно велика. Кратко рассмотрим физические процессы, лежащие в основе функционирования квантовых генераторов и определяющие их уникальность.
Микрочастицы излучающего вещества (рабочего тела) любого лазера переводится в термодинамически неравновесное возбужденное состояние при поглощении ими энергии из резервуара, называемого системой накачки. В рядовой ситуации время жизни микрочастиц в состоянии с избытком энергии составляет ~ 10-8с – по истечении этого короткого временного отрезка все они самопроизвольно возвращаются в основное абсолютно стабильное состояние, выбрасывая поглощенную энергию в виде квантов излучения. Но микрочастицы рабочего тела лазера особенные: среднее время их существования в возбужденном метастабильном состоянии составляет ~ 10-3 - 10-2с. За 10-8с только весьма малая доля частиц успевает спонтанно излучить избыточную энергию. Появившиеся кванты удерживаются в рабочем теле резонатором и провоцируют самоускоряющийся процесс вынужденного излучения большинства его микрочастиц. В актах спровоцированного возвращения частиц в основное состояние кванты размножаются с коэффициентом 2. Точно так же возрастает число нейтронов, инициирующих цепную реакцию деления ядер урана при взрыве атомной бомбы. Взрывное вынужденное излучение лазера остро направлено, потому что все рождающиеся в этом процессе кванты двигаются по одной линии; оно монохроматично, так как энергия всех квантов Екв одинакова и точно равна уменьшению энергии микрочастицы при переходе из метастабильного в основное состояние ∆Е; по формуле Планка (2.3) лазер излучает на единственной частоте .
Фотопленка в барабанном ФВУ первого типа избирательно засвечивается лазерным лучом, отраженным от зеркала, которое устанавливается внутри полуцилиндрического барабана. Точка засветки смещается по пленке при повороте зеркала и его передвижении по оси барабана; работающий в импульсном режиме лазер и барабан в процессе изготовления фотоформы остаются неподвижными. Частота следования и длительность импульсов лазерного излучения регулируются компьютером, в котором хранится электронный образ оригинала. ФВУ первого типа составляют приблизительно 50% всех использующихся фотовыводных устройств, так как в них нет подвижных массивных частей, а легкие зеркала не трудно вращать и передвигать с большой скоростью, что сокращает время изготовления фотоформ. В реже применяемых и менее скоростных ФВУ второго типа тяжелые лазеры двигаются вдоль осей вращающихся инерционных барабанов с экспонируемой пленкой.
Современная компьютерная техника дает возможность точно позиционировать участки засветки на пленке и получать с помощью барабанных ФВУ фотоформы без заметных дефектов, необходимые для печати высококачественных цветных оттисков. Недорогие и простые в эксплуатации ФВУ констанового типа для этого не годятся. В основном они применяются в однокрасочной печати тогда, когда предельно высокое качество полиграфической продукции не стоит в ряду критериев выбора оборудования для ее производства.
Избирательная построчная засветка протягиваемой через оптическую систему фотопленки в констановых устройствах осуществляется поворотами зеркала, отражающего лазерный луч. Расстояния от зеркала до центра пленки и до ее края при таком экспонировании различаются, что приводит к расфокусировке луча на краях фоточувствительного материала. В этих обстоятельствах даже при идеальном согласовании управляющим компьютером частоты следования и длительности импульсов излучения, скоростей протяжки пленки и поворота зеркала невозможно изготовить бездефектную фотоформу.
В большинстве систем компьютер-фотоформа используются обычные фототехнические пленки, скрытые изображения объектов на которых проявляются жидкими растворами. Однако уже разработаны и внедряются в практику получения фотоформы специальные материалы сухого проявления, не нуждающиеся после экспонирования в трудоемкой и длительной обработке растворами, а также пленки, изображения объектов на которых возникают вообще без проявления – в момент засветки. Пример изготовления фотоформы по технологии сухого проявления – избирательный перенос краски из слоя-донора на прозрачную основу формы в результате локального нагревания наружного термочувствительного слоя специального материала лучом инфракрасного (теплового) лазера; на нагретых участках этот слой спекается со слоем-донором и после завершения экспонирования вместе с ним удаляется, оставляя краску там, где многослойный материал не облучался; на завершающем этапе сухого проявления оставшийся на основе фотоформы окрашенный слой-донор припрессовывается к ней. Другой пример: в технологической схеме термозаписи информации на фотоформе этап проявления изображения отсутствует, термозапись производится лазерным лучом, избирательно разрушающим красящее вещество на поверхности формы.
Использование новых материалов в системах компьютер-фотоформа вполне соответствует духу времени, требующего от полиграфии все большего и большего динамизма. Однако в этом отношении системы компьютер-печатная форма, в которых
Информация об оригинале из управляющего компьютера через RIP и фотовыводное устройство сразу пересылается в многоразовую печатную форму, в сравнении с любой – даже усовершенствованной – системой, предполагающей создание фотоформы как временного носителя информации, имеют несомненные преимущества.
Фотовыводные устройства, нашедшие применение в технологиях компьютер-печатная форма, в принципиальном плане не отличаются от устройств, использующихся при реализации технологий компьютер-фотоформа. Они также разделяются на три группы: существуют барабанные ФВУ с размещением формного фоточувствительного материала внутри и вне барабанов, а также планшетные устройства, в которых формные пластины закрепляются на плоских держателях и передвигаются во время экспонирования через оптические лазерные системы с вращающимися зеркалами. ФВУ третьего типа, как и описанные выше капстановые устройства, проще барабанных в эксплуатации, но они не обеспечивают высокое качество записи информации на крупногабаритных печатных формах из-за расфокусировки электромагнитных энергетических потоков на краях формных пластин.
Цифровыми методами с использованием лазеров или других излучателей можно изготовить многоразовые печатные формы для любого традиционного полиграфического производства. В частности, офсетные формы на гидрофильной алюминиевой основе получают в таких вариантах:
1. При избирательной фотополимеризации тонкого копировального слоя формной пластины.
В этом слое локально образуется нерастворимое высокмолекулярное вещество, и на поверхности пластины возникают олиофильные удерживающие краску печатающие элементы, устойчивые к действию растворителей. После удаления (растворения) незаполимеризвавшегося фоточувствительного материала на этой поверхности вскрываются гидрофильные пробельные элементы.
2. В случае диффузионного переноса комплексов серебра из наружного слоя-донора в олиофильный копировальный слой, когда последний, как и при фотополимеризации, теряет способность растворяться.
Избирательное облучение формной пластины разрушает серебросодержащие комплексы на тех ее участках, которые после вымывания оставшегося местами растворимым копировального слоя и слоя-донора становятся пробельными.
3. При двухэтапном экспонировании формной пластины с двухслойным покрытием.
Сначала на пластину избирательно действует остро направленное излучение; засвеченные участки наружного галогенсеребряного слоя, играющего галогенсеребряного слоя, играющего роль фотоформы, становятся непроницаемыми для ультрафиолета. На втором этапе при равномерном ультрафиолетовом облучении пластины локально разрушается и становится растворимым второй слой покрытия, содержащий диазосоединения. После удаления растворителем наружного и частично разрушенного диазослоя поверхность формной пластины приобретает необходимую мозаичность, то есть разнородность по адгезионным свойствам – на ней чередуются засвеченные на первом этапе олиофильные воспринимающие краску участки и пробельные элементы (оголенные участки гидрофильной алюминиевой основы).
4. При использовании термочувствительной формной пластины с полимерным олиофильным покрытием, которое теряет растворимость не в результате фотополимеризации, как в первом варианте, а при нагревании – под избирательным воздействием излучения инфракрасного лазера (такие пластины не нуждаются в защите от световых потоков, что дает им некоторые преимущества).
5. В случае локального разрушения тепловым лазерным излучением (при абляции) серебросодержащего олиофильного покрытия формной пластины.
В этом варианте серебросодержащие абляционные частицы удаляются отсосом во время записи изображения, что исключает трудоемкую процедуру промывания печатной формы на завершающем этапе ее изготовления.
6. Еще в одном «беспромывочном» варианте, в котором основа формной пластины до экспонирования приводится в контакт с красковоспринимающей полимерной пленкой, удерживающейся на фольге-доноре.
В результате избиательного теплового воздействия на фольгу полимерная пленка локально адгезирует к алюминиевой основе, делая ее поверхность мозаичной по физико-химическим свойствам. После экспонирования фольга с остаточным полимером механически удаляется.
Варианты управляемого компьютером изготовления печатных форм для высокой (флексографской) печати не столь многочисленны. Эти формы получают либо лазерным гравированием резинового клише (другими словами, при избирательной абляции резинового слоя формной пластины с последующим отсосом абляционных частиц), либо избирательным облучением ультрафиолетовым лазером фоточувствительного слоя пластины, приводящим к локальным изменениям его свойств – к потерерастворимости и упрочнению. Известен также вариант изготовления флексографских печатных форм, в котором формные пластины экспонируются дважды: сначала избирательно с локальным разрушением защитного покрытия, а затем равномерно под ультрафиолетом. На цифровых лазерных гравировальных установках получают также печатные формы для глубокой печати.
Совокупность методов изготовления печатных форм трафаретной печати (шаблонов) вследствие высокой специфичности самой этой полиграфической технологии отличает своеобразие. Только здесь возможно избирательное лазерное воздействие на копировальный слой, нанесенный на сетку, с его сквозным разрушением (испарением) и образованием проницаемых для типографской краски ячеек. Впрочем, такой метод применим к формам с металлическими сетками, а не с обычными лавсановыми. Поэтому гораздо чаще трафаретные печатные формы получают так: на сплошной копировальный слой, закрывающий сетку цифровым струйным способом – см. п. 2.4.5, 2.4.6 – набрызгивают защитное непроницаемое для излучения покрытие (этот прием при изготовлении печатных форм для других видов традиционной полиграфии почти не используется); затем, равномерно облучая форму, задубливают копировальный слой на не защищенных ячейках; завершающая процесс процедура сводится к вымыванию незадубленных участков копировального слоя вместе с защитным покрытием.
Струйным способом можно получить не только трафаретную, но и офсетную печатную форму. Для этого следует перенести изображение оригинала из памяти управляющего компьютера на алюминиевую основу формной пластины каплями специального олиофильного вещества, которое после термической обработки закрепляется на пластине, образуя на ней печатающие элементы.
Весьма оригинален и привлекателен метод изготовления печатных пластин на бумажной или лавсановой основе для малоформатного офсета. Состоит он в использовании технологии цифровой электрофотографии (см. п. 2.4.1) для создания множества печатающих элементов оплавленными частицами олиофильного порошкообразного вещества.

