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CTP技术的现状与发展趋势

2008/10/1 12:18:18 人评论


北京印刷学院副院长 蒲嘉陵

    进入90年代,基本上在所有类型的国际或区域性与印刷技术和设备器材相关的展览会上,CTP技术都是展览会的热点和焦点。CTP技术是20世纪印刷产业技术发展的精华,将成为21世纪印刷技术的必然归属。简单地讲,CTP是从计算机到印版、印刷机、样张和纸张或印刷品的英文缩写,其家族成员包括了脱机直接制版(CTPlate)、在机直接制版(CTPress)、直接打样(CTProof)和数字印刷(CTPaper/Print)。从另一个角度来看,CTP技术也是一个完整的系统,既涉及到系统构建、控制,也涉及到设备和器材。

    一、 CTP技术的家族成员和分类

    CTP主要有4个家族成员,即,CTPlate、CTPress、CTProof和CTPaper/Print,从性质上可以分为两大类,即在印版上直接成像的CTPlate和CTPress和在承印物上直接成像的CTProof和CTPaper/Print。第一类技术的特点是将计算机系统中的数字页面(Digital Page)直接转换成为印版,然后再通过传统的压力过程将印版上的图文信息转移到承印物上形成最终产品(印刷品),在这个过程中印版成为连接数字页面和印刷品的中介媒介(图1a);后一类技术的特点是将计算系统中的数字页面直接转换成彩色硬拷贝(样张、印刷品),不再使用象印版那样的任何中介媒介(图1b)。

    从另一个角度来看,以CTPlate和CTPress为代表的在印版上直接成像技术属于采用传统形态印版,靠压力作用的印刷方法,是印刷复制技术数字化发展的必然延伸。这种印刷技术仍然可以从传统的印刷定义得到完美的解释,印版、压力和复制是必然的三个关键词。但是,以CTProof和CTPaper/Print为代表的在承印物上直接成像技术已经不再使用传统形态的印版或根本上不使用印版,属于无版印刷(Plateless Printing)的范畴,而且最终影像的形成也不靠压力的作用,属于无压印刷技术    (NIPNon-impact Printing)。显然,印版、压力和复制已经不再是这种印刷方法的关键词,当然这种印刷技术也不可能从传统的印刷定义得到完全解释。但是这丝毫也不意味着是不是需要讨论数字印刷这种形态是否属于印刷。实际上这种讨论没有多大的意义,因为无论从哪个角度来看数字印刷机输出的产品都与传统意义上的印刷品没有两样。从这种意义上讲,也许是到了应该考虑修改印刷定义本身的时代了。由于使用了印版,CTPlate和CTPress依然是一种针对大众需求的印刷技术,靠忠实、大量重复印版上的相同影像来获取价格上的优势。但是,CTProof和CTPaper/Print却不然,是一种针对个性需求的印刷技术,靠快速、个性化和多样性的特点实现产品的高附加值.
    也许,人们要问一个本质的问题,即,印刷是否一定要使用印版?从原理上讲,答案是否定的。印版的使用既有历史发展的原因,也有技术上的不得已。从历史发展的角度来看,印刷的诞生与印版的使用密不可分。无论从速度、效率、质量,还是从成本的角度来看,将印版作为一种中介媒介是大量制作相同产品(印刷品)的最佳选择。为了得到符合速度、效率、质量和成本要求的印刷品,人们在历史上不仅仅需要使用印版,而且为了制作这样的印版还需要使用其它的中介媒介,银盐感光胶片就是最典型的例子。即使在今天,这种状况依然存在,并占有很大的比重。银盐感光胶片的使用在照相制版工艺中达到高峰,有用于图象和文字制版用的蒙版胶片、分色胶片、网点拷贝胶片、照排胶片(或相纸)以及用于制作晒版整页胶片的拷贝胶片等等,品种繁多。印刷业曾经是工业银盐胶片的最大用户之一。使用这些银盐感光胶片的目的只有一个,那就是制作符合质量要求的印版,而印版存在的唯一理由是为了实现大量、高速和低价格的复制,生产相同的产品-印刷品。如果能够直接获得印版,根本就没有必要使用银盐感光胶片。同样,如果能够直接获得印刷品,当然也就没有必要一定要使用印版。电子分色机的出现极大地减少了银盐胶片的使用量,图文并茂的桌面出版系统的出现使银盐感光胶片的使用降低到了最低限度,直接制版的出现意味着银盐感光胶片将从印刷领域彻底消失,数字印刷技术的出现宣告了印刷可以不再使用印版。

    二、 CTP是印刷技术发展的必然结果

    由于1995年在德国举行的DRUPA博览会首次大规模全面展示了CTP技术,人们普遍将1995年看成为CTP技术的元年。实际上,CTP技术并不象人们想象的那样年轻,其基本概念和具备的优越性早在70年代就被人们所认识并接受。但是,当时缺乏必要的技术环境和配套的设备器材,CTP技术一直停留在概念阶段。在上面已经讲到,CTP技术的本质是将数字页面直接转化成印版、样张甚至印刷品,不再存在任何中介环节或中介物理媒体(如,胶片)供确认、修改或拼接。这隐含了两层意思。第一,要求数字页面在内容上是完整的,在质量上是完全可以信赖的,实际上就是最终产品的另外一种存在形式(数字方式)。第二,要求转换技术能够完成忠实可靠的转换,而且对速度、效率、质量、成本以及耗材和环境的要求符合最终产品形式的技术要求。因此,CTP技术需要一个完整的数字化环境、配套的输出设备和器材以及全新的管理理念。
    完整数字化环境的建立直到80年代末期才逐渐显露出雏形。计算机硬件软件技术的发展和成熟为图像和文字在同一个计算机系统中进行处理铺平了道路,以工作站和个人计算机为基础的高质量的图文并茂的桌面出版系统开始在印刷领域得到广泛应用,并逐渐成为主要的印前生产手段。到90年代的初期,印前加工处理的数字化环境已经基本成熟,计算机成为加工处理的主要工具,网络和数字媒体成为信息(产品)传递的主要手段和系统连接的纽带。图文并茂的数字页面的质量已经达到甚至超过传统制版工艺的水平,只要通过适当的转换技术就可以将数字页面直接转换成为所需要形态的产品,如胶片、印版、样张、印刷品等等(图2)。CTP技术需要的数字印前环境在技术上已经趋向成熟,配套的输出转换技术以及设备器材成为关键和开发研究的重点。
    图像照排机(Imagesetter)的出现为数字页面向图文并茂的整页胶片的转换成为可能,将传统工艺中的分色、挂网、照排、拼版、拷贝等操作融为一个整体,由计算机系统高质量、高速度地完成,极大地提高了印前操作的速度、质量和生产效率,印前操作的数字化从原稿延伸到了整页胶片。这种以数字印前系统和图像照排机为主体的生产系统已经成为今天印前生产的最主要的技术手段和基本配置。

    印版照排机(Platesetter)的出现使数字页面向印版的直接转换成为可能,将传统工艺中的分色、挂网、照排、拼版、拷贝甚至晒版等操作融为一个整体,由计算机系统统一完成,实现了印前操作的完全数字化。直接制版使印前操作的数字化从原稿一直延伸到了印版,即,实现了印前操作的完全数字化,而且不再使用象银盐感光胶片等的中介媒介,结束了印前生产依赖银盐胶片的历史,实现了“无银”制版(Filmless)。这种高效、低成本的印前生产具有在此之前的任何生产技术都不可比拟的技术优势和巨大的经济和社会效益,将成为21世纪最主要的印前生产手段和系统基本配置。

    数字印刷机(Digital Press/Printer)的出现使数字页面向印刷品的直接转换成为可能,将传统的印前、印刷甚至印后操作融为一个整体,由计算机系统统一完成。这是一个“彻头彻尾”的数字化生产技术,在整个生产过程中没有任何中介物理媒介存在,所有产品在与顾客见面之前都以数字方式在生产系统中存在、流通和处理加工。数字印刷不再使用传统意义上的印版,属于无版印刷方法(Plateless Printing),因此具有可变信息印刷(Variable Information Printing)和按需印刷(On-demand Printing)的能力,将成为正在逐渐兴起的按需/个性化印刷市场的主要生产技术手段。
    数字彩色打样机(Digital Proofer)的出现使数字页面向彩色样张的直接转换成为可能,实现了打样的数字化,即所谓的直接数字式彩色打样(DDCP:Direct Digital Color Proofing)。从印刷生产的角度来看,DDCP实际上是与直接制版配套的辅助技术,因为所有传统意义上的打样方法不是在速度上不能满足直接制版的要求(如,传统的打样机打样),就是由于没有胶片的存在在技术上难以实现(如,传统的色粉或叠层简易打样)。当然,DDCP的高质量还可以在其它领域找到应用,如,广告、橱窗展示、招贴、艺术设计等等。

    显而易见,CTP技术实际上是印刷产业技术数字化发展的一个必然结果。CTP已经不再是一个孤立的设备或器材,是一个完整的系统工程,需要配套的数字化环境、控制管理技术和设备器材之间的协调作用才能发挥所具有的潜能和优势。

