揭秘?zé)o墨印刷新技術(shù)

張桂蘭

無論何種印刷方式都離不開油墨，這已經(jīng)成為人們的固有觀念，而無墨印刷技術(shù)無疑將打破這一觀念，如果真能夠?qū)崿F(xiàn)，這必將成為一種新型的印刷技術(shù)。業(yè)界曾經(jīng)出現(xiàn)過有關(guān)無墨印刷技術(shù)的介紹，筆者最近在查閱專利的過程中，又發(fā)現(xiàn)了有關(guān)“無墨印刷設(shè)備”的專利，因此對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的興趣。通過多方面資料的閱讀，筆者對(duì)無墨印刷技術(shù)有了一定的認(rèn)識(shí)，在此拋磚引玉，以便大家共同探討。

“無墨印刷設(shè)備”專利

2011年7月27日，歐洲專利局發(fā)布了編號(hào)為“GB 2477139（A）”的“無墨印刷設(shè)備”專利，發(fā)明人為大不列顛的WYRES CHRISTOPHER ANTHONY、WALKER MARTIN ROBERT、JARVIS ANTHONY N、CRIDLAND JOHN。該專利中無墨印刷采用干式工藝，打印圖像時(shí)不需要墨粉、墨水等成像材料，但是需要使用特定的承印材料——基板，其上要含有諸如聯(lián)乙炔之類的感光呈色材料，當(dāng)這些感光呈色材料曝光于合適的能量源（如激光）之下時(shí)，很容易改變顏色。為了打印所需的圖像，應(yīng)讓激光束選擇性的直接照射向基板的不同區(qū)域，從而使基板產(chǎn)生從無色到任意色彩的變化。

作為承印材料的基板包括底基層和感光呈色層。感光呈色層可以是在聯(lián)乙炔材料中摻入紅外（IR）光譜/近紅外（NIR）光譜吸收材料，或者是將聯(lián)乙炔材料置于紅外（IR）光譜/近紅外（NIR）光譜吸收材料之上。

無墨印刷機(jī)的核心部件

該無墨印刷機(jī)的核心部件為基板標(biāo)記裝置，其主要由輻射源和控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。

這個(gè)裝置包括3個(gè)打印頭（即打印頭1、打印頭2和打印頭3），每個(gè)打印頭都是輻射源，用于發(fā)射不同波長的輻射光。其中打印頭1和打印頭3可由紅外（IR）輻射/近紅外（NIR）輻射發(fā)射器陣列組成，也可由熱敏接觸式打印頭組成，提供第一波長的輻射。熱輻射可以具有寬的光譜或被限制在特定的頻率范圍內(nèi)，合適的熱輻射發(fā)射器包括但不限于：紅外（IR）/近紅外（NIR）激光器、紅外（IR）/近紅外（NIR）發(fā)光二極管（LEDs）、電阻性或電感性加熱元件。而打印頭2由紫外線（UV）發(fā)射器陣列組成，提供第二波長的輻射，合適的紫外線（UV）發(fā)射器包括但不限于：UV激光器、UV發(fā)光二極管（LEDs）、UV燈（如汞燈或氘燈）。每個(gè)打印頭中都有獨(dú)立的發(fā)射器，可以單獨(dú)尋址，并且可以經(jīng)由驅(qū)動(dòng)放大器通過微處理器單獨(dú)控制。

控制系統(tǒng)是整個(gè)基板標(biāo)記裝置的核心部件，用于控制輻射機(jī)構(gòu)，包括微處理器和驅(qū)動(dòng)放大器。輻射源可以由微處理器直接控制或者經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)放大器受微處理器控制。

無墨印刷的工作原理

在無墨印刷中，控制系統(tǒng)采集數(shù)字文件信息，微處理器將這些數(shù)字文件信息轉(zhuǎn)換為針對(duì)每個(gè)打印頭的一系列發(fā)射指令，每個(gè)打印頭中獨(dú)立的發(fā)射器便接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)指令，使數(shù)字文件中的特定像素映像到基板特定的點(diǎn)或區(qū)域，同時(shí)確定每個(gè)打印頭各個(gè)發(fā)射器所需要的照射持續(xù)時(shí)間和/或強(qiáng)度，從而使基板上的每個(gè)點(diǎn)或區(qū)域的顏色變?yōu)榕c每個(gè)圖像的顏色相匹配的顏色。