2.3. Системы компьютер-печатная машина

Тенденция уменьшения времени допечатной подготовки тиражирования оригинала отчетливо проявляется в аппаратном оформлении оперативной полиграфии: технические устройства компьютер-фотоформа, которые в наименьшей степени ускоряют эту подготовку, для современных предприятий оперативной полиграфии не типичны, устройства компьютер-печатная форма на них применяются гораздо чаще, а наиболее динамичная техника компьютер-печатная машина и компьютер-печать для таких типографий характерна.
Системы прямой записи (Direct Imaging - DI) или компьютер-печатная машина (Computer-to-Press) встраиваются в технологические схемы традиционной полиграфии (как правило, офсетной печати). Они переносят исходную цифровую информацию на многоразовые печатные формы (например, на формные цилиндры), установленные непосредственно в печатных машинах. Тем самым эти системы позволяют сократить суммарное время исполнения заказов за счет исключения транспортировки печатных форм с одного производственного участка на другой.
Термин «компьютер-печатная машина» обобщающий и требующий уточнения. На самом деле, существуют технологии компьютер-разные печатные машины (со сменяемыми и с многократно используемыми печатными формами). В машине первого типа на поверхности формного цилиндра делается нестираемая запись данных о единственном оригинале, тиражирование с помощью такой печатной формы новой исходной информации исключено. При многократной прямой записи цикл занесение-стирание данных повторяется без замены цилиндра. Следовательно систему DI второго типа можно намного быстрее подготовить к исполнению очередного заказа.

2.3.1. Технологии однократной прямой записи

В офсетных печатных машинах на поверхностях сменяемых формных цилиндров, предназначенных для однократной прямой записи, в большинстве случаев имеются двуслойные покрытия. Наружный слой такого покрытия гидрофилен, под ним находится олиофильный, воспринимающий краску слой. Запись производится при вращении цилиндра с одновременным перемещением блока вывода тиражируемой информации вдоль его оси. Блок вывода – это либо разрядник с несколькими записывающими электродами, либо многолучевая инфракрасная лазерная головка с фокусирующими линзами и стеклянными световодами. И разрядники, и лазерные головки работают в импульсном режиме, подчиняясь сигналом управляющего компьютера. Они локально разрушают гидрофильный слой покрытия формного цилиндра – первые электрическими разрядами, вторые мгновенным нагреванием (то есть, соответственно, в процессах искровой эрозии и тепловой абляции). В результате поверхность цилиндра приобретает необходимую для офсета адгезионную мозаичность: типографская краска удерживается только на вскрытых участках олиофильного материала. Локальные нарушения целостности покрытия формного цилиндра, произведенные в блоках вывода цифровой информации, необратимы, поэтому зафиксированные на его поверхностных слоях данные без уничтожения самих этих слоев стереть невозможно.
Записи, сделанные на сменяемом цилиндре офсетной машины DI методом искровой эрозии далеки от совершенства. Точечные электрические удары по слою гидрофильного материала оставляют на нем пробоины неправильной конфигурации и неодинаковых размеров. Эти пробоины и являются печатающими элементами – причем такими, которые явно не удовлетворяют условиям точной передачи перепадов тональности изображений. Кроме того, при искровой эрозии поверхность цилиндра загрязняется осколками разрушаемого слоя; перед печатанием тиража она нуждается в очистке, что усложняет производственный процесс и делает его более длительным. Метод тепловой абляции (точнее, сублимации, то есть испарения) гидрофильного материала лишен указанных недостатков. Понятно, что в системе однократной прямой записи данных на двуслойных покрытиях цилиндров он имеет очевидные преимущества перед методом искровой эрозии. Абляционная методика также применяется для изготовления шаблонов, которые устанавливаются в машинах трафаретной печати, снабженных блоками вывода информации в виде термических головок.
Оба описанных варианта систем компьютер-офсетная печатная машина основаны на использовании физико-химической разнородности двуслойных покрытий печатных форм, изначально им (покрытиям) присущей и обнажаемой при локальном уничтожении наружных гидрофильных слоев. Однако система DI может работать и без разрушения какого-либо материала, если однослойное и, казалось бы, совершенно однородное гидрофильное покрытие формного цилиндра под воздействием излучения инфракрасного лазера кординальным образом изменяет свои адгезионные свойства. Этот третий вариант реализуется в такой последовательности событий:
- поверхностный копировальный слой цилиндра избирательно облучается тепловым лазером;
- оболочки распределенных в копировальном слое микрокапсул, содержащих химический реагент, повреждаются;
- освобожденный из микрокапсул реагент провоцирует химическую модификацию и инверсию адгезионной способности вещества копировального слоя;
- модифицированное вещество олиофильно, облученные участки поверхности формного цилиндра образуют совокупность печатающих элементов.
В табл. 2.1 представлены фактические данные о некоторых цифровых многокрасочных офсетных печатных машинах фирмы Heidelberger Drukmaschinen AG, обеспечивающих однократную прямую запись. Эти данные демонстрируют возможности систем DI в ретроспективе – с 1991 по 1999 год. Видно, что в течение короткого временного промежутка техника компьютер – печатная машина неуклонно совершенствовалась: она стала, по крайней мере, вдвое динамичнее, в таких же масштабах (если судить по разрешающей способности машин) возросло качество выпускаемой на них продукции. Причина столь заметного технического прогресса вполне очевидна – это стремительный рост интереса к оперативной полиграфии.

Таблица 2.1
Технические характеристики офсетных печатных машин однократной прямой записи
Наименования машин
Год выпуска
Способ записи
Формат листа
Время подготовки к печатанию (мин)
Скорость печатания (листов в мин)
Разрешающая способность (точек на дюйм)
GTO-DI Sparc
1991
Искровая эрозия
А3+
20
8000
1016
QM DI 46-4
1995
Тепловая абляция
А3+
10
10000
2540
SM DI 74
1999
Тепловая абляция
А2+ двусторонний
12
15000
2400


2.3.2. Технологии многократной прямой записи

По сравнению с системами однократной прямой записи системы компьютер-печатная машина с несменяемыми печатными формами, на которых можно записывать новую информацию после стирания записанной ранее, для оперативной полиграфии представляют больший интерес. С начала ХХI века такие системы интенсивно разрабатываются, и, вероятно, в недалеком будущем они найдут самое широкое применение в производстве печатной продукции. Пока же системы многократной прямой записи реализованы, главным образом, на уровне малых серий полиграфического оборудования и опытных образцов. В частности, разработаны:
1. Ризографы корпорации RISO Кадаки – цифровые машины для трафаретной печати, в которых совмещены операции занесения информации на поверхность формного цилиндра (на многослойную мастер-пленку, предварительно закрепленную на этой поверхности), собственно печатания и замены обработанной пленки.
При печати тиража в ризографе краска продавливается изнутри формного цилиндра через его сетчатую поверхность и шаблон (перфорированную мастер-пленку) на бумагу, приведенную в соприкосновение с цилиндром прижимным валиком. Шаблон получается в термовыводном устройстве – в результате локального теплового воздействия на прожигаемый полимерный слой мастер-пленки; выводное устройство функционирует под управлением компьютера. На одном шаблоне можно получить до 10000 оттисков. Затем, перед исполнением следующего заказа шаблон снимается с формного цилиндра и на его поверхность наносится неперфорированная пленка.
2. Офсетные печатные машины DICO web Litho фирмы MAN Roland.
Прямая запись в этих машинах принципиально не отличается от термопереноса цифровых данных об оригинале из памяти компьютера на формную пластину по технологии, описанной выше (см. п. 2.2, вариант 6 систем компьютер-печатная форма). Совокупность воспринимающих краску элементов на гидрофильной поверхности формного цилиндра, изготовленного из нержавеющей стали, получается в результате избирательного

2.4. Системы компьютер-печать

Понятие «технологии компьютер-печать» объединяет способы получения полиграфических продуктов, не связанные с изготовлением многоразовых печатных форм и характеризующиеся сквозной компьютеризацией допечатных и печатных процессов, протекающих «в линию». На этом основании можно считать, что выражения «нетрадиционная печать» и «технологии компьютер-печать» равнозначны; в то же время, термин «цифровая печать» имеет более широкий смысл: мы видели, что традиционные технологические схемы офсетной, трафаретной и даже глубокой печати в современном оформлении также являются цифровыми и, следовательно, достаточно динамичными (см. п. 2.3).
Системы компьютер-печать начали интенсивно разрабатываться тогда, когда заметно возросла потребность в коммерческих изданиях и на передний план в информационном пространстве стала выдвигаться оперативная полиграфия. В сфере производства высокообъемной и крупнотиражной продукции новационные скоростные цифровые методы не смогли – и до сих пор не могут – конкурировать с методами полиграфии классической. Зато, если необходимо в кратчайшие сроки выпустить малым тиражом небольшой по объему предельно персонализированный (отвечающий принципу «каждый оттиск – конкурентному лицу») продукт, то системы компьютер-печать просто незаменимы.
Нетрадиционные полиграфические технологии разделяются на две категории: (1) действительно бесконтактной печати, не требующей переноса первичной информации на промежуточный носитель (печатную форму) и, соответственно, не предусматривающей контактирование запечатываемого материала с таким носителем; (2) условно бесконтактной печати с одноразовым (на один оттиск) печатными формами, которые необходимо приводить в контакт с конечными носителями тиражируемых изображений – правда, небольшими усилиями. Ко второй категории относится весьма популярная технология электрофотографии.

