数字印刷技术面面观（一）

　　上世纪90年代，中国标准出版社印刷厂引进了国内第一台施乐数字印刷机，拉开了数字印刷进入中国的序幕。20多年过去了，数字印刷早已不再像最初那样高不可攀，而数字印刷技术的发展也呈现出百花齐放、百家争鸣的繁荣局面。随着社会的进步和人们消费习惯的改变，数字印刷在诸多领域开始获得应用，这也造就了数字印刷的高速增长。目前在全球范围内，标签、包装印刷行业的数字印刷机安装总量超过4500台，仅2019年一年增加了800台，且数字标签印刷机在所有新装机中的占比接近40%。与西方发达国家相比，我国数字印刷技术的普及率并不高，近两年装机量约在40台左右，稳中有增。

 

　　从去年年底在上海举办的亚洲国际标签印刷展览会（Labelexpo Asia 2019）来看，国内数字印刷装备市场的发展超过预期，正驶向快速前行的轨道。主办单位展前统计数据显示，350多家报名参展的企业中有55家展商表示其展出的设备与数字印刷相关，占到参展商总数的近16%。为方便观众参观，主办方将E3馆设为创新馆，并开辟了数码印刷专区，集中了：惠普、赛康、多米诺、柯尼卡美能达、上海皓僖科技（durst）、Dilli、爱普生、上海云帛、弘博智能、浩田、润天智、德拉根、常州特米内、合肥润杰、麦安迪、上海贯众、无锡丽达、浙江镭鹏、卓绝智能、宁波沃瑞、广州品图以及博泰数码智能、世一激光、星云电脑（GCC）和瑞邦智能等一众数字印刷及印后加工设备制造商和供应商等。在展会现场，笔者注意到实际展出的设备要远超过主办方展前统计的数量，且遍布3个展馆，还有部分展商尽管没有展出具体的设备，但也摆放了自己或合作伙伴制造的数字印刷设备的样书。

 

　　现在，很多印刷企业已经购置了数字印刷设备，没有购置数字印刷设备的，也会更加关注数字技术的发展，毕竟哪家企业都不希望自己成为被数字印刷大潮拍在沙滩上的“倒霉鬼”。而今年的疫情爆发，更是对数字印刷技术应用的提速起到了推波助澜的作用。

 

　　数字印刷技术纷繁复杂，数字印刷设备制造厂商多如牛毛，每种技术、每个厂家都在标榜自己的优秀，但是这“优秀的技术”真的适合标签印刷企业自己的需求吗？标签印刷企业又如何从这海量的信息中，找到真正有用的信息，采购到适合自己的技术与设备？在这里，我们希望通过自己的分析，为您提供一些参考。

 

　　数字印刷的技术流派

 

　　中国传统武术流派很多，太极、八卦、少林、武当……当然，这些门派的强悍或许在百年之前是存在的，但是到了现代社会，就只剩下各派门人口中的传说了，所以才会出现各种“传统武术大师”被暴打的情况。数字印刷技术的流派也很多，各派门人口中，自己的技术也是包打天下的，不过遇到问题时，就像那些被暴打的“传统武术大师”一样，会找出各种借口为自己圆场。

 

　　目前，数字印刷技术主要有两大体系，分别是静电成像技术和喷墨技术。除此之外，曾经发明了Indigo数字印刷机的以色列人班尼·兰达，在将自己的技术卖给惠普公司后，又在“折腾”纳米印刷，不过这种技术其实从严格的意义上，依然属于喷墨技术的一种，并未完全脱离这两大技术体系。

 

　　曾经独领风骚的静电成像技术

 

　　发展渊源

 