每個(gè)打印頭陣列中的獨(dú)立發(fā)射器都有專用的輻射導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。該導(dǎo)向機(jī)構(gòu)使每個(gè)發(fā)射器發(fā)出的輻射光在基板表面形成特定的連續(xù)或不連續(xù)的照射點(diǎn)。該輻射導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由適合于每個(gè)發(fā)射器的一個(gè)或多個(gè)透鏡和/或一個(gè)或多個(gè)光導(dǎo)纖維組成。

微處理器能進(jìn)一步操控基板相對(duì)于每個(gè)打印頭的移動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)可以是單方向進(jìn)行或多方向進(jìn)行。通常，基板按圖1箭頭指示的方向單方向運(yùn)動(dòng)，即從打印頭1照射的位置移動(dòng)到打印頭2照射的位置，再移動(dòng)到打印頭3照射的位置。除了基板可以運(yùn)動(dòng)之外，打印頭也可以運(yùn)動(dòng)。例如，打印頭的寬度比基板的寬度小時(shí)，打印頭可沿垂直于圖1中的箭頭方向移動(dòng)。

在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，基板按順序依次被每個(gè)打印頭中發(fā)射器發(fā)出的輻射光照射。首先，打印頭1發(fā)射的紅外（IR）/近紅外（NIR）光被基板對(duì)應(yīng)區(qū)域材料吸收，隨之該區(qū)域基板溫度升高，使該區(qū)域聯(lián)乙炔材料從低反應(yīng)狀態(tài)激活到高活性狀態(tài)。隨后，基板在來自打印頭2的UV光下曝光，引起聯(lián)乙炔材料的起始聚合和變色。顏色變化的情況取決于照射區(qū)域的曝光情況。最后由打印頭3發(fā)射的紅外（IR）/近紅外（NIR）光進(jìn)一步照射，完成聯(lián)乙炔材料的構(gòu)象變化。合理順序的熱輻射和UV輻射，最終使基板產(chǎn)生從無色到任意色彩的變化。

由于每個(gè)打印頭的發(fā)射器可以單獨(dú)控制，因此基板每個(gè)區(qū)域的具體照射序列可被多樣化控制，從而形成彩色圖像。在這種情況下形成的圖像其分辨率將由每個(gè)打印頭形成的輻射點(diǎn)的大小決定，形成的點(diǎn)越小，分辨率越高。

對(duì)無墨印刷技術(shù)的感悟

無墨印刷技術(shù)采用了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，用激光、電子等手段取代傳統(tǒng)的油墨、紙張，這是對(duì)傳統(tǒng)印刷的一種創(chuàng)新與發(fā)展。

從輻射光源的角度來看，無墨印刷可以只有一個(gè)輻射光源，發(fā)出兩種不同波長的輻射，也可以有兩個(gè)或多個(gè)輻射光源。在顏色形成過程中，本裝置采用了熱輻射和UV輻射兩種輻射光源，其中第一熱輻射光源用以激活基板期望被標(biāo)記的區(qū)域，其后的UV和熱輻射光源任一種或兩種都是用來引起這些區(qū)域的變色，這樣基板未被激活區(qū)域的光穩(wěn)定性將會(huì)明顯改善，也就是說，圖像質(zhì)量較以前只使用一種UV光源有明顯的提高。由于輻射光源發(fā)出的照射點(diǎn)可以很小，因此無墨印刷技術(shù)可以達(dá)到很高的圖像分辨率。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，采用輻射光源是很容易實(shí)現(xiàn)的。

無墨印刷技術(shù)的難點(diǎn)應(yīng)該是基板問題，基板必須由感光呈色材料組成，或者在基板上填加諸如聯(lián)乙炔之類的感光呈色材料。只有這種基板當(dāng)接觸到特定的能源（如激光）時(shí)，才能很容易地改變顏色。為了形成所需要的圖像，微處理器要掌控基板相對(duì)于每個(gè)打印頭的運(yùn)動(dòng)，使基板的各個(gè)照射區(qū)域有選擇性地曝光，這樣照射區(qū)域的連續(xù)色彩變化才能形成圖像?？梢姡瑹o墨印刷對(duì)基板的要求很高，這無疑會(huì)提高無墨印刷的成本。前些年沒有在市場上站住腳的一次成像照相機(jī)，正是由于其感光呈色材料成本較高，致使其很快走向衰亡。因此，無墨印刷能否得到發(fā)展，關(guān)鍵取決于基板的成本，這是其能否得到市場認(rèn)可的關(guān)鍵。