2.4.1. Электрофотография

Одноразовые печатные формы в электрофотографии – это цилиндры или гибкие ленты, на поверхности которых наносятся слои аморфных веществ, например, стеклообразных селенидов, резко увеличивающих свою электропроводность под воздействием света в результате внутреннего фотоэффекта. Такие вещества – фотополупроводники – в настоящее время широка используются в полиграфическом оборудовании: на их основе изготавливают, в частности, копировальные слои формных цилиндров в офсетных печатных машинах с фотоэлектролитической прямой многократной записью информации (п. 2.3.2) и светочувствительные матрицы приборов с зарядовой связью в цифровых фотокамерах (п. 2.1).
Электрофотографический печатный процесс во всех известных вариантах является многоступенчатым:
1. Сначала полупроводниковое покрытие одноразовой печатной формы равномерно заряжается в устройстве генерирования коронного разряда.
Вблизи заостренного коронирующего электрода этого устройства создается мощное электростатическое поле напряженностью порядка 30 кВ, в котором воздух ионизируется, переходя в состояние низкотемпературной плазмы (ионизируемый газ около коронирующего электрода образует светящуюся корону – отсюда название газового разряда). Форма перемещается через темное пространство между короной и некоронирующим электродом, в качестве которого выступает металлическая основа промежуточного носителя информации, адсорбируя заряженные частицы, попавшие в темное пространство разряда из короны.
2. Затем на поверхности печатной формы создается скрытое изображение оригинала. Для этого она избирательно облучается управляемым через RIP лазером, и ее облученные участки (будущие пробельные элементы) становятся электропроводящими – заряд с них стекает.
3. Скрытое изображение проявляется с помощью тонера на третьем этаже печатного процесса.
Предварительно заряженные частицы тонера несут электрические заряды, противоположные по знаку поверхностному заряду фотополупроводника, и оседают на его необлученных участках.
4. Далее локально окрашенный промежуточный носитель исходной информации и запечатываемый материал (например, бумага) приводятся в контакт. Тонер переносится с первого субстрата на второй в электростатическом поле, действующем в зоне контакта.
5. На следующем этапе тонер закрепляется на бумаге при нагревании.
6. Наконец, на завершающем шестом этапе процесса печатная форма подготавливается к получению следующего оттиска – остаточный заряд с ее поверхности снимается равномерным облучением, а частицы тонера, не перешедшие на запечатываемый материал, убираются механической очисткой.
Варианты технологических схем электрофотографии различаются, главным образом, по видам используемых тонеров и способам переноса краски на бумагу. Так, при печати жидким тонером на пятом этапе при нагревании оттиска жидкость, в которой взвешены мелкие (~1-2 мкм) частицы краски, испаряются и, тем самым, безвозвратно теряются; однако возможно и многократное повторение циклов удаления жидкости – ее возвращения в производственный процесс перед печатью следующего оттиска. В электрофотографической системе, если применяется сухой двухкомпонентный тонер, могут также циркулировать твердые частицы – носители порошкообразной краски, размеры которых достигают 100 мкм.
Технические характеристики некоторых образцов электрофотографического оборудования представлены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Данные о системах компьютер-печать (электрофотография)
Модель, фирма
Год выпуска
Формат листа (рулона)
Тонер
Скорость печатания (листов А4 в мин)
Разрешающая способность (точек на дюйм)
DCP/32D, Xeikon
1993
Рулон двусторонний шириной 320 мм
Сухой
35
600
Turbo Stream, Indigo
1993
А3+ двусторонний
Жидкий
16,5
800
Docu Color 40, Xerox
1995
А3+ двусторонний
Сухой
15
400
Docu Tech 6180, Xerox
1997
А3+ двусторонний
Сухой
180
600
Digimaster 9110, Heidelberg
1999
А3+ двусторонний
Сухой
110
600
Из этой таблицы видно, что к XXI веку электрофотографическое оборудование по быстродействию фактически сравнялось с офсетными печатными машинами прямой записи, которые также устанавливаются на предприятиях оперативной полиграфии (см. табл. 2.1). Однако по качеству получаемых оттисков нетрадиционная технология электрофотографии далеко отстает от традиционного офсета. Преимущества обсуждаемых в п. 2.4 систем компьютер-печать, включая электрофотографические системы, выявляются только тогда, когда тиражи выпускаемой продукции становятся предельно малыми, а требования к ее качеству снижаются.
Методом электрофотографии можно получать не только изображения тиражируемого оригинала, но и многоразовые печатные формы для офсета (см. п. 2.2). В этом случае на гидрофильной полимерной основе форм избирательно закрепляют не краску, а порошкообразное олеофильное вещество.

2.4.2. Ионография

В своем основном варианте (с записью информации на промежуточном носителе) многим напоминает описанную выше электрофотографическую печать:
– она также включает этап создания скрытого изображения оригинала на одноразовой печатной форме (цилиндре или ленте), поверхность которой при записи на ней первичной информации приобретает зарядовый рельеф;
– это «электрическое» невидимое изображение проявляется жидким или сухим тонером;
– тонер переносится на бумагу (возможно, как в традиционном офсете, через промежуточный носитель) и фиксируется на ней нагреванием (как правило, двухстадийным – сначала в зоне контакта бумаги с печатной формой или промежуточным носителем, а затем после разрыва этого контакта);
– на завершающем этапе печатная форма подвергается механической очистке и тем самым она подготавливается к повторному восприятию информации.
Отличает ионографию от электрофотографии, во-первых, материал печатной формы (не фотополупроводник, а износостойкий диэлектрик с большим удельным электрическим сопротивлением); во-вторых, локальное, а не однородное нанесение заряда на поверхность формы управляемым потоком ионов, в результате чего образуются печатающие элементы; в-третьих, повышенная жесткость механической очистки формы, недопустимая по отношению к фотополупроводнику.
В целом, технология ионографии – даже в варианте условно бесконтактной печати – проще электрофотографической. Но ее можно упростить еще более, если создавать скрытое изображение оригинала на конечном носителе – специальной бумаге с диэлектрическим покрытием. По быстродействию обе технологии практически одинаковы, но качество оттисков, полученных методом ионографии неудовлетворительно (всего лишь 300 точек на дюйм); вероятно, именно поэтому данный метод не столь широко распространен, как метод электрофотографии.

2.4.3. Магнитография

И в электрографии, и в ионографии используются вещества (соответственно, полупроводники и диэлектрики), обладающие «электрической памятью», то есть захватывающие из потока ионизированного воздуха заряженные микрочастицы и благодаря низкой электропроводности удерживающие их на своих поверхностях после отключения этого потока. Для магнитографического способа тиражирования информации требуются материалы с «магнитной памятью» (ферромагнетики), которые при наложении внешнего магнитного поля приобретают способность создавать в окружающем пространстве собственные магнитные поля – намагничиваться, а после исчезновения внешнего поля неопределенно долго сохраняют состояние намагниченности.
Ферромагнетики, как и применяемые в системах компьютер-печатная машина сегнетоэлектрики (см. п. 2.3.2), имеют инерционную доменную структуру, претерпевающую существенные изменения в достаточно мощных магнитных полях (сегнетоэлектрики таким же образом меняются в электростатических полях). Исходно каждый из доменов ферромагнетика сильно намагничен в результате спонтанного ориентационного упорядочения в микрообъемах собственных магнитных полей атомов этого вещества. Ориентационный «магнитный порядок» доменов отсутствует, поэтому макроскопический ферромагнитный объект до размещения в магнитном поле не намагничен. Если же такое воздействие достаточной интенсивности на него оказано, то он переходит в состояние почти предельной намагниченности, сохраняющееся после снятия внешнего поля.
Скрытое изображение оригинала на одноразовой печатной форме машины, работающей по принципу магнитографии, создается локальным намагничиванием ее поверхностного ферромагнитного слоя при подаче на пишущую головку дискретных электрических сигналов. Это изображение проявляется однокомпонентным порошковым тонером, ядра частиц которого содержат ферромагнитное вещество (окись железа). Затем тонер переносится на конечный носитель под давлением и закрепляется на нем нагреванием. На этапе подготовки к печатанию следующего оттиска остаточный тонер механически счищается с формного цилиндра, а исходная информация стирается с него локальным воздействием внешнего магнитного поля, антипараллельного собственному полю печатной формы.
Магнитографические системы отличает от электрофотографических и ионографических повышенная приблизительно в четыре раза производительность. Они дают возможность получать оттиски достаточно высокого качества, их разрешающая способность достигает 480 точек на дюйм. Недостаток магнитографии определяется тем, что этим методом нельзя передавать яркие насыщенные цвета из-за присутствия в применяемом тонере поглощающей свет окиси железа.

2.4.4. Элкография

Предложенная 1996 году технология элкографии основана на электрокоагуляции специальной пигментной печатной краски, представляющей собой тонкую дисперсию красящего вещества в жидкости-носителе (растворе низкомолекулярного электролита).
Электрокоагуляция – это физико-химический процесс укрупнения частиц дисперсной фазы (пигмента), стимулированного импульсами внешнего электрического поля. Коагулированный пигмент осаждается на поверхности формного цилиндра, образуя на нем окрашенные печатающие элементы. Затем жидкость – носитель с остаточным пигментом удаляется, краска прижимным валиком переносится на бумагу, а одноразовая печатная форма после очистки оказывается подготовленной к печатанию очередного оттиска.
Производительность электрокоагуляционной печатной техники сравнима с производительностью магнитографического оборудования, а в перспективе по этому показателю она выйдет на первое место среди систем, условно бесконтактных. К тому же, эта техника позволяет сравнительно просто регулировать размеры растровых точек и количество краски в них изменением параметров электрических импульсов, провоцирующих распад системы пигмент-жидкая дисперсионная среда. Так что, возможно, в области условно бесконтактной печати именно элкография будет конкурировать по востребованности с электрофотографией.
Далее мы обсудим методы, не предусматривающие перенос изображения на печатную форму, то есть истинно бесконтактные, среди которых в настоящее время наиболее востребованы методы струйной печати.