    三、CTP技术需要的生产环境

    早期的CTP生产流程着眼点主要放在印前系统,主要涉及从前端设备到印版照排机的数字工作流程。但是,今天的CTP工作流程所覆盖的范围已经从前端设备一直延伸到印刷机,甚至要延伸到印后工序,实现了印刷生产系统的高度整合和生产流程的综合管理和控制。在这种高度整合的生产系统中,传统的印前、印刷和印后工序由计算机网络(+数字媒体)连接成为一个整体(系统的无缝连接),各种设备和器材都作为整合系统的组件在系统级别上进行集中统一管理和控制,所有生产信息和产品资源在系统各个组件实现无缝传输,交换和共享。数字化工作流程及管理将成为CTP技术运行的必要条件和关键。
    传统的工作流程建立在物理媒体(如,分色片、照排片、样张、印版等等)、交通运输和仓储的基础上,生产系统中的每一个环节(操作工序)都以物理媒体的加工处理为对象,交通运输和物理媒体成为连接不同环节的纽带,物理媒体的可视外观为质量控制提供了方便的媒介。但数字化工作流程则不然,所有生产信息和中介产品都以数字方式在系统的各个组件之间进行传输、处理和存储,数字网络和数字媒体如,光盘、光磁盘、硬盘等等成为连接系统组件的纽带,不再存在传统工作流程中的可视物理媒体。印前系统通过CIP3-PPF格式PPF:Print Production Format向印刷机传递套准数据和版面油墨影像统计分布数据,实现自动套准和墨量的预先设定,同时也向自动化的裁切和装订设备传送产品尺寸、裁切线和折页线位置数据,实现印后操作的完全自动化(图3)和印刷生产全过程的数字化、网络化集中管理。

    印刷生产系统的数字化和网络化的进程并没有停留在印刷生产系统本身,已经开始向印刷生产系统的两端延伸,将定货、策划、设计等为代表的业务入口和产品储运、流通、销售等为代表的销售出口都纳入到了系统的管理范畴,逐步形成了一个以数字网络和数字媒体为纽带,包含企业甚至集团整体的经营策划,生产组织、调度、协调、监控、管理以及营销管理数据的庞大信息系统。从技术的角度来看,这个庞大的网络系统的组件可能是来自不同厂商的不同品牌的设备、器材和系统,因此,标准化(数据格式的标准化、通讯接口的标准化等等)成为系统平稳运行,数据无故障流通、交换和共享的关键。
    数字化生产流程导致了生产过程全方位的整合,网络传输和数字媒体取代了传统的可视物理媒体和储运方式。这不但会改变印刷/出版产业的生产和管理方式,而且可能会导致整个产业的经营和运作模式发生变化,开辟一个崭新的时代。在这个庞大的信息系统中,各个环节都会产生和接受大量的信息和数据,各环节之间,系统与系统之间随时都要进行庞大的信息和数据交换。因此,生产流程和系统整体的信息/数据的管理、有效利用以及质量检测和监控都面临新的挑战和问题。
    同样一套数据,可能要在不同的环节上被调用,也可能以不同的形式被输出,需要进行不同的调整。即使按同样的方式被调用或输出,但由于设备的不同如,不同品牌或同一品牌,但不同使用时间的设备,也需要对数据进行必要的调整。例如,一套精美画册的数据图像、文字、图案以及版式数据进入系统后,将要在图像处理终端被加工处理并显示,同时,也要在拼版终端进行拼版并显示,最终可能要输出成彩色样张,也可能要输出成胶片、印版甚至印刷品,也可能要被用来制作电子出版物如,CD-ROM,也可能要用来进行其他的视频显示,也可能要进行编码压缩传输到异地,也可能用来进行后续工序的设定和控制等等。这就是目前常说的“单一数据源,多途径使用"One Source Multiuse的基本概念。目前很多数字印前系统(如,Heidelber公司、Scitex公司等推出的系统)都采用ROOM(RIPonce Output many times)的概念,即,系统内部保存的数字页面只需要进行过一次RIP展开,所有输出(如,胶片、印版、样张、印刷品等等)都采用同样一套数据。Screen公司提出的NOOM(Normalize once  Output many times)属于同样的概念。由于每一个环节都有自身的属性和特征,为了得到同样的效果所需要的数据显然是不一样的。例如,为了提高处理速度,拼版和视频显示显然不需要高分辨力的数据 因此,必须从高分辨力的数据中产生用于这些应用的低分辨力数据;同样,为了在数字式打样、印版制作以及数字式印刷的各种输出方式中都能得到同样的效果,显然需要针对不同的输出方式对这套数据进行必要的调整,因为,不同的输出方式可能采用不同的成像原理,使用不同的呈色材料和载体,有不同的呈色特性。那么,为了保证这些数据的准确产生、无故障流动和再利用,各环节设备属性的确定和管理,数字式工作流程的设计和管理,数据存储和调用的管理,数据通信的格式标准化以及管理等就成为系统运行的关键。
    如果将“单一数据源,多用途使用”这种概念进行一般化演义,就引申出了今天正在逐步形成的跨媒体技术(Cross-media Technology)的基本内涵。跨媒体(Crossmedia)开始成为目前一个时髦的术语,通常以跨媒体出版Crossmedia Publishing、媒体数据库Media Database等形式出现。跨媒体技术的基本概念是将数字化的所有视觉信息资源(如,图像、文字、图形以及其它的视频信息,甚至可以延伸到音频信息)转换成为一种与具体媒体无关的数据,存储在网络系统中形成一个庞大的与媒体无关的网络化数据库(Media-neu-tral Databank)。数据库中的所有信息和数据可以通过网络被访问、查询,甚至重新被加工处理,制作成不同的媒体产品,如,印刷品、胶片、印版、样张、CD-ROM、电子出版物、各种显示影像、网络主页以及网络出版物等等,或通过网络传输到任何需要的地方(相当于发行)。显然,跨媒体技术的基础是数字技术和网络技术(图4)。建立与媒体无关的数据库是保证在各种媒体上得到相同输出效果的前提,同时,最终媒体产品的制作生产设备的属性也必须纳入系统级别的统一管理。这一点非常像目前以ICC为基础的彩色管理系统,系统内部保存的数字图象是按照与设备无关的色空间进行描述 CIE的xyz或Lab,可以通过输出设备的彩色属性文件,转换成视觉效果一样的不同媒体产品(如印刷品、彩色样张等等)。

    并不是所有的企业都已经具备了这种完全数字化的生产环境,即使在发达的工业国家,如美国、日本等国,多数企业仍然处在数字与模拟流程并存或混合的过渡状态。在这种状态下,仅仅靠引进印版照排机或数字印刷机显然还不能够构筑真实意义的CTP生产。这也是设备器材厂商和印刷企业不断努力的一个方向,并取得显著进展。基本上所有大制造厂商都推出数字工作流程,非常重视在数字化和网络化背景下的整合生产管理技术。比较有代表性的有Agfa推出的Apogee Series2,Heidelberg公司推出的Prinergy等等。Dainippon Printing公司的Prepress Workflow Management System也称为DNP Flow以及其他公司展出的系统;拟在实现自动套准、墨量预设以及印后加工高效自动化的,建立在CIP3标准上的印前到印刷甚至到印后环节的数字化工作流程有Mitsubishi Heavy Industries公司的CIP3 Compatible PPC Server Interface,Heidel-berg公司推出的CPC32-CIP3:Prepress Interface以及Komori公司推出的HIPER系统Highly Intelligent Printing for Economic Reengineering等等;以系统整合为背景,贯穿印前-印刷-印后的数字化工作流程有Heidelberg公司推出的,以Delta技术为核心的数字化工作流程,Fuji Film公司推出的拟在实现系统各个组件之间一致性的数字式工作流程Valiano Flexfile System以及以数据库和网络为技术背景,对应不同使用用途的AGE Advanced Graphic arts Evolution,Danippon Screen公司推出的对应于网络化的智能型RIP:True Flow以及AGFA公司、Scitex公司推出的数字式工作流程。尽管各个产品针对的专业领域和覆盖的范围都不尽相同,但普遍都趋向采用PDF作为数据格式,主要原因是PDF格式非常适合于数字页面的传送,而且这种传送以及传送结果不依赖生成这些数字页面的软件和硬件平台。这在今天的网络出版/印刷以及网络化图文数据库的再利用等领域,具有非常重要的意义。
    整合系统生产以及管理的另一个基础是系统组件的高度自动化和智能化管理,印刷和印后设备在这个方面的进展尤其引人注目,构成了近几年这个领域技术进步的主要内容。印刷机操作和管理自动化的主要目的是使印刷机能够融入一体化的整合生产系统,从而进一步提高印刷机的生产效率,强化质量监控和管理,减少废品率。上版自动化不但大幅度减少了上版时间和强度,而且使套印更加准确和容易实现;墨量在机自动监控和调整系统保证了印刷过程中版面印刷密度的高度一致性;墨量预设系统使油墨的设定发生了革命性的转变,构筑了印前系统与印刷机械连接的桥梁,大幅度地减少了过版纸的数量。特别是印刷机油墨的预先设定已经开始通过CIP3-PPF格式,按网络方式直接从印前系统获取版面油墨影像统计分布数据,而不再通过扫描印版的中介方式,极大地提高了生产效率。例如,Heidelberg公司推出的CPC32-CIP3 Pre-press Interface就是一个非常好的例子。印刷机已经不再是一个孤立的系统,在数据传输和控制上已经开始与印前系统融合。印后加工设备的数字化不仅指设备的控制按照数字方式进行,而更多地是指实现数字化控制后,自动化的印后设备可以从印前系统中获取有关印后加工的必要数据,如,产品尺寸、裁切线和折页线位置等数据,以便完成有关设备的预设和调整,减少准备时间,提高生产效率。1999年在日本举行的IGAS展览会上,Horizon International公司推出的数字式装订系统Computer Aided Binding System CABS System,On-demand Binding System以及In-line Perfect Binding System,Fuji Xerox公司推出的书籍按需生产系统方案BOD Solution中的联动装订设备都是这种技术动态的典型例子。