　　静电成像技术是在印刷行业应用最早的数字印刷技术，根据有关资料显示，这种技术是二十世纪三、四十年代，由美国人切斯特·卡尔森（Chester Carlson）发明并获得专利，他以此技术创立的企业，后来发展成为数字印刷领域大名鼎鼎的施乐公司。其实最初施乐公司的设备主要用于复印和打印，中国标准出版社印刷厂引进的首台施乐数字印刷机，也是以打印机的名义引进的，不过因为这种生产型的设备过于庞大，而且又是应用在印刷领域，所以在当初进口时才被赋予了数字印刷机这样的概念。

 

　　早期的数字印刷设备制造商基本都是静电复印机的制造商，使用的是静电成像结合碳粉的技术，当时的领军企业首推施乐公司，其他的制造商还包括佳能、柯尼卡美能达、东芝等，甚至海德堡也曾经与柯达合作，开发过一款以静电成像技术为基础的数字印刷机——NEXPPRESS（现在该技术已经完全属于柯达）。时过境迁，数字印刷技术发展了30年后，施乐公司已经被富士胶片公司收购，成为了富士施乐，而东芝、京瓷等也基本退出印刷市场。

 

　　在静电成像技术发展过程中，必须提到的一个人是以色列发明家班尼·兰达。他在静电成像技术的基础上，研制成功电子油墨，即让油墨颗粒可以像碳粉那样带电荷，由此发明了独辟蹊径的Indigo数字印刷机，这项技术卖给了惠普公司，更名为惠普HP Indigo数字印刷机。由于这种印刷机的印刷效果最接近传统印刷，再加上卖给惠普公司后获得的强大宣传、销售、服务和技术支持，现在这种印刷机已经占据了数字印刷领域的统治地位。

 

　　基本原理

 

　　最早出现的静电成像技术，延续的是切斯特·卡尔森的发明，其核心是静电成像辊，也就是静电复印机、打印机中常说的硒鼓。先对静电成像辊进行清洁、充电，然后使用激光器照射成像辊，形成静电潜影。静电潜影吸附碳粉，再将碳粉转印到承印材料上，经过高温固化形成印刷图像。之后周而复始，重新进行清洁、充电、形成静电潜影、吸附碳粉、转印的过程。

 

　　HP Indigo数字印刷机的原理与之类似，但是碳粉变成了可以充电的液体油墨，并且增加了橡皮布转印的过程，而静电成像辊被更名为Pip，即感光成像版。Pip承担着静电成像辊同样的作用，清洁、充电、形成静电潜影、吸附电子油墨，之后电子油墨被转印到加热的橡皮布上而不是直接转印到承印材料上；油墨在橡皮布上干燥，形成图像再加压转印到承印材料上，形成承印材料上的印刷图像。需要说明的是，虽然借助橡皮布转印的技术是由班尼·兰达发明并首先应用在Indigo印刷机上的，但是目前包括富士施乐的一些数字印刷设备，也采用了与之类似的橡胶转印带技术，所以现在HP Indigo与其他制造商的最大不同，突出体现在了液体电子油墨上。

 

　　技术特点

 

　　静电成像技术整体的优势在于发展时间长，技术稳定性高，而且进入印刷行业较早，认可程度高；缺点是技术复杂，知识产权壁垒多，设备制造门槛高，设备运行成本高，耗材不通用。

 

　　最初的静电成像技术，碳粉的固化定影需要先使碳粉融化，因此其温度非常高。这也限制了这种技术在一些对热敏感的材料上的应用。同时，碳粉对承印材料也有一定的要求，在一些材料表面无法很好地附着。为了让静电成像技术在印刷领域获得更好的应用，设备制造商在碳粉开发和降低定影温度方面也是绞尽了脑汁。像赛康公司推出的ICE碳粉技术，就是采用把原来的单纯碳粉，加入了树脂材料，从而大幅度降低了固化稳定。富士施乐开发的EA复合碳粉，也是采用了类似的原理。而惠普的HP Indigo由于是液体油墨且增加了橡皮布转印过程，所以在温度方面所受限制较少。

 

　　静电成像技术由于每家的技术并不完全相同，表现在耗材上就是完全不能通用，如果没有原厂供应的墨粉，数字印刷机就等于是一堆废铁，这也导致了静电成像技术运行成本的居高不下。