2.4.5. Непрерывная струйная печать

В системах струйной печати непрерывного действия струя маловязкой краски (раствора, суспензии) через сужающийся капилляр (сопло) выбрасывается из снабженного нагнетающим насосом контейнера в сторону листа запечатываемого материала, который в процессе печати перемещается относительно сопла. Перед выходным отверстием капилляра устанавливается пластина пьезоэлектрика, с высокой частотой (~ 1Мгц) изменяющего свои размеры при подаче на нее высокочастотного электрического сигнала. В результате одновременной работы насоса пьезовибратора давление, выталкивающее жидкую краску из контейнера, оказывается переменным, а профиль струи – ребристым. Такая струя под действием сил поверхностного натяжения разрывается на следующие друг за другом капли приблизительного одинакового диаметра. Размеры капель, скорость их движения и расстояния между ними можно варьировать, меняя создаваемое насосом давление, диаметр выходного отверстия сопла, частоту колебаний пьезоэлектрической пластины, вязкость и коэффициент поверхностного натяжения краски. В современных струйных печатных устройствах непрерывного действия капли диаметром ~ 20мкм с интервалами ~ 60мкм летят к запечатываемому материалу со скоростью ~ 40м/с.
Пьезоэлектрическими свойствами, то есть способностью поляризоваться при деформировании в результате прямого пьезоэффекта и деформироваться при помещении в электрическое поле, демонстрируя обратный пьезоэффект, обладают непроводящие кристаллические тела с определенной симметрией элементарной кристаллической ячейки. Всего существует 32 варианта упорядоченного пространственного расположения микрочастиц в ячейке, различающихся комбинациями элементов симметрии; в 20 вариантах из этих 32 отсутствует центр симметрии. Именно такие кристаллические вещества, в частности, кристаллы кварца являются пьезоэлектриками. Кстати, 10 из 20 типов пьезоэлектриков спонтанно поляризуются – это пироэлектрики, а некоторые из пироэлектриков (сегнетоэлектрики) имеют доменную структуру и обладают «электрической памятью», что позволяет использовать их в полиграфии см. 2.3.2.
Вылетающие из сопла кали краски на пути к запечатываемому материалу попадают в зарядное устройство, которое работает под управлением «помнящего» исходную информацию компьютера в импульсном режиме. В момент подачи напряжения на это устройство воздух в нем ионизируется – переходит в состояние низкотемпературной плазмы; капли в плазме подобно частицам тонера, применяемого в электрофотографических системах, получают заряды определенного знака и приблизительно одинаковой величины. Траектории заряженных капель в электростатическом поле так называемого дефлектора искривляются в сторону каплеулавливателя. Запечатываемого материала эти капли не достигают, накапливающаяся в дефлекторе краска возвращается в дефлекторе краска возвращается в контейнер. Незаряженные капли минуют дефлектор и образуют на подложке закрашенные участки – так на ней возникает изображение оригинала.
В более сложных технологических схемах непрерывной струйной печати капли краски получают заряды разной величины, разделяясь на несколько градаций. В таких схемах на подложку оттиска попадают не только незаряженные капли, но и те из них, которые несут заряды ниже критического уровня и траектории которых в дефлекторе искривляются незначительно; при этом запечатывается в один проход не строка подложки, а полоса шириной около 10 мм. Возможно также управление цифровыми сигналами работой дефлектора, отклоняющего заряженные капли в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Тогда запечатывается неподвижная подложка.

2.4.6 Импульсные струйные технологии

В импульсных системах струйной печати или системах «капля по требованию» сигналы управляющего компьютера адресуются не зарядному устройству и не дефлектору, а устройству «выстреливания» капель из сопла. Импульсные системы различаются конструкциями этих устройств (см. ниже). Процедуры зарядки капель, искривления их траекторий и возращения в контейнер краски, не попавшей на запечатываемый материал, в импульсных технологиях исключается, зарядные устройства и дефлекторы в печатных машинах типа «капля по требованию» отсутствуют.
Рассмотрим варианты струйных систем, действующих в импульсном режиме.
1. Термоструйная (пузырьковая печать). В этом варианте цифровой сигнал (задаваемая компьютером последовательность импульсов тока) подается на установленный в сопле нагреватель. Температура поверхности нагревателя в момент протекания в нем электрического тока мгновенно повышается, жидкая компонента краски на ней вскипает, образовавшийся газовый пузырь выталкивает каплю краски в направлении подложки. Затем поверхность нагревательного элемента быстро остывает, пузырь схлопывается, новая порция краски втягивается в сопло. Частота следования импульсов и, соответственно, капель, определяющая в конечном итоге скорость печати, находится в интервале 5-8кГц, диаметры капель приблизительно 35 мкм, диаметры точек на оттиске порядка 60 мкм.
2. Пьезоструйная печать.
В пьезопечатных устройствах капля краски выбрасывается из соплового канала при подаче импульса напряжения на пьезоэлектрическую пластину, установленную в канале (в этот момент пластина деформируется в результате обратного пьезоэффекта). По сравнению с термоструйными пьезоструйные системы менее инерционны, они могут работать с частотой до 20 кГц, «стреляя» каплями меньшего размера. Их разрешающая способность достигает 720 точек на дюйм.
3. Электроструйная печать.
При цифровой печати электроструйным методом жидкая краска не выталкивается из соплового канала, а вытягивается из него электростатической силой в поле, создаваемом в пространстве между запечатываемым материалом и содержащим краску контейнером. Известны три разновидности электроструйной технологии:
1) цифровой сигнал включает достаточно мощное поле на короткие временные промежутки, в течение которых образуются капли;
2) электрическое поле существует в течение всего времени печатания оттиска, импульсы тока питают нагреватель, установленный на краю соплового канала;
это приводит к:
– кратковременным повышениям температуры краски,
– снижению в эти моменты ее вязкости и поверхностного натяжения,
– периодическому нарушению равновесия сил, удерживающих и вытягивающих краску из канала,
– образованию капель;
3) электрическое поле также не выключается до окончания печатного процесса, установленный в сопле ультразвуковой пьезовибратор подключен к источнику импульсного высокочастотного напряжения, работающему под управлением компьютера; под воздействием ультразвукового излучения над мениском краски в сопле возникает высокодисперсный жидкокапельный аэрозоль с частицами ~ 2,5 мкм, который электростатической силой увлекается к подложке.

2.4.7 Струйная технология с сухим тонером (Toner Jet Printing)

В этой технологии используется порошкообразный тонер, намагниченные частицы которого сначала выносятся из контейнера вращающимся магнитным валиком, распределяясь по его поверхности тонким слоем, а затем через сопла регулируемого диаметра вытягиваются электростатической силой на запечатываемый материал (бумагу) и закрепляются на нем оплавлением. Как и в электроструйной импульсной технологии с нагревателем краски (см. п. 2.4.6) электрическое поле между контейнером (точнее, магнитным валиком) и запечатываемым материалом включено постоянно. Однако в данном случае цифровой сигнал управляет не нагревателем, а линейкой кольцевых электродов (заслонок), которые на короткое время перекрывают поток тонера из сопел и вновь его восстанавливают.
Первый вариант тонерной струйной системы характеризовался низким разрешением (~100 точек на дюйм). Но в дальнейшем в результате регулирования траекторий частиц тонера с помощью блока отклоняющих электродов его удалось повысить до 600 точек на дюйм.

2.4.8. Термография

Термография, как и струйная печать, отличается многообразием разработанных технологических схем. При этом в некоторых из них предполагается применение промежуточного пленочного носителя информации, что характерно, на самом деле, для рассмотренных в п.п. 2.4.1-2.4.4 условно бесконтактных систем компьютер-печать. По качеству оттисков термографические методы в своей совокупности даже превосходят струйные: так, на четырехкрасочном пробопечатном устройстве Trend Setter Spektrum фирмы Heidelberg за 20 минут получают оттиск формата А1+ (8 страниц А4) с разрешением 3200 точек на дюйм.
При прямой термографии электронный образ оригинала, имеющийся в компьютере, визуализируется на специальном запечатываемом материале, наружный слой которого меняет цвет под воздействием тепла. Этот метод привлекателен своей предельной простотой, но он не годится для воспроизведения многокрасочных изображений. Гораздо более популярны методы термопереноса и термосублимации.
В обоих указанных вариантах для получения оттиска требуется источник тепла (нагреватель, инфракрасный лазер), функционирующий в импульсном режиме под управлением компьютера, и мастер-пленка, то есть, первоначально удерживающаяся тонким слоем на полимерном пленочном носителе. В процессе печати носитель подвергается локальному нагреванию, и краска либо стекает с него на запечатываемый материал, образуя растровые точки (при термопереносе), либо сублимирует и диффундирует в наружный пористый слой подложки оттиска (при термосублимации). Термоперенос краски во многом подобен термопереносу олеофильного вещества на формный цилиндр в системах компьютер-печатная форма для офсета (см. п. 2.2) и компьютер-офсетная печатная машина (см. п. 2.3.2). Этот метод позволяет варьировать размеры растровых точек при неизменной толщине красочных слоев. Напротив, метод термосублимации дает возможность, меняя длительность теплового воздействия и степень локального нагревания мастер-пленки, изменять оптическую плотность закрашиваемых участков оттиска при почти неизменных размерах этих элементов.
Термографические печатные устройства, включая системы термопереноса и термосублимации, намного проще широко распространенных электрофотографических и струйных устройств. Однако их эксплуатация предполагает наличие специальных достаточно дорогих расходных материалов – промежуточных носителей информации (в вариантах условно бесконтактной печати), пленочных носителей красок (размягчающихся или сублимирующих), многослойных подложек. Вероятно, именно это обстоятельство снижает привлекательность термографии для предприятий оперативной полиграфии.