    四、在印版上直接成像的CTP技术

    在印版上直接成像的CTP技术分为脱机直接制版和在机直接制版两种,即所谓的CTPlate和CTPress。这里所说的“机”指印刷机。前者是一种独立于印刷机的直接制版系统,通过一台独立的印版照排机将数字页面直接转换成印版,然后再用普通的印刷机进行印刷,具有极大的通用性和灵活性,适合于所有类别的印刷。后者是一种印刷机和制版机一体化的直接制版系统,直接将数字页面扫描成像在印刷机的印版滚筒上,表现出设备的专用性。在机直接制版的特点是在扫描成像过程中计算机同时完成了套准和墨量设置,因此具有极高的制版效率和更短的开机前准备时间,非常适合于交货期短,品种多变的短版印刷市场。
    4-1.脱机直接制版技术
    (1)扫描成像设备
    无论从设备还是从版材的角度来看,脱机直接制版依然呈多元化和系列化发展趋势。印版照排机的扫描机构仍然是内鼓、外鼓和平台三种方式平分秋色(图5),但扫描光源在原来的红外激光IR-LD(830nm)、YAG(1064nm),可见光激光光源HeNe(635nm)、FD-YAG(532nm)、Ar(488nm)的基础上又添加了紫外光源。
    在紫外光源中,目前有两种基本选择,一种采用紫外激光二极管UV-LD(390~410nm),另一种采用常规的高压汞灯系列(250~400nm)。UV-LD由一家日本公司开发成功,据称这种固体激光光源的寿命已经能够达到数千小时,但目前功率还非常小,局限在数mW/cm。这也是一种固体激光光源,与IR-LD相似,功率的进一步提高还有比较大的空间。IR-LD光源的功率从数mW/cm提高到数W/cm,即提高了1千倍,花了不到十年的时间,估计UV-LD光源功率的提高不会花更长的时间。与IR-LD相比,UV-LD光源最诱人的地方在其(1)高光学分辨力、(2)发光波长处在传统光化学感光材料的感光波长范围、(3)低价格。第(1)和(2)项特点来自于UV-LD光源的短波长,既减少了配套光学系统的精度和难度要求,同时也缓解了版材开发的难度。传统的高感度光化学体系(如,光聚合)的感色范围可以非常容易地调节到390~410nm波长范围,但是要进一步红移到532nm(YAG激光)和635nm(HeNe激光)就非常困难,基本上不太可能延伸到 780nm(IR-LD激光)。由于UV-LD激光具有的这些优势,尽管这种光源在90年代末期才推向市场,但立即得到巨大的响应。很多著名的印版照排机厂商,如,Agfa、Barco、Escher-Grad、Krause、Purup-EskofoT等都在自己的设备上搭载了这种光源。
    采用常规汞灯光源的印版照排机关键在扫描光学系统,目前有采用光导纤维和所谓“光阀”技术(Light-valuve Technology)的Dicon系统(Purup-Eskofot公司)和采用数字微反射镜芯片技术(DMmC:Digital Micromirror Chip)的UV-Setter系统(BasysPrint公司)。光阀技术是将常规的汞灯发出的紫外光束引导进入光阀,光阀对紫外光束进行调制,控制光束的工作状态(On/Off状态),然后再经过光导纤维将调制后的光束引导到印版表面,对印版进行曝光。光纤按照线阵列排列,覆盖了印版的整个幅面,因此主扫描不涉及到任何光学部件做机械运动,极大地提高了曝光扫描的速度(图6)。数字微反射镜芯片技术(DMmc)采用一个面阵列的数字反射微镜系统(图6)和常规紫外光源(如,高压汞灯),微镜系统集成了数十万个微小的反射镜,每个反射镜的反射状态都可以通过计算机独立控制,因此从其上面反射的光束可以得到On/Off两种状态的调制,从而完成数字曝光控制。面阵列的微反射镜系统只能覆盖印版非常有限的区域,因此必须做XY方向的运动,才能覆盖整个印版表面。这种扫描结构非常类似于传统的连晒机,要求移动机构具有非常高的控制精度,特别在分辨力要求高的情况下尤其如此。

    从版材开发的角度来看,紫外光扫描技术,特别是采用常规紫外光源的扫描技术的出现极大地缓解了直接版材开发研究的难度。多数光化学材料体系,如,光聚合、光交联、光致亲和性变化,甚至传统的PS版材料体系都非常容易在这个波长范围内感光。只要最终到达印版版面的光束具有足够的强度(要求光束在扫描光学器件的传输和调制过程中光能的损失减少到最低限度),就有可能实现可以接受的扫描成像速度。因此,人们提出了传统版材(如,PS版)直接制版的概念,即所谓的CTcP(Computer To conventional Plate)。从远期目标来看,UV-LD激光和传统紫外光源扫描技术将直接影响今后直接制版技术的发展方向。在此之前,红外激光热敏成像体系呼声非常高,被认为是直接制版今后发展的方向,相应的设备和版材开发研制成为直接制版技术发展的焦点。红外激光热敏成像的最显著优点主要表现在(1)明室操作性能、(2)成像能量阈值明显(即,成像过程无能量累积效应)和(3)技术成熟的高功率固体红外激光光源(IR-LD和YAG),但是致命的弱点是敏感度(感光度)非常低。热敏成像材料体系多数依靠物态的变化实现成像记录,如,热致融化、热致汽化、热致相变化、热致化学反应等等,要求温度必须达到相应物态变化的温度以上。因此,物理刺激源(激光或加热头)必须具备足够的强度(功率)才有可能使被版材吸收的能量全部贡献于温度的升高(近似于绝热条件),从而达到足以导致物态变化的温度,否则,吸收的能量会在与环境的热交换中消失,版材的温度达不到足以使物态变化的温度。这是热敏成像体系为什么一般没有能量累积效应(→可以实现明室操作)和具有明显的成像功率阈值(→影像边缘清晰,高反差)的原因。另一方面,物态变化需要比较高的能量,而且一般难以引入连锁反应机制(即,所谓的增幅机制),因此敏感度(感光度)都比较低,最低成像曝光量一般在数百mJ/cm以上,远远高于其它的成像材料体系,如光交联/光改性(数十mJ/cm、光聚合(数十μJ/cm)、银盐及静电照相体系(数μJ/cm2)等等。为了弥补热敏成像体系低感光度的缺点,一般都需要采用W/cm级以上的大功率激光器,以达到实际应用需要的制版速度,这并不是一种十分有利的选择。从发展态势来看,在脱机直接制版领域,红外热敏成像体系和紫外光敏成像体系肯定会成为今后的竞争焦点。
    由于直接制版扫描光源的这种多样性,目前印版照排机也是多样化的。这主要表现在(1)相同厂商推出适合于不同成像体系的系列化印版照排机和(2)同一印版照排机可采用/更换不同的激光光源,例如,Barco公司推出两款新型印版照排机Mondrian和Viking,前者采用红外激光热敏成像,后者搭载紫外激光二极管;CreoScitex公司展出了Trendsetter系列和Lotem系列印版照排机,前者的特点是搭载了40 W/cm级别的红外激光头;ECRM公司推出的“猫”系列印版照排机(DesertCat、Wildcat、TigerCat)也可以搭载不同的激光光源;Agfa公司推出的Galileo系列印版照排机搭载UV-LD和红外热敏激光(15 W/cm);Fuji公司推出的Luxel CTP系列印版照排机可用于红外热敏成像(IR-LD光源)和可见光光敏成像FD-YAG(532nm)或Ar(488nm);Image Maker CTP系列印版照排机可以方便地更换扫描激光头,可供选择的光源有YAG(1064nm)、HeNe(635nm)、Ar(488nm)和UV-LD(410nm)。
    (2)直接版材
与印版照排机的多样性相同,直接版材体系的多样性也令人眼花缭乱,目前在市场上出现的主要有银盐版材、光聚合版材、红外热敏版材和喷墨版材四大类。
    ●银盐版材
银盐版材主要有银盐与PS版复合型版材、向上扩散型版材和向下扩散型版材三种类型。银盐与PS版复合型直接版材主要利用银盐乳剂层的高感光度和宽感色范围完成版材的激光直接扫描成像,利用PS版的优良印刷适性完成印刷工艺的要求,是一种充分利用已经成熟的银盐感光材料和PS 版材技术构筑直接版材的巧妙组合,在直接版材出现的初期曾引起轰动。印刷适性和耐印率与传统的PS版完全相同。但是,这种版材结构复杂,而且需要多次曝光和显影(定影)等后处理,工艺烦琐。这也是这种版材难以实现大规模产业化应用的主要原因(图7a)。
    向上扩散型直接版材由版基、银盐乳剂层和物理显影核层构成。激光扫描成像后,进行扩散显影。没有曝光区域的银离子向上扩散,在表层物理显影核的作用下还原成金属银,成为亲油表面;曝光区域的表层仍然为乳剂层,具有良好的亲水性。这种版材的版基既可以是金属材料,如铝,也可以是柔性的高分子片基,如聚酯片基,在多数情况下为柔性的高分子片基,如,Mitsubishi Paper Mills公司推出的Silver DigiPlate。这种版材的耐印率一般在1~2万印,感光范围基本上覆盖紫外到近红外的所有光谱范围,而且可以在图像照排机上曝光成像,无须购置专用的印版照排机,具有非常广泛的适应性。(图7b)
    向下扩散型银盐版材由具有良好亲水表面的铝版基、物理显影核层和银盐乳剂层构成。激光扫描成像后,进行扩散显影。曝光区域的银离子向下扩散,在底层物理显影核的作用下还原成金属银,成为最后的亲油表面;然后将乳剂层去掉,曝光区域的亲水版基表面裸露出来成为亲水层。这种版材具有非常高的感光度和感色范围,耐印力也非常高,适合于高档商业印刷。(图7c)
    ●光聚合版材
光聚合版材通常由铝版基、感光层和表面层构成。光聚合层主要由聚合单体(+低聚物)、引发剂、光谱增感剂和成膜树脂构成。引发剂一般采用量子效率高的多元引发剂体系,光谱增感剂的作用是有效地将引发剂的感光范围延伸到激光的发光波长区域,目前已经可以延伸到488nm(亚离子激光)和532nm(倍频的YAG激光)。表面层的作用主要是将大气中的氧气分子隔开,避免其进入感光层,以提高感光层的链增长效率,从而获得高感光度。由于采取了这些有效的措施,光聚合型直接版材的感光度得到大幅度提高,最低成像曝光量已经下降到10μJ/cm左右,仅次于银盐类型直接版材,而且这种版材结构简单,分辨力、耐印率以及后处理与常规的PS版相似甚至更优秀(图8)。由于多数高效引发剂体系的固有感光范围都在紫外区域,而且将感光范围延伸到UV-LD激光的发光波长范围也非常容易,因此,光聚合型直接版材将成为下一代紫外直接版材的首选体系,具有非常好的发展前景。随着紫外光源印版照排机的出现,很多公司在原有的可见光光聚合型直接版材的基础上开始推出适合紫外光源成像的光聚合型直接版材。比较有代表性的有MC Imaging公司的LV-1(适合于UV-LD激光)、LA-5(适合于Ar激光)、LY-5(适合于FD-YAG激光),Fuji公司推出的LP系列感光高分子版材(适合于Ar和FD-YAG激光)等等。