 

　　主要供应商

 

　　目前，印刷行业主要的静电成像技术制造商，包括使用电子油墨的惠普HP Indigo、沿用碳粉技术的富士施乐和采用独立研发的干墨粉技术（其墨粉看似液体，实际仍然是墨粉，而不是墨水）的赛康（XEIKON）。而在标签印刷领域，应用最为广泛的，主要是惠普HP Indigo、赛康和柯尼卡美能达。在商业印刷领域风生水起的富士施乐，在标签印刷领域的动静反而不大。另外，像麦安迪这样原来生产柔性版印刷机的企业，在进军数字印刷领域后，也推出自己的基于静电成像技术的数字印刷机。此前，国内在这方面一直是空白，直到宁波沃瑞的出现，才改变了这种局面。

 

　　现在风生水起的喷墨成像技术

 

　　不同的喷墨成像原理

 

　　喷墨成像技术最早，喷墨技术在印刷行业最早的切入点是数码打样，但是随着静电成像技术以数字印刷技术的名头在印刷行业闯出名气，喷墨成像技术制造商也开始借用数字印刷的名义闯市场，毕竟之前用于宣传数字印刷的“从计算机直接到纸张”，用喷墨技术也是完全可以实现的。

 

　　从成像原理上区分，喷墨成像技术分为连续喷墨和按需喷墨这两种不同的形式。前者的墨滴始终在喷出，成像需要的墨滴最终带上电荷实现偏转，最终到达承印材料，而不需要的墨滴在喷出后不带电荷，因此无法到达承印材料，最终进入回收系统收回墨盒。而按需喷墨则是根据印刷图像的需要喷出墨滴，最新的技术甚至可以结合图像要求，喷出大小不同的墨滴，从而提高印刷速度。

 

　　按需喷墨的喷墨头，按照工作原理，又分为微压电式和热泡式两种。不过目前在印刷行业应用的，主要是微压电技术的喷墨打印头，后者难见其踪。另外，随着紫外光固化技术的发展，适合UV固化技术的墨水出现，而喷墨头的制造商也随之进行相应改变，开发出了适合UV墨水的喷墨打印头，从而形成了喷墨领域的水性和UV两大体系。

 

　　需要说明的是，虽然墨水可以分为溶剂型、水性颜料型、水性染料型和UV固化型等，但是前三者对喷墨头的要求基本一致，只有UV固化型墨水，由于其不含任何溶剂，导致粘稠度过高，因此对喷墨头提出了新的挑战。

 

　　喷墨成像技术中的一个另类是班尼·兰达创建的澜达公司（Landa），该公司采用的喷墨头技术来自何方无从知晓，其最大的特点不是喷墨头，而是墨水和橡皮布转印技术。该公司的墨水是号称采用了纳米级颜料生产的，所以其技术在宣传时也称为纳米印刷（Nanographic Printing），而其先喷墨到橡皮布上，再将固化的图案转印到承印材料上的技术，与其在Indigo数字印刷机上使用的基本技术原理如出一辙。

 

　　主要供应商

 

　　目前，采用连续喷墨技术的数字印刷机，主要的供应商只有一家，就是柯达公司，而柯达的鼎盛系列是业界能够见到的唯一采用连续喷墨技术的数字印刷设备。

 

　　现在，按需喷墨数字印刷设备的供应商多如牛毛，但是喷墨头技术却只掌握在全球不足10家制造商手中，这些制造商包括英国的赛尔（Xaar）、多米诺（Domino），美国的Memjet，日本的爱普生、京瓷、柯尼卡美能达、理光和富士胶片（FujiFilm Dimatix，产品品牌Samba）等。喷墨数字印刷机制造商的喷墨头全部出自这些喷墨头制造商，而设备制造商所做的主要工作，只是设备结构设计、工程制造、电气配套和系统集成。