2.4.9. Электрография

В принципиальном плане электрография очень близка к ионографии в ее основном варианте (см. п. 2.4.2) – и в том, и в другом случае предварительно создаются невидимые зарядовые изображения электронного оригинала, которые затем проявляются с помощью тонеров. Отличают электрографическую технологию от ионографической, во-первых, отсутствие стадии переноса информации на промежуточный одноразовый носитель и, во-вторых, способ зарядки подложки (источник ионов в обсуждаемых системах также отсутствует). Электрографический печатный процесс является трехстадийным, включающим:
– образование зарядового рельефа поверхности запечатываемого материала;
– окрашивание заряженных участков оттиска;
– закрепление на нем краски (тонера).
Локальная зарядка подложки осуществляется пишущим электродом, на который подается высокое напряжение. Электрод или прижимается к подложке небольшим усилием или находится от нее на малом расстоянии. Для более точного позиционирования электрического поля вблизи запечатываемого материала можно использовать проводящую не смачивающую подложку жидкость, нанося ее на конец пишущего электрода, обращенный к подложке, так, чтобы она с подложкой соприкасалась. Запечатываемый материал – это проводящая бумага с диэлектрическим покрытием, обладающим очень высоким электрическим сопротивлением. В электрографии применяются жидкие тонеры, фиксирующиеся на бумаге при нагревании.
Разработаны электрографические устройства для многоцветной печати, работающие в несколько прогонов. Например, цифровая электрографическая печатная машина (плоттер) Xerox 8954 фирмы Xerox Engineering позволяет печатать шестью красками со скоростью 0,08 м/с оттиски шириной 1,33 м с разрешением 400 точек на дюйм. Вообще же, разрешение печатных устройств такого типа может превышать 600 точек на дюйм, а скорость печати достигать 1 м/с.
Электрофотографическим системам свойственен динамизм, вполне достаточный для оперативного производства печатной продукции. В то же время они просты и сравнительно дешевы, уступая в этом отношении, пожалуй, лишь системам прямой записи информации на термочувствительной бумаге; впрочем, по техническим возможностям электрография намного превышает прямую термографию. Широкому внедрению электрографических методов в практику оперативной полиграфии, как и методов термографических, мешает необходимость использования дорогих расходных материалов.

2.5. Компьютеризация послепечатных процессов

Столь характерная для современной полиграфии компьютеризация послепечатные (отделочные, финишные) операции затронула в наименьшей степени. Такое положение легко объяснимо:
– во-первых, эти операции, особенно при производстве книжной продукции, многочисленны и чрезвычайно разнородны (в частности, послепечатная обработка может включать многоэтапные стадии резки рулонов и листов, высекания полуфабрикатов штампами, фальцовки и соединения сфальцованных листов в тетради, комплектования и скрепления тетрадей в блоки, обрезки и кругления блоков, изготовления переплетных крышек, соединение блоков и переплетов, наклейки этикеток и упаковки); проведение сильно различающихся технологических процессов, к тому же видоизменяющихся при печати изданий разных типов, под «сквозным» управлением некой универсальной компьютерной программы вряд ли целесообразно;
– во-вторых, послепечатные процедуры энергозатратны, их реализация требует использования тяжелого инерционного механического оборудования (прессов, резательных устройств, штампов, фальцаппаратов, листоподборочных машин и т.п.); как правило, это оборудование предназначено для выпуска продукции определенного типа; компьютеризация энергоемкого и не универсального оборудования возможна, но экономически невыгодна;
– в-третьих, послепечатные операции выполняются с разными скоростями, как правило, на автономно функционирующих модулях, разделенных накопителями – промежуточными складами (в типичной ситуации полуфабрикаты складируются после печати, после соединения листов в тетради и после изготовления книжных блоков); в настоящее время универсальных технических решений, ориентированных на применение компьютеров, для накопителей не существует.
Издания, выпускаемые предприятиями оперативной полиграфии, в целом малообъемны и малотиражны. Это меняет дело: упрощенные отделочные процессы на многих таких предприятиях вплоть до стадии упаковки готовой продукции компьютеризированы.
Автоматизированное или несложное неавтоматизированное послепечатное оборудование для оперативной полиграфии зачастую разделяется на пооперационные модули, работающие независимо от печатной машины (по принципу off-line). Однако существуют цифровые системы off-line (агрегаты печатающего и отделочного блоков с управляющим компьютером). В этих системах фальцовка производится в один сгиб, предварительное складирование полуфабрикатов не требуется, тетради не изготавливаются, листы сшиваются металлическими скобами по центру или по левому краю, предварительно напечатанные обложки автоматически доставляются к стопкам внутренних листов перед шитьем. Весьма популярным становится скрепление листов по обрезу термоклеевой лентой. Таким способом в электрофотографическом устройстве Xerox 5090 с блоком послепечатной обработки можно получать брошюры объемом до 125 страниц.

3. Оборудование и материалы для оперативной полиграфии

3.1. Элементы оборудования предприятий оперативной полиграфии

Важнейший компонент технического оснащения типографии, работающей в сфере оперативной полиграфии – это управляющий компьютер, уровень требований к которому по емкости запоминающих устройств и быстродействию ввиду малого объема выпускаемых изданий совсем не высок. Электронные версии оригиналов в оперативной полиграфии в среднем содержат около 10 Мбайт информации. Чтобы создавать, хранить, пересылать и обрабатывать такие продукты вполне достаточно иметь IBM – совместимый персональный компьютер с рабочей частотой процессора всего лишь 600 МГц (хотя еще на начало 2003 года частоты процессоров достигли 3 ГГц), оперативной памятью 256 Мбайт, жестким диском размером 40 Гбайт. Если компьютер снабжен стандартным модемом, рассчитанным на передачу сведений со скоростью 28800 бит/с, то информация объемом в 10 Мбайт (400 страниц текста) пересылается приблизительно за 40 минут; использование цифровой телефонной линии позволяет вчетверо сократить это и так небольшое время.
Элементная база персональных компьютеров – миниатюрные электронные полупроводниковые приборы (микросхемы), особенности переноса заряда в которых объясняются зонной теорией электропроводности твердых тел.
Основное положение упомянутой теории состоит в том, что в объектах с упорядоченным пространственным расположением микрочастиц, в частности, в некоторых атомарных кристаллах, существуют не только связанные (находящиеся на атомных орбиталях) электроны, но и электроны, почти свободные – квазисвободные. В плотной кристаллической решетке электроны наружных слоев оболочек атомов не локализуются вблизи «своих» ядер, и в электростатическом поле, создаваемом регулярно располагающимися атомарными ионами и характеризующемся периодически меняющейся от точки к точке напряженностью, они как бы растекаются по всему объему кристалла, ярко проявляя при этом свои волновые свойства. Каждая из квазисвободных заряженных «частиц-волн» примерно с одинаковой вероятностью в любой момент времени обнаруживается в любой микрообласти кристаллического тела, но за его пределы не выходит, не получив извне порцию дополнительной энергии, равную работе выхода.
Квазисвободные электроны, впрочем, как и связанные, подчиняются законам квантовой, а не классической механики. В соответствии с этими законами их энергия квантуется – изменяется скачками от одного разрешенного значения до другого, а по принципу Паули среди квазисвободных электронов, принадлежащих одному и тому же кристаллу, нет хотя бы двух одинаковых (с полностью совпадающими наборами характеристик). Допустимые значения энергии «не классических» и не окончательно освободившихся от взаимодействия с ядрами электроновгруппируются, образуя разрешенные энергетические зоны, многие из которых разделяются достаточно протяженными запряженными зонами. В каждой из разрешенных зон имеется ровно столько близко расположенных друг к другу уровней, сколько атомов содержится в кристалле. Без нарушения незыблемого принципа Паули одновременно находиться на одном и том же разрешенном уровне, то есть обладать одинаковой энергией, могут два квазисвободных электрона и не более. Объясняется это тем, что все они характеризуются только двумя параметрами: заносом энергии Е и так называемым спиновым квантовым числом sm, которое принимает одно из двух возможных значений (± ½); таким образом, из трех электронов, вдруг оказавшихся на одном уровне, по крайней мере, два неизбежно не будут различаться – а это исключено. С учетом изложенного нетрудно понять, что максимальная вместимость любой разрешенной зоны равняется 2N (N – число атомов в кристалле) и все эти энергетические пространства разделяются на три категории: (1) располагающиеся нижней части энергетической шкалы зоны, заполненные без вакансий; (2) промежуточные частично заполненные зоны; (3) верхние свободные разрешенные зоны. Такое положение зон, относящихся к разным категориям, следует из универсального темодинамического закона, диктующего самопроизвольное стремление любой системы физических объектов к минимуму энергии.
Способность квазисвободных электронов переносить электрический заряд через атомарный кристалл (а других кандидатов на эту роль в нем нет) определяется особенностями энергетической зонной структуры кристалла и положением потенциальных переносчиков заряда в этой структуре. Если частично заполненные разрешенные зоны их называют зонами проводимости – в структуре отсутствуют, то кристаллический объект проводит ток лишь в исключительных обстоятельствах, например, при подаче на него аномально высокого напряжения, при нагревании или облучении. Именно так ведут себя химически чистые (собственные) полупроводники, не имеющие зон проводимости при нормальной температуре, и диэлектрики (зонная структура этих веществ, схематически изображенная на рис. 3.1 б, остается неизменной даже при значительном повышении температуры). Дело в том, что во внешнем электрическом поле направленно меняют свое местоположение в кристалле и, тем самым, принимают участие в переносе заряда только «чувствительные» по отношению к полю квазисвободные электроны, энергия которых под влиянием этого фактора может возрастать. При наличии зоны проводимости (рис. 3.1 а) такая возможность открыта как раз для электронов с энергией именно в этой зоне, и она очень легко реализуется переходами их на расположенные выше вакантные уровни. Если же в энергетической структуре кристалла нет ни одной частично заполненной разрешенной зоны, то непременное условие переноса заряда через него, формируемое как наличие «чувствительных» квазисвободных электронов, выполняется только лишь за счет весьма энергозатратного преодоления электронами запрещенной зоны, разделяющей доступное свободное и целиком заполненное энергетические пространства (см. рис. 3.1 в).