    ●红外热敏版材
到目前为止,红外热敏版材的发展前景一直看好,被认为有可能成为垄断直接版材市场的主要产品。由于这个原因,红外激光热敏版材的种类最为丰富,品种最为繁多。从总体来看,红外热敏版材大致可以分为两大类型,即,热烧蚀型直接版材和非热烧蚀型直接版材,非热烧蚀又分为热交联、热转移和热致相变化三种。在众多的热敏版材中,激光扫描成像后不经任何化学后处理即可进行印刷的无须后处理版材是热敏版材的发展方向,引起了各大公司的极大关注。在这场竞争中,Kodak-Polychrome公司、Agfa公司、Presstek公司、Asahi公司、Fuji公司、Toray公司等依然是热敏直接版材体系的重要制造和供应商。无须后处理的热敏版材的代表作是PressTek公司推出的热烧蚀型无水胶印直接版材,该版材技术在Heidelberg公司的直接成像印刷机以及在其后出现的其它厂商的直接成像印刷机上得到巨大商业成功。去年Asahi公司在IGAS展览会上推出无须后处理的非热烧蚀型热致相变化/亲和性变化直接版材,引起同行的普遍关注。随后,在今年举行的DRUPA2000博览会上又有几家公司加入到这个行列,如,Agfa公司、Kodak-Polychrome公司等等纷纷推出原型产品或进行技术发布。尽管受到紫外光敏直接版材的冲击,但热敏版材的发展势头仍然非常迅猛,目前还看不出谁是最后的赢家。

    在热烧蚀版材中,PressTek公司的热烧蚀型无水胶印版材值得一提。这种版材由斥油的硅胶表面层、光热转换层(吸光层)、亲油底层和版基构成。硅胶表面层将构成最终的非印刷表面,在热的作用下会随光热转换层的汽化作用而被去掉,从而使下面的亲油层裸露出来成为接受油墨的印刷表面(图9)。光热转换层的主要作用是吸收扫描激光发出的光能,并有效地将吸收的光能转换成热能,使版面的温度升高达到汽化温度水平。这种版材的版基既可以是金属底基(如,铝版基),也可以是柔性的高分子片基(如,聚酯片基),具有比较宽的适应性。这种版材因为激光扫描成像后即可进行印刷,因此特别适合于在机直接制版系统,这也是为什么目前相当多的直接成像印刷机都搭载这种版材的主要原因。尽管这种版材也属于无需要后处理的直接版材,但在扫描成像过程中要产生烧蚀汽雾和碎片,需要采取必要的措施进行排污处理,否则将对成像光学器件和环境造成污染。需要特别说明一点,无水胶印并不是热烧蚀型直接版材的唯一选择,通过适当的结构变化,热烧蚀型直接版材同样可以用于常规的有水胶印。

    热交联版材由热敏涂层和亲水版基构成。热敏涂层一般由(碱)水溶性成膜树脂(如,酚醛树脂)、热敏交联剂和红外染料构成;亲水版基可以使用与传统PS版完全一样的铝版基。红外染料的作用是有效地吸收红外激光的光能,并将吸收的光能转换成热能,使热敏涂层的温度能够达到热敏交联剂的反应温度;热敏交联剂的作用是在温度的作用下与成膜树脂反应形成空间网状结构,从而使热敏涂层失去水溶性。由于空间交联的作用,曝光区域的热敏涂层在显影处理后仍然留在版面成为亲油的印刷表面,而没有曝光的区域被去掉使下面的亲水版基裸露出来成为亲水的非印刷表面(图10)。有些版材为了进一步提高热交联的效果,往往在曝光后还要对版材进行预热处理,从而进一步加深热交联效果(也是一种提高感光度的增幅机制)。这类版材称为需要预热的热交联版材。热交联版材的图文区域由空间交联的高分子树脂构成,因此这类版材通常具有非常高的机械强度和耐印率,一般都可以印刷数十万份,非常适合长版印刷市场。

