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，因此對其產(chǎn)生了濃厚的興趣。通過多方面資料的閱讀，筆者對無墨印刷技術(shù)有了一定的認識，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，當這些感光呈色材料曝光于合適的能量源（如激光）之下時，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。

無墨印刷機的核心部件

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

這個裝置包括3個打印頭（即打印頭1、打印頭2和打印頭3），每個打印頭都是輻射源，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）。每個打印頭中都有獨立的發(fā)射器，可以單獨尋址，并且可以經(jīng)由驅(qū)動放大器通過微處理器單獨控制。

控制系統(tǒng)是整個基板標記裝置的核心部件，用于控制輻射機構(gòu)，包括微處理器和驅(qū)動放大器。輻射源可以由微處理器直接控制或者經(jīng)由一個或多個驅(qū)動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)換為針對每個打印頭的一系列發(fā)射指令，每個打印頭中獨立的發(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或區(qū)域，同時確定每個打印頭各個發(fā)射器所需要的照射持續(xù)時間和/或強度，從而使基板上的每個點或區(qū)域的顏色變?yōu)榕c每個圖像的顏色相匹配的顏色。

每個打印頭陣列中的獨立發(fā)射器都有專用的輻射導(dǎo)向機構(gòu)。該導(dǎo)向機構(gòu)使每個發(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。該輻射導(dǎo)向機構(gòu)由適合于每個發(fā)射器的一個或多個透鏡和/或一個或多個光導(dǎo)纖維組成。

微處理器能進一步操控基板相對于每個打印頭的移動。這種運動可以是單方向進行或多方向進行。通常，基板按圖1箭頭指示的方向單方向運動，即從打印頭1照射的位置移動到打印頭2照射的位置，再移動到打印頭3照射的位置。除了基板可以運動之外，打印頭也可以運動。例如，打印頭的寬度比基板的寬度小時，打印頭可沿垂直于圖1中的箭頭方向移動。

在整個運動過程中，基板按順序依次被每個打印頭中發(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。

由于每個打印頭的發(fā)射器可以單獨控制，因此基板每個區(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打印頭形成的輻射點的大小決定，形成的點越小，分辨率越高。

對無墨印刷技術(shù)的感悟

無墨印刷技術(shù)采用了先進的科學(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輻射光源，發(fā)出兩種不同波長的輻射，也可以有兩個或多個輻射光源。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)出的照射點可以很小，因此無墨印刷技術(shù)可以達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現(xiàn)的。

無墨印刷技術(shù)的難點應(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。只有這種基板當接觸到特定的能源（如激光）時，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于每個打印頭的運動，使基板的各個照射區(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?，無墨印刷對基板的要求很高，這無疑會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，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可的關(guān)鍵。