Рис. 3.1. Энергетические зонные структуры проводника (а), диэлектрика (б), собственного полупроводника (в), примесного донорного полупроводника (2) и примесного акцепторного полупроводника (д). Пространства занятых уровней в разрешенных зонах заштрихованы; вертикальной стрелкой показан энергетических переход квазисвободного электрона, стимулированный нагреванием собственного полупроводника.
Зонная структура собственных полупроводников сходна со структурой диэлектриков, что имеет следствием аналогию электрических свойств этих веществ. Различаются химически чистые полупроводники и диэлектрики шириной запрещенной зоны ∆Езапр, которую квазисвободные электроны должны пересечь для того, чтобы вещество проводило ток: у полупроводников она намного уже, чем у диэлектриков, поэтому их умеренное нагревание приводит к «забрасыванию» электронов в свободную зону и возникновению сразу двух зон проводимости, в то время как подобное воздействие на диэлектрики ничего в их структуре не меняет.
Ещё более серьезные изменения претерпевает зонная структура химически чистого полупроводникового кристалла при введении в его состав небольшой примеси, отличающейся от основного вещества по валентности. Здесь возможны два варианта, описанные в п. 2.1: валентность атомов примеси, внедренных в кристаллическую решетку, либо больше, либо меньше валентности атомов, образующих эту решетку. В первом варианте (см. рис. 3.1 г) вблизи дна свободной разрешенной зоны в узкой запрещенной появляются дополнительные занятые энергетические уровни, которые уже при нормальной температуре полностью освобождаются из-за переходом квазисвободных электронов в свободную зону; таким образом примесный полупроводник первого типа (донорный, n-типа) имеет зону проводимости с заполненными нижними уровнями; переносчики заряда – электроны с энергией в такой зоне – обеспечивают электронную проводимость вещества. В альтернативной ситуации (см. рис. 3.1 д) в запрещенной зоне вблизи потолка полностью занятого энергетического пространства возникают свободные уровни, целиком заполняющиеся при нормальной температуре; зона проводимости примесного полупроводника второго типа (акцепторного) занята почти доверху; «чувствительные» квазисвободные электроны в акцепторном полупроводнике или, другими словами, примесном полупроводнике р-типа определяют его дырочную проводимость. Понятно, что хорошо прогретый собственный полупроводник, имеющий дые принципиально различающиеся зоны проводимости, обнаруживает смешанную (и электронную, и дырочную) электропроводность.
Чрезвычайно важную роль в работе полупроводниковых приборов, включая микросхемы играют события, происходящие в области контакта примесных полупроводников разных типов. Сразу же после установления контакта через границу раздела этих веществ начинается диффузия переносчиков заряда: дырок – туда, где их до того практически не было то есть полупроводник n-типа, электронов – во встречном направлении. В близи границы начинают накапливаться разноименные заряды (положительный на донорном, а отрицательный на акцепторном полупроводнике), там возникает и увеличивается с течением времени скачок запирающего потенциала. В конце концов, по обе стороны границы формируется стабильный двойной электрический слой, препятствующий дальнейшему транспорту через этот рубеж электронов и дырок, или, как говорят образуется p-n-переход, обладающий односторонней проводимостью и функционирующий как выпрямитель переменного тока (диод). При подаче на акцепторный полупроводник положительного потенциала высота препятствия для переносчика заряда на границе снижается, в цепи анод – полупроводник р-типа – полупроводник n-типа – катод ток протекает; при инверсии подаваемого напряжения барьер на пути электронов и дырок становится для них не преодолимым, ток в цепи прекращается.
Контактирующие n и р полупроводники составляют также основу полупроводниковых усилителей электрических сигналов. Схема одного из таких усилителей (биполярного транзистора n-p-n с двумя разнонаправленными p-n-переходами) представлена на рис. 3.2.


Рис. 3.2. Схема биполярного транзистора типа n-p-n


Этот транзистор работает следующим образом. До подачи управляющего сигнала на пару эмиттер-база в цепи катод – эмиттер – база – коллектор – нагрузка – анод протекает очень маленький ток, обусловленный присутствием небольшого количества неосновных переносчиков заряда в полупроводниках (дырок в эмиттере и электронов в базе); основные переносчики заряда в такой ситуации не могут преодолеть p-n-переход на границе базы и эмиттера. Сравнительно слабый управляющий сигнал «правильной» полярности (с подсоединением базы к аноду, а эмиттера к катоду) вводит в транзистор порцию избыточный переносчиков заряда и резко увеличивает ток через нагрузку, с которой в это время снимается мощный управляемый сигнал.
Микросхема представляет собой полупроводниковый прибор на p-n-переходах, «собранный» в одном химически неоднородном кристалле небольшого размера. Первая интегральная микросхема, то есть достаточно сложная комбинация многих p-n-переходов, была изготовлена еще в 1959 году – через 12 лет после создания первого транзистора. В середине семидесятых годов прошлого столетия после освоения электронной промышленностью приемов молекулярно-лучевой эпитакций позволяющих шаг за шагом выращивать полупроводниковые кристаллы с точно позиционированными микронеоднородностями, микросхемы стали активно внедряться в производство компьютеров, источников и приемников света, средств связи, в том числе, мобильной и другой высокотехнологичной продукции. Кстати, широко используемые в оперативной полиграфии фоточувствительные приборы с зарядовой связью – см. п.2.1 – не что иное, как микросхемы.
В рамках вкратце изложенной здесь данной теории электропроводности кристаллических тел, применимой с некоторыми оговорками и к веществам аморфным, не имеющим дальнего порядка в расположении микрочастиц и характеризующимся менее упорядоченным строением (ближним порядком), находят объяснение реакции фоточувствительных полупроводниковых материалов на основные потоки – см. п.п. 2.1, 2.3.2, 2.4.1.
Такие материалы начинают проводить электрический ток и при умеренном нагревании (что в данном случае не важно), и в результате внутреннего фотоэффекта – при поглощении квазисвободными электронами квантов электромагнитного излучения оптического и ультрафиолетового диапазонов, частота которого превышает критическое значение (см. формулу 2.3 и рис. 3.1 в). В акте поглощения каждого фотона один из квазисвободных электронов «перебрасывается» из занятой в свободную разрешенную зону, при этом рождается пара электрон-дырка; то есть появляются две разноименно заряженные частицы, способные переносить заряд через макро объект. После выключения источника излучения вся электроны с энергией в образовавшейся зоне проводимости спонтанно рекомбинируют со своими антиподами, пары электрон-дырка исчезают, лучистая энергия, поглощенная квазисвободными электронами, безызлучательно переходит во внутреннюю энергию макро объекта, который практически мгновенно теряет электропроводность и температура которого слегка возрастает.
В оперативной полиграф в качестве источников электромагнитного излучения применяются, главным образом, твердотельные и газовые лазеры (см. п. 2.2), а также полупроводниковые светодиоды.
Светодиод излучает в момент пропускания через имеющийся в нем p-n-переход импульса тока. Тогда в обоих примесных полупроводниках этого прибора существенно увеличивается концентрация неосновных переносчиков заряда, которые рекомбинируют с находящимися там основными переносчиками в излучательном процессе. Испускаемые светодиодом фотоны несколько различаются по энергии и другим своим параметрам, так как они рождаются при переходах квазисвободных электронов не с одного и того же уровня, более высокого, на вполне определенный уровень в нижней части энергетической шкалы, а из расположенной выше разрешенной зоны (из системы огромного количества близко соседствующих уровней) в многоуровневую энергетическую зону, располагающуюся ниже. Соответственно, в отличие от лазерного излучение светодиодов не является поляризованным, строго монохроматическим и остро направленным. Эти приборы по сравнению с квантовыми генераторами менее мощные, а их несомненные достоинства определяются малыми габаритами, относительно низкой стоимостью и высокой надежностью.
В полиграфии и не только оперативной чаще всего используются твердотельные неодимовые тепловые лазеры, рабочие тела которых содержат ионы Nd3+, характеризующиеся наличием метастабильного уровня в энергетическом спектре (см. п. 2.2). Сведения об этих и других источниках излучения, в наибольшей степени отвечающих требованиям полиграфической промышленности, приведены в табл. 3.1.
Излучение неодимового и вообще любого мощного лазера с помощью специальных приборов – умножителей частоты – можно перевести из инфракрасного диапазона в оптический или ультрафиолетовый. Такое преобразование, реализованное во многих образцах полиграфического оборудования (см. табл. 3.1), иллюстрирует законы нелинейной оптики. Его суть состоит в следующем: при распространении гармонических электромагнитных колебаний достаточно большой амплитуды в прозрачной нелинейной среде, например, в кристалле дигидрофосфата калия КН2РО4 генерируются высшие гармоники – вторичные волны с частотами, в целое число раз превосходящими частоту первичных колебаний. Умножитель частоты представляет собой генератор высших гармоник, дополненный настроенным на выбранную гармонику фильтром.

Таблица 3.1
Характеристики применяемых в оперативной полиграфии излучателей
Тип излучателей
Длина волны
излучения, нм
Мощность, Вт
Твердотельные неодимовые лазеры
1064
1,5 •10-3 ÷ 400
Инфракрасные светодиоды
~ 850
10-3 ÷ 50
Красные светодиоды
~ 670
10-3 ÷ 0,3
Газовые гелий-неоновые лазеры
633
10-3 ÷ 0,015
Неодимовые лазеры с двоением частоты
532
10-3 ÷ 10
Газовые аргон-ионные лазеры
488
10-2 ÷ 20
Фиолетовые светодиоды
~ 400
10-3 ÷ 0,01
Неодимовые лазеры с утроением частоты
355
10-3 ÷ 10

Несколько примеров использования различных источников излучения в оперативной полиграфии даны в табл. 3.2; впрочем, такие примеры можно множить и множить.