    热转移版材和热致相变化版材都属于成像后不再需要化学后处理就可以印刷的无后处理直接版材(Processless CTPlate),而且在激光扫描成像过程中也不会产生烧蚀碎片和汽雾等废弃物,因此,这种类型的版材既适合于脱机直接制版,也适合于在机直接制版,受到普遍关注。热转移直接版材由色带和受像基材构成。受像基材本身具有良好的亲水性(如,传统PS版的铝版基),主要作用是接受由色带转移的热蜡层和构筑亲水的非印刷表面。色带由耐热的高分子片基和热敏层(热蜡层)构成,热蜡层由低融点的高分子材料和红外染料构成。成像时色带与受像基材处于紧密接触状态,激光光能被染料吸收后转换成为热能,使热敏层温度升高导致热蜡层的高分子融化,从而使“液态”的热蜡层转移到受像基材上,形成印刷的图文表面(图11a)。为了提高图像区域的机械强度,往往需要在更高的温度下对转移在受像基材表面的热蜡层进行固化处理,原理是使热蜡层交联形成空间网状结构。尽管这种版材不需要显影后处理,但是,分离的色带与受像基材会给使用和控制带来不便,增加可变因素。相比之下,热致相变化的直接版材更具优势。这种版材由热敏涂层和支撑底基构成。热敏涂层具有足够的亲水性,成为非印刷表面,但在热能的作用下能够转变成亲油性,成为印刷的图文表面(图11b)。这种版材的底基仅仅是热敏涂层的支撑体,不参与最终的印刷,因此没有亲和性要求,根据不同的使用目的既可以是高分子片基,也可是金属版基。Agfa公司发布了一种新型可重复使用的版材技术,称为LiteSpeed,值得一提。LiteSpeed实际上是一种高分子涂布液,可以喷涂在任何印版或印版滚筒等基材表面,形成高分子膜。因此,这种高分子膜又被称为喷涂高分子膜(Spray-on-Polymer)。喷涂高分子膜经激光成像后,无需后处理即可进行印刷。印刷完成后,高分子膜可以很容易地被清洗掉,印版或印版滚筒表面又恢复到原始状态。由于支撑基材可以重复使用,因此,喷涂高分子膜非常适合于在机直接制版。
    ●喷墨版材
喷墨版材有两种基本类型,一种是在传统的PS版的感光层上涂布一层能够接受油墨的受像层,另一种就是一种具有优良亲水和保水性能的基材(如,传统PS版的铝版基)。喷墨直接版材利用计算机控制喷头的往复机械运动实现扫描,将油墨直接喷射到PS版感光层表面的受像层或亲水基材上形成油墨影像。对第一种印版,还要对喷墨后的印版进行全面紫外曝光,使没有喷到油墨影像的PS版感光层曝光,然后经过PS版显影处理即可去掉这部分PS版的感光层,使下面的亲水版基裸露出来成为非印刷表面,即,受像层表面的喷墨影像仅仅作为紫外曝光时的“蒙版”影像,保护下面的PS版感光层不受紫外光的照射(图12a)。这种版材可以采用常规的水基喷墨技术,受像层一般应该具备适当的亲水性并能够在碱水中溶解,以满足接受油墨和PS版显影时能够被去掉的要求。对第二种版材,喷墨形成的油墨影像就是最终的亲油印刷区域,因此要求采用特殊油墨的喷墨成像技术。固体喷墨(Solid Inkjet)也叫相变化喷墨(Phase Change Inkjet)是比较好的选择。这种喷墨技术采用不含任何溶剂的高分子固体油墨,依靠温度差异实现喷射成像,因此,喷射到亲水基材上的油墨具有足够的机械强度,成为印刷的图文表面(图12b)。喷墨直接版材的优点是可以使用现在成熟的喷墨技术和传统的PS版材,缺点是分辨力不高(主要受喷墨技术的限制,一般在1500dpi以下),速度比较低(受喷头往复运动的限制),适合于分辨力要求不高的印刷领域。
    4-2 在机直接制版
    在DRUPA'95博览会前后,在机直接制版技术只有Heidelberg推出的,采用Presstek公司的红外激光热敏成像和热烧蚀无水胶印印版的在机直接成像技术,即,DI印刷机(Direct Imaging)。曾有两种系列印刷机推出市场,即,人们熟悉的GTO-DI和QuickMaster-DI。经过五年的发展,可以说基本上所有知名的胶印机厂家都推出了在机直接制版系统。这在今年举行的DRUPA2000博览会上成为热点。这些印刷机制造商推出的在机直接制版系统都是国际大合作的产物。基本模式是印刷机制造商利用自身在印刷机领域的优势,与印前厂商合作,采用这些厂家的在机成像技术(On-press Imaging),与版材供应商合作采用适当的版材系统。Presstek公司和CreoScitex公司是两家最有影响的在机成像技术的供应商。
    与脱机直接制版相比,在机直接制版最大的优点在制版速度快和开机前准备时间短,非常适合于交货期短的短版印刷市场。这也是为什么在机直接制版最近几年得到飞速发展的一个主要原因。但是,在机直接制版系统只能使用自己制作的印版,即,在机直接制版系统制版和印刷功能的不可分离或设备的专用性,在某种程度上阻碍了这项技术大规模产业化应用。可喜的是,今天这个问题已经开始得到解决。例如,Hei-delberg与Creo合作推出的SpeedMaster 74 DI在机直接制版系统,采用Creo公司的热敏扫描成像技术(40 W/cm2红外激光)和Agfe公司的热敏直接版材Thermolite(热致相变化,无须后处理,据称制版时间为3.5分钟),由于Thermolite是有水胶印印版,SpeedMaster 74 DI配备有与传统有水胶印机相似的油墨和润版水系统,因此,也可以使用传统的PS版。也就是说,SpeedMaster 74 DI是一台两用印刷机,既可用作在机直接制版系统,也可用作传统的胶印机。Sakurai Graphic Systems公司推出的Oliver-474EPII-DI系统采用Presstek公司的一体化红外激光扫描头ProFire和(有水)热敏直接版材PearlGOld,因此也是一种在机直接制版和传统PS版的两用型印刷机系统。制版和印刷功能的专属性已经不再是在机制版技术的必然结果(图13)。

    由于在机直接制版系统要求制版过程快捷、简便,因此常常采用无需后处理的成像技术和版材系统。开创这一先河的是海德堡公司推出的DI技术,该技术采用Presstek公司的红外激光热敏成像和热烧蚀无水胶印印版的在机直接成像系统。随后开始出现其它的成像体系,但是热敏成像系统,特别是不需要后处理,而且没有生产污染的热敏成像系统,如热致相变化成像体系、热蜡转移体系等等依然是首选的体系。Komori公司推出的代号为Project D的在机直接制版系统,采用CreoScitex公司的240光束IR-LD激光头,使用Agfa、Kodak Polychrome以及Asahi Chemica1等公司提供的无须后处理的热敏版材,制版时间可以控制在4分钟之内。另外,KBA和Scitex公司合作推出了Karat在机直接制版系统;Ryobi与Presstek合作推出了Ryobi 3404 DI;Akiyama采用Presstek的一体化红外激光扫描头ProFire,推出J Print Perfector系列在机直接制版系统;Screen推出TruePress在机直接制版系统……。
    Man Roland公司与CreoScitex公司合作推出的DICOweb在机直接制版系统是采用热蜡转移成像技术的最典型例子。制版时,一带有碳黑热敏涂层(热可塑性树脂)的色带(约7μm厚)与胶印机印版滚筒接触,碳黑涂层在红外激光热能的作用下转移到印版滚筒上形成亲油图像区域(图14a)。亲油图像区域经短时间高温处理(约160℃)在滚筒表面固化,具备足够的耐印强度。非图文区域的滚筒表面经短时间亲水处理后具备适当的亲水性(图14b)。印刷完毕后,印版滚筒表面的油墨以及热蜡转移层可以采用特制的清洗溶液,在清洗带的作用下去掉(图14c)。该系统最大的特点是不再使用传统形态的印版,无须更换印版,因此,印版滚筒和橡皮布滚筒都可以设计成无缝滚筒,这对降低印刷噪声,减少机械运动的不稳定性,提高印刷有效面积和质量都非常有利。Agfa公司推出的Spray-on-Polymer也可以构筑同样的成像系统,据说,目前正在实验阶段,估计在近期还会有新的系统出现。有人误将这种系统称为“无版”印刷,这显然不太确切。这依然属于有版印刷的范畴,也依然存在制版过程以及相应的耗材和费用,印刷品的单页成本也会随印数的增加而逐渐减少,具有传统有版印刷的所有特征。但是,这种技术采用的是非传统形态的印版,对使用者(用户)而言,的确没有使用印版的感觉和操作过程。

    从另一个角度来看,也可以说目前在机直接制版系统可以细分为采用传统形态印版的系统和不采用传统形态的系统两种(图15)。目前有一种误解,将在机直接制版系统称为数字印刷机,这种误解在不采用传统形态印版的在机直接制版系统中尤为容易发生。严格地讲,数字印刷机应该是数字印刷使用的印刷设备,应该满足(1)最终影像的形成过程是数字方式、(2)真实意义上的无版、(3)可以实现可变信息印刷。显然这两种在机直接制版系统都不能满足这些条件的要求,因此,相应的设备不妨可以采用“直接成像印刷机”、“在机直接制版印刷机”等术语来描述,但使用“数字印刷机”显然是不妥当的。