Таблица 3.2
Применение излучателей в оперативной полиграфии
Тип излучателя
Полиграфическая система
Технологическая операция
Твердотельный тепловой неодимовый лазер
Компьютер – фотоформа
Термоперенос краски из слоя донора на фотоформу (сухое проявление – п. 2.2)
– // –
– // –
Избирательное разрешение слоя краски на фотоформа (п. 2.2)
Красный светодиод
Компьютер – печатная форма
Изготовление печатных форм на планшетном фотовыводном устройстве (п. 2.2)
– // –
– // –
Изготовление печатных форм с записью на внутренней поверхности барабанного ФВУ (п. 2.2)
Инфракрасный светодиод
Компьютер – печатная форма
Избирательная абляция гидрофильного слоя на поверхностиформной пластины (однократнаяпрямая запись – п. 2.3.1)
Твердотельный ультрафиолетовый лазер, излучающий на длине волны 351 нм
– // –
Фотоэлектролитическая многократная прямая запись (п. 2.3.2)
Синий светодиод, излучающий на длине волны ~ 430 нм
Компьютер – печать
Формирование скрытого изображения на печатной форме методом электрофотографии (п. 2.4.1)

Работающие под управлением компьютера лазеры и светодиоды «переводят» тиражируемую информацию с языка электрических сигналов, понятного цифровым электронно-вычислительным устройствам, на язык электромагнитных импульсов, меняющих свойства вещественных носителей информации – печатных и фотоформ. Обратный «перевод», требующийся, например, при сканировании изображений, выполняется с помощью фотоэлектронных умножителей и полупроводниковых фоточувствительных приборов с зарядовой связью (см. п. 2.1).
Сведения об оригинале, поступившие в управляющий компьютер, должны храниться в нем в течение продолжительного времени. В оперативной полиграфии используются все известные системы долговременной памяти: магнитная, оптическая и комбинированная магнитооптическая.
Типичный представитель магнитных накопителей информации – жесткий вращающийся диск (Hard Disk Drive) с покрытием из ферромагнитного материала, который имеет инерционную доменную структуру, меняющуюся во внешнем магнитном поле и сохраняющую эти изменения – а вместе с ними и состояние намагниченности – после снятия поля (см. п. 2.4.3). Расположенная вблизи поверхности диска головка служит
– для записи информации путем локального намагничивания покрытия;
– ее стирания инверсным полем или нагреванием
– чтения, предваряемого кодированием сделанной записи импульсами тока, которые генерируются в головке в момент перемещения относительно нее намагниченных участков поверхности диска.
К оптическим накопителям данных относятся компакт-диски (CD), в том числе, перезаписываемые (CD-RW). Покрытие диска CD-RW меняет свое строение и оптические свойства (способность либо зеркально, либо диффузно отражать световые потоки) при варьировании режима нагревания – охлаждения: нагретый до температуры, превышающей температуру плавления кристаллов. А затем медленно охлажденный материал покрытия становится поликристаллическим, микронеоднородным, отражающим свет преимущественно диффузно; если же нагретый материал охладить быстро, то он останется аморфным и будет отражать свет, как зеркало – под углом, равным углу падения. Перед записью новой информации диск подвергается термообработке во втором режиме, после которой любая часть его оптически однородной поверхности отражает излучение «читающего» лазера так, что оно не попадает в фотоприемное устройство. Запись ведется локальной термообработкой покрытия диска в первом режиме; в результате поверхность оптического накопителя данных приобретает необходимую мозаичность отражательной способности – ее поликристаллические участки, диффузно отражающие излучение, посылают при считывании записанной информации световые сигналы в фотоприемник, а аморфные «пробелы» приемник отраженного излучения не замечает.
В комбинированных элементах долговременной памяти, как и в магнитных, применяются вещества, имеющие инерционную доменную структуру. Их локальная намагниченность исчезает при сравнительно низкой температуре (~ 145°С), что позволяет без затруднений стирать с них ненужные записи. Считывание информации с магнитооптического накопителя производится лазерным лучом, который «чувствует» различия в отражательной способности намагниченных и ненамагниченных участков его поверхности.

3.2. Специфические расходные материалы для оперативной полиграфии

Как мы видели, задачи, стоящие перед оперативной полиграфией, можно решать методами традиционных технологий, например, офсета, используя при этом общеупотребимые краски и запечатываемые высокопористые материалы (бумагу), которые подробно описаны в научно-технической и учебной литературе. Однако в типичных обстоятельствах полиграфические предприятия, оперативно выпускающие малыми тиражами издания небольшого объема с легко заменяемыми данными, предпочитают использовать нетрадиционные технологические схемы (системы компьютер-печать) и соответствующие специфические расходные материалы. Сведения о таких материалах составляют содержание п. 3.2.

3.2.1. Краски

Краски для электрофотографии, ионографии, магнитографии, электрографии и струйной печати на оборудовании с управляемым перекрыванием сопел (п.п. 2.4.1, 2.4.2, 2.4.3, 2.4.9 и 2.4.7) принято называть тонерами. Эти краски выпускаются в виде либо порошков, либо суспензий. В свою очередь, сухие порошкообразные тонеры разделяются по числу основных составляющих на одно- и двухкомпонентные.
Более сложные по составу двухкомпонентные тонеры, содержащие кроме диспергированного красящего вещества пигмента еще и инертный наполнитель (носитель) в электрофотографии и ионографии применяются гораздо чаще однокомпонентных. Шарообразные частицы внесенного в краску носителя, циркулирующие, к примеру, в электрофотографической установке, точнее, в узле проявления в ней скрытых изображений оригиналов, по своим размерам (~ 80-100 мкм) приблизительно на порядок превосходят частицы пигмента. Их ферромагнитные ядра закрываются полимерными оболочками, материал которых выбирается по принципу образования с красящим веществом эффективной трибоэлектрической пары: при трении частицы пигмента и носителя сильно электризуются – получают разноименные притягивающиеся друг к другу заряды. В результате смешивания пигмента с носителем возникают агломераты их наэлектризованных частиц, и красящее вещество переносится из узла дозировки тонера к одноразованной печатной форме в составе этих агломератов. Связи между частицами дисперсных компонентов тонера разрываются на поверхности формы, печатающие элементы которой несут электрические заряды, противоположные по знаку зарядам частиц пигмента; после этого освобожденные от красящего вещества частицы носителя возвращаются в дозатор, а пигмент остается на печатной форме вплоть до переноса на запечатываемый материал – опять-таки силами электростатического притяжения. Извлекается агломерированный тонер из устройства дозировки с помощью магнитного валика, здесь «работают» ферромагнитные ядра частиц носителя.
На первый взгляд, чем выше дисперсность пигмента, тем, казалось бы, лучше: уменьшение средних размеров его частиц, скажем, с 10 до 1 мкм должно приводить к пропорциональному снижению высоты красочных слоев на оттисках (до величины, характерной для офсета), уменьшению расхода краски, увеличению прочности ее сцепления с субстратом, возрастанию разрешающей способности печатных машин. Правда, размолоть красящее вещество до микронных размеров частиц весьма затруднительно, однако порошкообразный пигмент такой дисперсности можно получить химическим синтезом. Вообще-то, приведенные рассуждения справедливы, но их необходимо дополнить: с повышением дисперсности заметно ухудшаются реологические свойства порошков (они теряют сыпучесть), так что использовать синтетические высокодисперсионные пигменты в качестве однокомпонентных сухих тонеров практически невозможно. Такие пигменты смешивают с относительно грубодисперсными носителями, играющими роль стабилизаторов сыпучести получаемых смесей (то есть двухкомпонентных тонеров – см. выше), или на их основе получают краски-суспензии (жидкие тонеры).
Однокомпонентные тонеры, характеризующиеся далеко не оптимальными размерами частиц ~ 10 мкм, но имеющие удовлетворительные реологические свойства, применяются, главным образом, в магнитографии и струйной печати Toner Jet Printing. Специфика указанных технологий требует, чтобы частицы используемых в них порошковых красок содержали ферромагнитное вещество; тогда они в магнитографических печатающих устройствах удерживаются на намагниченных участках одноразовых печатных форм, визуализируя скрытые изображения, а в системах Toner Jet Printing оседают на поверхностях магнитных валиков, транспортирующих краску из контейнеров-дозаторов к выпускным отверстиям электроструйных блоков.
Дисперсные фазы суспензионных жидких тонеров – заряженные частицы пигментов, размеры которых (1-2 мкм) обеспечивают высокую стабильность суспензий, сравнимую стабильность суспензий, сравнимую со стабильностью коллоидных растворов, увеличенную разрешающую способность электрофотографических, ионографических и электрографических, ионографических и электрографических печатающих устройств, повышенное качество оттисков. Эти частицы взвешены в непроводящих жидкостях (фреонах, минеральных маслах), служащих для доставки красящих веществ к промежуточным приемникам исходной информации или к запечатываемым материалам (в электрографии). Жидкости – носители в производственных циклах либо безвозвратно теряются, либо циркулируют в узлах визуализации скрытых изображений. Концентрация жидких тонеров ~ 25%, их вязкость лежит в интервале 10-20 мПа • с.
В струйной печати (см. п.п. 2.4.5 и 2.4.6) используются, в основном, маловязкие краски или чернила двух типов:
1) растворы красителей в воде или органических растворителях;
2) суспензии пигментов с размерами частиц ~ 0,5 мкм в различных дисперсионных средах (впрочем, при указанной дисперсности красящих веществ, характерной скорее для коллоидных систем, чернила второго типа следовало бы называть не суспензиями, а золями). Вязкость этих чаще употребляемых чернил (1-30 мПа • с) примерно на порядок меньше вязкости красок для глубокой и флексографской печати и на три-четыре порядка ниже вязкости пастообразных красок, использующихся в офсетной и классической высокой печати.
Краски, обеспечивающие надежное функционирование систем компьютер-струйная печать и хорошее качество получаемых струйными методами оттисков, должны удовлетворять многим, в том числе, и явно противоречащим друг другу требованиям. Например,
– их вязкость не может быть ни высокой, ни слишком низкой, так как необходимо, чтобы в выпускных каналах печатающих устройств они протекали с большими скоростями, а на поверхностях запечатываемых материалов не растекались;
– с одной стороны, они не должны, быстро высыхая, забивать выпускные каналы, но, с другой стороны, не должны медленно сохнуть на субстратах;
– их поверхностное натяжение не может быть низким (иначе нельзя будет на выходе из сопел получать струи монодисперсных жидкокапельных аэрозолей), однако оно не может быть и излишне высоким (в противном случае не возникнут прочные связи красочных слоев с запечатываемыми материалами). Чтобы привести в соответствие свойства своей продукции со сложным комплексом требований к ее качеству, предприятия – производители чернил идут по пути усложнения их рецептур. В состав красок, пригодных для струйной печати, кроме основных компонентов, то есть красящих веществ и жидкостей-носителей, вводятся загустители, полимерные пленкообразователи, светостабилизаторы, поверностно-активные вещества и некоторые другие добавки, влияющие на взаимодействие красок с субстратами и их поведение в электрических полях.
И молекулярнодисперсные чернила первого типа, и микронеоднородные чернила суспензии второго типа имеют свои достоинства и недостатки:
– структура и реологические свойства растворов красителей стабильны, но также краски менее светостойки; при печати на недостаточно проклеенных бумагах краски первого типа чересчур активно впитываются в субстраты, что приводит к размыванию красочных слоев и ухудшению качества оттисков;
– частицы пигментов в суспензиях обнаруживают склонность к коагуляции, следовательно, риск забивки сопел при использовании чернил второго типа увеличен; зато такие краски более влаго- и светостойки, можно наносить на пористые подложки, поскольку частицы пигментов глубоко не проникают в запечатываемые материалы по пронизывающим их капиллярам. Все это нужно учитывать полиграфисту при выборе оптимального способа решения конкретной задачи, в то же время не упуская из вида особенности субстратов и технические характеристики струйных печатающих устройств.
Высота красочных слоев на оттисках при струйной печати общеупотребимыми чернилами составляет около 0,5 мкм. Если же по каким-либо причинам возникает необходимость ее увеличить до 10-20 мкм, следует перейти на печать или УФ-красками, или термокрасками. В первом случае в качестве носителя красящего вещества выступает маловязкий мономер, полимеризующийся под действием ультрафиолетового излучения, падающего на оттиск, во втором – воск либо низкомолекулярный полимер, переходящий в жидкое состояние при нагревании контейнера с краской, а затем остывающий и автоматически затвердевающий на субстрате.
Нанесение краски на запечатываемый материал в термографических технологиях (п. 2.4.8) крайне специфично: для прямой термографии требуется бумага, окрашенная уже при изготовлении (с покрытием, содержащим вещество, которое необратимо меняет свой цвет при повышении температуры); в процессах термопереноса и термосублимации красящее вещество перемещается на субстрат с пленочного носителя (с прочной термостойкой полиэтилентерефталатной пленки) при нагревании. Ни в каких других полиграфических технологиях, включая нетрадиционные, краскам не придается форма тонких (микронных) слоев.
Напоминающие пигментные чернила (см. выше) краски для условно бесконтактной элкографии (п. 2.4.4) столь яркой специфичностью не обладают. Их отличительные особенности определяются двумя факторами: во-первых, использованием растворов электролитов как носителей красящих веществ и, во-вторых, способностью диспергированных пигментов коагулировать в присутствии некоторых ионов, например, трехвалентных ионов железа. Электрокоагуляционный процесс записи информации на одноразовой печатной форме протекает следующим образом:
– через параллельные цепи, каждая из которых включает анод – стальной формный цилиндр – водный раствор электролита (хлористого калия) – точечный катод над поверхностью цилиндра, пропускается импульс тока;
– в результате электролиза окисная пленка, покрывающая поверхность цилиндра, локально разрушается; эта пленка не восстанавливается до тех пор, пока в цепях протекает ток;
– из печатной формы в раствор электролита через участки, на которых, отсутствует окисная пленка, инжектируются ионы железа;
– ионы железа стимулируют коагуляцию взвешенных в растворе частиц пигмента вблизи источников ионов;
– сузпензия (золь) красящего вещества локально расслаивается – пигмент оседает на источниках ионов, образуя совокупность печатающих элементов.