    五、在承印物上直接成像的CTP技术

    在承印物上直接成像主要有两种形态的应用,即数字印刷和数字彩色打样。尽管它们在承印物上直接成像这一点是一样的,但针对的应用领域不一样,有不同的技术要求。例如,数字印刷对输出速度、成本和耗材的通用性有特别要求,而数字彩色打样则对彩色的忠实还原和与最终印刷品的一致性有特殊要求,输出速度、成本和耗材的通用性成为相对次要的因素。
    5-1 数字印刷技术
    (1)数字印刷技术的特点和系统构成
    数字印刷过程的特点是从计算机到纸张/印刷品(即所谓的“Computer-to-Paper/Print”),即直接将数字页面转换成印刷品,而不再通过包括印版在内的任何中介媒介。这既是数字印刷最具代表性的特点,也是数字印刷能够实现可变信息的印刷(Variable Information Printing)和按需印刷(On-demand Printing)的关键所在。当数字印刷的这种特点与数字网络结合时,就能构筑一种不受时间和距离限制的全球印刷服务系统,提供按需化/个性化的印刷信息/产品服务,开辟一个崭新的市场。这是数字印刷在全球范围内受到普遍重视,取得巨大发展的主要原因和动力。
    数字印刷系统是一个“彻头彻尾”的全数字生产系统,印前、印刷和印后完全整合成为一个整体,由计算机集中操作、控制和管理。在系统构成上,数字印刷有如下特点。
    ● 数字印刷是一个完全数字化的生产系统,数字流程贯穿了整个生产过程,从信息的输入一直到印刷,甚至装订输出;
    ● 数字印刷把印前、印刷和印后融为一个整体。从系统控制的角度来看,它是一个无缝的全数字系统。数字印刷系统犹如一台“联合收割机”,系统的入口(即,信息的输入)是数字信息,系统的出口(即,信息的输出)就已经成为所需要形态的产品,如,印刷品、书、杂志、卡片、商标、包装……。数字信息的来源渠道很多,可以是网络传输的数字文件或图像,也可以是印前系统传输的信息,也可以是其它数字媒体,如光盘、光磁盘、硬盘等携带的数字信息。而且,数字印刷的产品种类也是多样化的,既可以是商业印刷品,也可以是出版物、商标、卡片,甚至包装印刷品(个性化包装印刷),覆盖了相当广泛的专业领域。数字印刷系统的系统连接主要依赖两种方式,即,网络和数字媒体。它是一个完整的印刷生产系统,由控制中心、数字印刷机、装订及裁切部分组成,所有操作和功能都可根据需要进行预先设定,然后由系统自动完成;
    ● 数字印刷具备按需生产能力,可以根据具体要求,生产制作顾客需要的信息产品。
    (2)数字印刷的支撑技术基础
    传统的印刷生产过程是按照印前、印刷、印后、以及销售环节中的仓储、运输和最后与顾客见面(销售)来进行排列的,在时间上有非常严格的逻辑先后顺序(图16a)。整个生产过程都是以物理载体的转换为特征,从原稿到数字文件、到胶片、到印版,最后到印刷品都是不同物理载体之间的相互转换。这就决定了传统的印刷生产需要采用仓储和交通运输的方式来连接不同的生产环节,完成产品和中介载体的传送、存储和流通。所以,传统的印刷生产是一个典型的以“模拟流程+物理媒体/仓储+交通运输”为技术基础的生产方式。这种生产方式不可避免地要受到时间和地域的限制,即,时间和距离成为制约生产、服务、供货的主要因素。而数字印刷却不然,尽管它与传统印刷一样仍然需要必要的印前处理,但印前处理所形成的数字文件/页面并不需要立即印刷输出,而是按照数字方式存储在系统中或通过数字网络传输到异地,最后,根据顾客的定货需求再完成印刷输出(图16b)。显然,这是一种建立在“数字流程+数字媒体/高密存储+网络传输”基础上的崭新的生产方式,而且时间和地域的制约因素得到大幅度缓解,甚至彻底解放。随着技术的发展,实际上只要网络覆盖的区域,不管距离有多远,都可以实现产品(数字文件/页面)的实时传输,并按顾客的要求印刷输出。因此,也可以说传统印刷是“生产后再销售”的生产模式,而数字印刷是“销售后再生产”的生产模式。因此,数字印刷一旦与网络结合就可以构筑一种全球范围内的按需生产和服务体系,满足逐渐发展成型的个性化印刷、出版市场的需要。
    (3)数字印刷的市场定位
    数字印刷的市场定位在按需印刷和按需出版。信息的按需化服务是当今信息产业发展的一个趋势。作为提供图文信息产品服务的行业,印刷、出版以及包装等行业也是当今信息产业非常重要的一个组成部分,当然也在向按需化和个性化服务方向发展。按需印刷(On-demand Printing)和按需出版(On-demand Pub-lishing)就是这种发展的典型产物。
    传统印刷是针对大众需求的一种生产方式,靠高质量和低价格取胜。它的价格优势靠增大印刷数量来实现,即,随着印数的增加,单页的成本不断降低。根本原因是采用了印版,所有的制版费用最终都要折算到每一张印刷品中。根据具体采用的制版方式,单页成本的下降幅度是不一样的,传统的PS版工艺由于制版成本高,下降得慢一些;直接制版工艺的成本较低,单页成本下降得快一些。与传统印刷不同,数字印刷是针对个性化需求的一种生产方式,靠速度、多样性和满足不同需求取胜。数字印刷不需要制版,不存在制版成本分担的问题,因此,印刷一张、十张、一百张和一万张都不会影响单页成本(图17)。从经济成本的角度来看,数字印刷定位在从零张到数百张、数千张范畴的短版印刷市场。另一方面,随着技术的不断完善和新成像体系的出现,数字印刷的单页成本也在不断降低,即,其成本优势也在向更多印数的方向推移,这使传统胶印感到一种潜在的威胁,担心市场份额被吃掉。这曾经引起过关于数字印刷会不会取代传统印刷的议论,但实际上问题既不这样直观,也不这样简单。
    从印刷质量与数量的关系来看,传统胶印定位在大批量长版、高质量的领域,数字印刷定位在小数量(短版)、质量不太高的领域,但现在情况发生了一些变化。传统胶印也在向高品质、短版的方向发展,同时数字印刷的质量也在不断提高,向高档的胶印水平逼近。换言之,两者的发展走势是一样的,在向同样的市场领域逼近,即高质量和多样化的短版市场(图17)。这种趋势在采用直接制版,特别是脱机直接制版技术的传统(有版)胶印中表现得尤为突出和明显,因为制版速度的大幅度提高和成本的大幅度降低使它们能够适应短版的市场需求。但是,不管这两种印刷今后会不会落在同一个领域,它们之间仍然存在着本质的差别,即,传统印刷针对的是大规模生产的、大众需求的市场;数字印刷针对的是个性化的按需生产市场。有人问数字印刷的出现会不会抢占传统胶印的市场?其实不会,因为数字印刷的出现会开辟一个崭新的商业机会,它的市场是按需市场,这是传统胶印完全不能覆盖的领域。当然,不可否认,传统胶印的很多领域会出现数字印刷的踪迹,甚至有些市场,特别是数百张以内的短版市场(如,快速印刷,轻印刷等)会成为数字印刷覆盖的领域。但数字印刷的最大优势并不在这些领域,它最能发挥作用的领域是按需市场,如,按需印刷,按需出版。如果将数字印刷等同于快速印刷或轻印刷来使用,这不能不说是一种巨大的浪费。

    按需市场在国外正在逐步发展和形成过程中,在国内还没有这样的市场,但会随着技术和经济的发展而发展。按需化、个性化的需求是一个巨大的潜在市场,需要引导和发掘。也许,对我国这个特定的对象,需要用现有的按需印刷/出版技术去推动按需市场,促使其形成和发展。
    (4)数字印刷的关键技术
    在数字印刷系统中,有两项技术最为关键,一个是RIP技术,一个是制作印刷品的数字硬拷贝技术。因为数字印刷品相邻两张可能完全不一样,即100%的可变信息,而且要求有很高的输出速度(应该与传统的单张纸胶印机的速度相当),因此对RIP的速度有特殊要求。另外,随着数字印刷质量的不断提高,分辨力也在不断增加,已经从早期的200~400dpi发展到今天的600~800dpi(甚至更高),这就更进一步加大了对RIP速度和功能的要求。硬拷贝转换系统是数字印刷机的核心,负责将数字页面高速转换成高品质的彩色硬拷贝,即印刷品。这就要求所使用的高速硬拷贝系统必须满足下面几方面的要求:
    ● 高速度。印刷速度必须满足每小时数千张以上的要求;
    ● 高质量。数字印刷应该达到或至少接近传统胶印的质量,否则,就很难称为印刷品,也许只能称为复印品或打印品;
    ● 普通纸成像。对承印物没有特殊要求,可以在普通的基材,如纸张、胶片、塑料等上面成像。
    ● 低价格。价格应该与传统的胶印相当。
    尽管可以选择的彩色硬拷贝系统很多,但同时满足上面4个条件的硬拷贝系统并不很多,主要有表1所列的几种。

    磁记录成像等4种方法。采用干式色粉显影的静电照相系统分辨力可以达到600~800dpi,采用湿式色粉显影的可达数千dpi,而且每个像素的阶调数可以是多值的(但有限)。如果采用功率为100mW的激光扫描成像,一维空间的扫描成像速度为6.35m/s,而且可以在普通承印物上成像,呈色剂为颜料,与传统的胶印相似。喷墨成像具有300~1500dpi的分辨能力,阶调 数为多值(但,有限),而且成像速度非常高,单一像素的成像时间一般在10-4~-6s(取决于不同的喷墨成像方式),一维空间的扫描成像速度为0.63~63.5m/s(按400dpi密度扫描)。但是,大多数喷墨成像都采用水基油墨,而且呈色剂以染料为主,最终影像的形成依赖油墨与承印物的相互作用。因此,喷墨成像系统一般需要使用与油墨配套的专用承印物,以便实现油墨与承印物之间在性能上的最佳匹配。采用颜料的普通纸成像一直是喷墨成像技术发展的一个方向,同时,也是技术难点所在。电凝聚成像是一种全新的成像方式,具有非常高的成像速度,每个像素的形成时间为4×10-6s,一维空间的扫描成像速度为15m/s(按400dpi密度扫描)。这种成像方法采用电化学反应使分散体系凝聚的原理,使一种水性的反应油墨从液体状态转换成为固体状态,从而实现影像的记录。尽管这种系统目前的分辨力还非常有限,只能达到400dpi,但每一个像素都具有高达256阶的阶调再现能力,因此,具有比较高的质量效果。
    (5)高速化的方法
    表1展示了目前多数数字印刷成像体系的一维空间成像速度,但任何一件印刷品都是两维空间的,因此必须寻找一种能够实现两维空间记录成像的快速方法。不同成像原理的记录系统可以采用不同的方法,但下面几种方法是常见的。
    一种是采用高速旋转多面镜的方法,将电光源激光束转换成线光源激光束,覆盖整个印刷幅面,然后,再利用光导滚筒的旋转运动实现平面记录(图18a);另一种是采用线阵列LED(发光二极管)覆盖整个印刷幅面,然后,再利用光导滚筒的旋转运动实现平面记录(图18b)。如喷墨和电凝聚那样的成像方式,一般一个成像元件只能覆盖一个点(像素)或很窄的一个微小空间,只有采用将单个成像元件按线阵列集成的方式来实现平面高速记录成像,否则,就必须靠成像元件的往返机械运动来实现平面记录,这就很难实现高速成像。例如,对喷墨成像体系,一般将喷头做成线阵列的集成化成像器件(即,所谓的“一头多嘴”成像器件),使它能覆盖整个印刷幅面,这就避免喷头的机械往返运动,实现平面高速记录成像(图18c)。

    在上面的高速化方法中,速度、分辨力和价格始终是矛盾的三个方面,并且相互制约。例如,要想获得高质量,就必须提高成像元件的集成度(即分辨力),这必然会导致价格上升,同时也将导致速度下降(因为单位长度需要放置更多的像素)。实际上,如何协调这三个矛盾是实现数字印刷产业化应用的一个非常实际的技术问题。在不提高分辨力的情况下扩展像素的阶调层次再现能力是实现高质量的一个有效的方法。这样既可以实现高品质,同时又比较巧妙地回避了在速度和价格上的矛盾(因为不需要增加成像元件的集成度)。众所周知,采用网点再现阶调有三种基本方法,即(1)面积调制网点方法、(2)墨膜厚度调制网点方法、(3)面积和厚度同时调制的网点方法。第(2)和(3)种方法都可以在分辨力非常有限的条件下实现高质量,因为最终影像的视觉质量效果取决于分辨力和每一个像素能够再现的阶调数的平方根之间的乘积(按调幅网点换算),即,
    视觉质量效果 ~分辨力(dpi)×阶调数的平方根
    基本做法是不改变成像元件(像素)的集成度,通过改变施加在每一个成像元件上的扫描成像脉冲的宽度或脉冲的数量,可以在一定范围内改变每个像素呈色剂的面积和厚度,从而实现像素的多阶调化。这种像素多阶调化的程度取决于成像系统本身的成像特性,有的可能少一些,如静电照相以及喷墨成像体系;有的可能多一些,如电凝聚成像体系。例如,静电照相或喷墨成像体系一般多阶调化能力差一些,每一个像素可以实现16个阶调(或更多一些),这样600dpi的视觉质量效果就相当于2400dpi的胶印效果(调幅网点);El-corsy推出的电凝聚成像体系具有比较优秀的多阶调化能力,每一个像素可以实现多达256个阶调,这样400dpi的视觉质量效果就相当于6400dpi的胶印效果(调幅网点)。
    (6) 数字印刷机系统及特点
    从整体来看,目前数字印刷机采用的成像技术主要有(1)静电照相、(2)喷墨打印、(3)电凝聚成像、(4)磁记录成像等,各自具有不同的特性和适应范围。
    a 静电照相体系
在静电照相系统中有两种基本模式,一种是采用湿式色粉显影的高分辨力系统,即800dpi的成像系统,主要是Indigo公司的产品;另一种是采用干式色粉显影的低分辨力系统,即600dpi的成像系统,主要有Xeikon、Xerox、Agfa、Canon和IBM等公司。这些都是在数字印刷领域中大家比较熟悉的厂家,最近一些超级印刷机制造商也开始进军这个领域,如,Herdel-berg公司和Man Roland公司。它们推出的系统都采用干式色粉成像的静电照相技术。静电照相成像的基本原理是用激光扫描的方法在光导体上形成静电潜影,再利用带电色粉(符号与静电潜影正好相反)与静电潜影之间的库仑作用力实现潜影的可视化(显影),最后将色粉影像转移到承印物上即可完成印刷(图19)。因此,这种方法具有以下几个方面的特点:
    ● 可以在普通纸上成像,而且呈色剂采用颜料,既可以实现黑白也可以实现彩色,与传统的胶印油墨非常相似;
    ● 阶调数可以实现多值(但范围有限);
    ● 综合质量可达到中档胶印水平;
    ● 印刷速度可达到每分钟数十张~数百张;
    ● 但是,与其它成像系统比较价格偏高。静电照相成像体系的价格在很大程度上取决于色粉的价格,据说目前色粉价格有一些人为偏高,还有进一步降低的余地。
    b 喷墨成像体系
采用喷墨成像的数字印刷系统并不是很多,主要有Scitex和Aprion两家分辨力为600dpi。 喷墨成像原理是将油墨以一定的速度从微细的喷嘴(一般直径在30~50微米)喷射到承印物上,最后通过油墨与承印物的相互作用实现油墨影像的再现。一般要求油墨中的溶剂水能够快速渗透进入承印物,以保证足够的干燥速度,要求油墨中的呈色剂(一般多为染料)能够尽可能固着在承印物的表面,以保证足够高的印刷密度和分辨力(图20)。因此,所使用的油墨必须与承印物匹配,以保证良好的印刷质量。这也是为什么一般的喷墨系统都必须使用专用配套的油墨和承印材料(纸张),这是喷墨成像系统的一个弱点。从原理上讲,喷墨打印属于高速成像体系,根据喷射方式的不同,墨滴的产生速度可以在每秒钟数千滴到数十万滴的范围内变化。但是喷墨打印的高速性还取决于具体的扫描机构,采用线阵列多嘴喷头的体系具有非常高的成像速度,也是数字印刷系统通常采用的方法;采用独立喷头往返运动的成像方式速度就比较低,但容易实现大幅面成像,是大幅面彩色喷绘(包括彩色数字打样)通常采用的方式。目前采用超细颜料的喷墨系统已经开始出现,使喷墨影象的耐候性得到大幅度提高,而且普通纸喷墨技术也逐步成熟,喷墨系统面临的上述技术困难也许会在不远的将来得到比较好的解决,喷墨打印技术在速度上的优势以及非接触成像的特点会得到进一步的体现。一般来讲,采用喷墨打印技术的数字印刷机系统有以下一些特点。
    ● 需要采用专用承印材料,呈色剂多数为染料,但目前正在向颜料和普通纸方向发展;
    ● 阶调数可实现多值(但范围有限);
    ● 综合质量目前只能达到低档的胶印水平。但需要说明的一点是低质量并不是喷墨成像技术的本质,而只是在目前技术条件下质量、速度和价格三个因素之间折中的结果。实际上喷墨成像体系可以实现极高的质量,目前很多成功的直接数字式彩色打样系统都采用喷墨成像方式,质量都很高,甚至可以用做合同样张Contract Proof;
    ● 速度很高,可达每分钟数百张~数千张,目前已经可以实现2000张/分钟;
    ● 价格低廉。
c 电凝聚成像体系
    这是一种新的成像方法,通过电极之间的电化学反应导致油墨发生凝聚(金属离子诱导凝聚),从而使油墨固着在成像滚筒表面形成油墨影像(图文区域);没有发生电化学反应(即,非图文区域)的油墨依然是液体状态,可以通过一个刮板的机械作用被去掉(图21)。最后,通过压力的作用将固着在成像滚筒上的油墨转移到承印物上,即可完成印刷过程。据报道,这种成像方式可以按照15纳秒(10-9秒)的步长改变脉冲宽度(最高到4微秒),从而在成像滚筒上得到不同面积和厚度的固着油墨,实现像素的多阶调调制。这种成像方式对承印物没有特殊要求,固着的油墨可以转移到普通的承印物上。电凝聚成像体系具有以下的明显特点:
    ● 可以在普通纸上成像,使用颜料,与传统的胶印相似;
    ● 阶调数可以实现多值,且范围很宽;
    ● 综合质量可达到中档胶印水平;
    ● 速度可达到每分钟数百张;
    ● 价格介于喷墨成像与静电照相系统之间。
    d 磁记录成像
    这种成像技术与磁带的记录技术采用相同的记录原理,即依靠磁性材料的磁子在外磁场的作用下定向排列,形成磁性潜影,然后再利用磁性色粉与磁性潜影之间的磁场力的相互作用,完成潜影的可视化(即,显影),最后将磁性色粉转移到承印物上即可完成印刷(图22)。由于磁性色粉采用的磁性材料的本身颜色的限制,这种成像体系一般只适合制作黑白影像,不容易实现彩色影像。目前推出磁记录成像技术的数字印刷机系统并不是很多,具有代表性的有Xeikon公司与Nipson合作推出的磁记录成像体系,分辨力达到480dpi。Nispon公司是最早推出磁记录体系数字印刷系统的公司。磁记录体系有以下几方面的典型特点。
    ● 可以在普通承印物上成像,采用颜料,多为黑白;
    ● 阶调数可实现多值(但,范围较窄);
    ● 综合质量只相当于低档胶印的水平,适合于黑白文字和线条印刷;
    ● 速度为数百张/分钟;
    ● 价格低廉。
早期的数字印刷的应用领域非常狭窄,主要局限在产品说明书、产品样本、内部刊物、法律文本以及直接邮寄信件等,但今天情况发生了变化,数字印刷系统都有非常宽的纸张适应范围,纸张的重量一般都在60~300g/m,即从很薄的纸张一直到卡纸都能印刷,开始在所有的印刷专业领域得到应用,如书、杂志、包装、商标及卡片等等,而且各个厂家都纷纷推出了针对不同应用领域的数字印刷系统,提供全方位的系统解决方案。数字印刷的整体性能也在不断提高,主要表现在输出速度、质量和成本几个方面。早期的数字印刷系统的输出速度(彩色)一直徘徊在每分钟数十张的水平,但今天已经可以达到每分钟数百张,甚至超过一千张。尽管有些数字印刷系统的质量还不是很高,但总体来讲已经达到或接近中档胶印水平,而且,还在向高质量方向发展,同时,在技术上也有进一步提高质量的可能。在DRUPA2000博览会上有报道表明,静电照相系统的单页价格(彩色)已经降到0.1~0.2美元(相当于0.8~1.6元人民币),今后还可能进一步下降喷墨成像系统单页价格已经降到0.01美元相当于8分人民币完全到了可以接受的程度。
    (7) 数字印刷今后发展的展望