3.2.2. Бумага

Для получения печатной продукции удовлетворительного качества по технологических схемам компьютер-печать, как правило, специальные виды бумаги не требуются, для этого достаточно иметь мелованную бумагу средней плотности высокой белизны. Специфика нетрадиционной печати выявляется в следующих не слишком часто складывающихся обстоятельствах:
1. Перенос тонеров на запечатываемый материал методами истинно бесконтактной ионографии и электрографии возможен только в том случае, когда электрические заряды удерживаются на окрашиваемых участках его поверхности. Следовательно, бумага, обеспечивающая нормальное функционирование ионографических и электрографических печатающих устройств, должна иметь покрытие с хорошими диэлектрическими свойствами.
2. Частицы тонеров перемещаются с одноразовой печатной формы на бумагу в некоторых электрофотографических устройствах тогда, когда на обратную сторону бумажного листа в коронном разряде нанесен электрический заряд. И в этом случае нужна бумага с диэлектрическим покрытием.
3. Прямая термография неосуществима без использования специальной бумаги с термочувствительным красящим веществом в покрытии (см. п.п. 2.4.8 и 3.2.1).
4. Бумага (обычно мелованная) с двуслойным красковоспринимающим покрытием необходима для получения высокакачественных оттисков методами непрерывной и импульсной струйной печати. Дело в том, что капли жидких красок, ударяясь о поверхность такой бумаги, почти не разбрызгиваются, краски глубоко в толщу бумажного листа не проникают и по нему не растекаются. Объясняется это эффективным разделением чернил в покрытии на основные компоненты: его верхний слой сорбирует красящие вещества или задерживает их частицы в капиллярах, а низкомолекулярные носители, мгновенно пронизывая верхний слой покрытия, задерживаются в нижнем слое и в конце концов испаряются.
Подводя итоги изложенному, отметим, что печатные средства информации, включая оперативную полиграфию, постоянно совершенствуются – а иначе им не выдержать напора электронных средств. Направления этого совершенствования многочисленны, и одно из них – разработка образцов расходных материалов, позволяющих без искажений в короткие сроки тиражировать исходные данные.



















Рекомендуемая литература

1. Вилсон Л.А. Что полиграфист должен знать о бумаге. М.: ПРИНТ-МЕДИЯ центр, 2005, 376 с.
2. Виноградов Е.Л. Физические основы полиграфических процессов. СПб.: Петербургский институт печати, 2008, 168 с.
3. Киппхан Г. Энциклопедия по печатным средствам информации. М.: МГУП, 2003, 1253
4. Кнабе Г.А. Оперативная полиграфия. Организация бизнеса и эффективное управление цифровой мини-типографией. М.: Вильямс, 2007, 304 с.
5. Розанов В.Б., Степанов Р.В. Концепции современного естествознания. (Что и почему должен знать каждый из физики). М.: МИФИ, 2003, 232 с.
6. Полянский Н.Н. Основы полиграфического производства. М.: Книга, 2001, 350 с.
7. Романо Ф. Сканирование. М.: Бином пресс, 2007, 304 с.
8. Романо Ф. Принт-медиа бизнес. Современные технологии издательско-полиграфической отрасли. М.: ПРИНТ-МЕДИА центр, 2006, 456 с.
9. Стефанов С.И. Полиграфия для рекламистов и не только. М.: Гелла-принт, 2002, 352 с.
10. Ткачук Ю.Н., Синяк М.А. Технические средства компьютерных систем. М.: МГУП, 2002, 255 с.
11. Толивер-Нигро Х. Технологии печати. М.: ПРИНТ-МЕДИА центр, 2006, 232 с.
12. Уарова Р.М., Ванников А.В., Чуркин А.В. Основы цифровой печати. М.: МГУП, 2006, 448 с.
13. Уарова Р.М., Стерликова А.В. Оперативная полиграфия. М.: МГУП, 2004, 262 с.
14. Фентон Х.М. Основы цифровой печати. М.: МГУП, 2004, 144 с.
15. Шахкельдян Б.Н., Загаринская Л.А. Полиграфические материалы. М.: Книга, 1988, 328 с.
16. Элдред Н.Р. Что полиграфист должен знать о красках. М.: ПРИНТ-МЕДИА центр, 2005, 328 с.








Оглавление

Введение
1. Экономика оперативной полиграфии
1.1 Рынок печатной продукции
1.2 Затраты в расчете на запечатанный лист
2. Компьютеры в полиграфии
2.1 Формирование электронной версии оригинала
2.2 Системы компьютер-фотоформа и компьютер-печатная форма
2.3 Системы компьютер-печатная машина
2.3.1 Технологии однократной прямой записи
2.3.2 Технологии многократной прямой записи
2.4 Системы компьютер-печать
2.4.1 Электрофотография
2.4.2 Ионография
2.4.3 Магнитография
2.4.4 Элкография
2.4.5 Непрерывная струйная печать
2.4.6 Импульсные струйные технологии
2.4.7 Струйная технология с сухим тонером (Toner Jet Printing)
2.4.8 Термография
2.4.9 Электрография
2.5 Компьютеризация послепечатных процессов
3. Оборудование и материалы для оперативной полиграфии
3.1 Элементы оборудования предприятий оперативной полиграфии
3.2 Специфические расходные материалы
3.2.1 Краски
3.2.2 Бумага
Рекомендуемая литература
Оглавление