    数字印刷本身所具有的特点和优势还不是这项技术的全部内容,实际上将它作为一个独立的体系来运行并不能发挥独特的作用,但是,如果将数字印刷系统与数字网络结合,情形就大不一样。一旦数字印刷系统与全球化的数字网络融为一个整体,它就能够构筑一种不受时间和距离制约的全球化按需生产和服务体系,可以实现完全意义上的按需化服务,即,在顾客需要的地方和时间内,生产并提供顾客需要的印刷品、出版物、包装、卡片、商标等产品。这是一个全球化的生产服务体系,只要在网络覆盖的范围之内,就可以提供按需化的服务。除了提供按需化的服务外,这种印刷生产系统还具有传统印刷生产系统不可实现的很多独特的优点,主要体现在以下几个方面。
    (1) 在与顾客见面之前(即,销售之前),所有产品都以数字的形式存在,不需要任何中介物理媒介的介入;
    (2) 这是一种先销售后生产的方式,而且完全按照顾客的需求进行生产,因此,不可能出现传统印刷生产方式中不可避免的对市场需求估计不准确造成的产品积压或脱销;
    (3) 顾客可以指定和要求任何形式和材质的产品,而不会由此产生除材料及印刷输出以外的额外费用(与版权有关的费用除外);
    (4) 数字印刷的市场定位在个性化/按需化领域,而不是在靠数量取胜的大众化传统市场。
    综上所述,数字印刷的出现和发展将开辟崭新的市场机遇,提供传统印刷不能覆盖的个性化/按需服务,而并不简单如人们想象的那样将吃掉传统印刷的市场份额,成为传统印刷的竞争对手。
    5-2 数字彩色打样
    数字彩色打样是将数字页面直接转换成彩色样张的打样技术,无需任何中介媒介,如胶片、印版等等,是直接制版必不可少的配套技术。传统的打样机打样方法在速度和效率上已经不能满足直接制版,特别是在机直接制版在速度上的要求;采用分色胶片的简易打样方法也不再适用,因为直接制版已经彻底废除了胶片的使用,当然也不会为打样专门输出胶片。数字彩色打样主要有两个应用领域,一个是用于排版检查/内部校正的组版样张(Imposition Proof),另一个是用于客户签字付印的合同样张(Contract Proof)。前者对彩色再现没有严格要求,但后者对彩色再现有严格的要求,要求样张必须忠实再现实际印刷的效果。
    从最终样张的现色方式来看,数字彩色打样又分为软拷贝打样(Softcopy Proofing)和硬拷贝打样(Hardcopy Proofing)两种。软打样就是利用彩色显示器/荧光屏的打样方法,有快捷和便宜的优点。但是由于这种打样方法采用加色法呈色原理,而且“样张”的色域、观察条件、物理外观和质感都与采用减色法呈色的最终印刷品相差甚远,很难做到“样张”与印刷品的完全一致。彩色显示与实际印刷品的完全一致,即所谓的“所见即所得”(WYSIWYG:What You See Is What You Get)具有非常重要的意义。首先,这是软打样是否最终能够用做合同样张的必要条件,另外,目前基本上所有印前处理都建立在荧光屏显示的基础上,操作者根据荧光屏显示的效果来决定需要采取的操作和调整。如果荧光屏显示效果离WYSIWYG的目标相差太远,最终得到的结果(印刷品)无疑也是错误的。实际上,WYSIWYG一直是数字彩色打样技术和印前技术发展的一个难点和焦点。近几年,随着彩色管理技术和荧光屏质量和控制技术的不断提高,软打样在技术上已经取得长足进展,样张与印品之间的差距在逐步缩小,基本上能够为检测印前处理效果,预测最终印品提供依据。"所见即所得" 正在逐步成为现实。目前人们提出一种利用网络技术的异地打样(Remote Proofing)的概念。这是一种建立在网络技术和数字打样技术结合基础上的打样方法,印刷厂通过网络(如,互联网)将数字样张传送到客户的终端显示器上,客户在自己的办公室就可以确定样张并签署付印许可。这将彻底改变目前打样的形态,构筑一种适应网络时代的全新打样方法。
    硬拷贝彩色打样取得长足进展,无论在彩色再现效果,还是在材料质感方面都可以做到与最终印刷品非常接近,甚至完全“一样”。彩色管理技术对彩色的忠实再现起到了决定性的作用,即使采用不同彩色特性的呈色剂也能够达到样张与最终印刷品之间的一致。目前,多数硬拷贝打样系统都能对实地密度进行设定和控制,而且还能模拟实际印刷的压印特性(网点扩大曲线的模拟),弥补了打样成像特性与实际印刷特性之间的差异。多数高品质的数字彩色打样系统都可以在实际印刷使用的纸张上成像,避免了由于纸张不同造成的样张与印刷品之间的差异。通常的做法是首先在一特制的中介受像介质上成像,然后,再采用专用的转移设备将中介受像介质上的染料影像转移到实际印刷的承印物上(通常采用热转移方法),从而有效地避免了由于承印物材质的不同造成的样张与印刷品之间的视觉差异。这种方法被俗称为实际印刷纸数字彩色打样,并且已经成为表征直接数字式彩色打样系统特性的一个很重要的技术指标。
    目前,硬拷贝彩色数字打样采用的成像技术主要有染料热升华、彩色喷墨打印、彩色热蜡转移、彩色银盐照相以彩色相纸为成像介质和彩色静电照相等几种技术。
    在这些技术中,染料热升华是一种非常优秀的方法,喷墨也表现不凡。染料热升华方法以色纯度高、色域宽、色密度高为特点,而且,多数这种系统,特别是高档系统都装载了色密度控制和模拟网点扩大的智能管理技术,使样张更加接近实际印刷效果。而且,为了消除染料热升华专用受像介质与实际印刷纸张不一致的问题,很多高档的打样系统都可以实现在实际印刷的承印物上成像,保证了样张与印刷品的尽可能一致。染料热升华系统质量很高,享有连续调打样的美称,但需要使用分离的色带和受像介质,给使用和过程控制带来不便和一定的难度,一般适合于幅面不是很大的样张。染料热升华打样技术之所以具有近似连续调的效果是由于这种成像方式可以通过调节成像脉冲宽度,在很大范围内改变升华转移的染料分子数量,即每个像素有非常宽的阶调再现范围(256阶,甚至更高),属于(像素)面积与(墨膜)厚度双重调制的成像技术。因此,尽管染料热升华打样系统一般设备分辨力都不是很高,如,几百dpi,但依然能够获得近似于连续调效果的彩色样张。这种特点和优势确立了染料热升华成像技术在数字彩色打样中的坚实地位。喷墨系统尽管在质量(特别是分辨力)上还有很多需要改进的余地,但成像过程简单,特别适合于不同幅面,尤其是大幅面,甚至超大幅面样张的应用。目前,多数设备的输出速度都能达到每小时10~18张全色,基本满足快速打样的要求。在这个领域,比较有代表性的厂家和打样系统有Kodak Polychrome Graphics公司的Approval XP4、DuPont公司的Digital Cromalin、Fuji Film公司的Luxel Final Proof 5600等等。
    静电照相技术的最大优点是可以直接使用与实际印刷相同的承印物和呈色剂(颜料),样张的呈色特性和质感与实际印刷品非常接近,但也面临分辨力不高,大幅面化困难的问题,目前主要定位在小幅面的中低档打样市场。热蜡转移技术与染料热升华技术有相似的一面,都涉及到呈色剂从色带向受像介质的转移,但热蜡转移技术涉及的是颜料色层的转移,非常类似于印刷过程中油墨墨膜的分离,而不是染料分子的转移。因此,热蜡转移很难实现像素的多阶调调制,近似于面积调制的二值成像系统。热蜡转移的优点是可以使用与实际印刷相同的颜料,而且可以在实际印刷承印物上直接成像,这一点与静电照相体系非常相似。彩色银盐照相体系的特点是使用彩色相纸作为最终的影像介质,利用不同色相的三种激光束(R、G、B光束)分别让彩色相纸的感红层、感绿层和感蓝层曝光,经彩色显影和定影处理即可得到彩色影像(样张)。这种打样方法具有非常优秀的彩色质量,但是由于采用的是染料呈色剂和专用的相纸,在呈色特性和质感上与实际印刷品有一定的差距,而且作为耗材的彩色相纸成本非常昂贵,大规模应用有相当的难度。

    六、结束语

    CTP是印刷产业技术数字化和网络化发展的必然结果,将成为21世纪印刷生产技术的主力军。CTP技术是一个完整的系统,既涉及到设备、器材,也涉及到系统控制和管理。这一点往往容易被忽视,认为只要购买了CTP设备和相应的耗材就能实现CTP生产。完全数字化环境是实现CTP生产的必要条件,配套的数字流程以及质量管理体系是CTP能否充分发挥效用的关键。
    CTP技术的出现提供了应对目前印刷及相关市场多样化、短版化和个性化/按需化发展的最佳工具和解决方案,将成为网络化和信息化时代印刷产业技术的基础。CTP技术不仅仅只是传统印刷产业技术的一个完善,将在很大程度上改变印刷以及相关产业的生产、管理,甚至经营模式,开创崭新的商业机遇和市场。谁首先掌握了CTP技术,谁就获得了在激烈竞争中取胜的一个法宝。

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