Как струйная УФ-печать разрушает традиции *

Традиционные методы печати (например, тампопечать и трафаретная печать) отличаются от цифровой струйной печати принципиально. Примерно настолько, насколько, скажем, отличаются два легковых автомобиля: культовый «Шевроле Камаро» модели 1969 г. и электромобиль «Тесла» 2014 г. Обе модели — легковые автомобили, и обе могут доставить человека в пункт назначения, но принципы их работы и стоимость их эксплуатации значительно отличаются. При традиционной печати нанесение краски на запечатываемую поверхность происходит за счёт непосредственного контакта поверхности с носителем — тампоном, трафаретной печатной формой, офсетным цилиндром и т. д. При струйной печати чернил переносятся на материал без такого механического контакта: между соплами печатающей головки и запечатываемым материалом остается зазор. Поэтому уже не нужны тампоны, трафаретные и офсетные формы, штампы, шрифты для ручного набора. Традиционные виды печати всегда были механическим процессом, а струйная печать — процесс компьютеризированный. Самое большое преимущество цифровых процессов печати перед традиционными аналоговыми способами — возможность смены репродуцируемого изображения одним щелчком мыши. При этом пропадает необходимость в замене трафаретных и офсетных форм, тампонов при переходе от одной краски к другой, а также в приладке. Для компаний, печатающих малые тиражи или переменную/персонифицированную информацию, это даёт колоссальную экономию времени.

Чернила: адгезия и качество печати

Традиционные технологии печати применяются уже много лет, и здесь накоплен богатый опыт. Были исследованы возможности печатью красками на различных материалах, поэтому хорошо известно, что нужно для каждой конкретной ситуации: предварительная обработка поверхности материала, типы красок, добавки, послепечатные процессы и т. д. А цифровая струйная УФ-печать (печать УФ-отверждаемыми чернилами) развивается быстро, и опыт её применения ещё невелик. Удачные образцы белых кроющих чернил, которыми запечатывается цветной материал для последующей печати поверх триадными чернилами, появились только в течение последнего десятилетия. Кроме того, состав белых чернил постоянно дорабатывают для улучшения их адгезии к различным материалам, лучшего связывания с триадными чернилами, а также повышения их непрозрачности.

Традиционные «аналоговые» печатные краски и используемые в цифровой печати УФ-чернила отличаются во многих отношениях. Для красок, используемых в тампо- или трафаретной печати, основное значение всегда имели их адгезия и время высыхания. Определённые материалы, например, полимеры на основе олефинов, требуют предварительной обработки, создающей необходимое поверхностное натяжение для нужного уровня адгезии. Иногда статическая электризация или загрязнение поверхности влияют на свойства красок, что требует некоторых компенсирующих подстроек. Ещё один фактор, важный при печати сольвентными чернилами, — их вязкость, а также то, как на вязкость влияют условия окружающей среды в месте печати. Но вязкость чернил можно легко регулировать.

В отличие от красок, применяемых в традиционной тампонной/трафаретной печати, для УФ-отверждаемых чернил в цифровой печати имеет значение не только адгезия: для высокого качества печати необходима и достаточная смачиваемость поверхности (связанная с поверхностным натяжением). Достаточное увлажнение при печати обеспечивает чёткий, гладкий, качественный отпечаток. Если частицы чернил/краски оказываются под действием повышенного поверхностного натяжения, статического электричества или загрязнения, они скатываются в шарики, и изображение получается зернистым. Вязкость чернил при струйной печати контролируют, регулируя их температуру, а в «аналоговые» краски с этой целью вводят добавки-разжижители. Необходимо учитывать влияние факторов окружающей среды на систему подачи краски/чернил при всех видах печати; контроль влажности и температуры имеет очень большое значение для обеспечения качества как струйной печати, так и других, «старых» видов печати.

Технологии декорирования: сравнение струйной УФ-печати с традиционными аналоговыми методами.

Один из факторов, влияющих на величину адгезии, — загрязнение запечатываемой поверхности. Недавно мы столкнулись с ситуацией: при струйной печати не обеспечивалось необходимой адгезии ни с одними из использованных чернил, даже несмотря на многочисленные операции предварительной подготовки поверхности. Продукт, на котором нужно было печатать, был из прозрачного пластика с частичным покрытием из термопластичного эластомера. Прозрачный пластик в месте нанесения чернил оказался загрязнён следами термопластичного эластомера, нанесённого по технологическим соображениям. Проблему решили простой протиркой запечатываемой поверхности изопропиловым спиртом.

Другая проблема, с которой столкнулись недавно, была вызвана выделением масел из пластика, что нарушало адгезию. Изделия перед печатью прошли необходимую предварительную обработку, и первоначальные результаты печати были великолепными. Запечатанные изделия отправили заказчику в качестве образцов для утверждения, и за время транспортировки уровень адгезии изменился. К моменту доставки изделий на территорию заказчика чернила с них просто стирались. Мы установили, что причина была в выделении масел из пластика, что нарушало сцепление чернил с поверхностью.

Цветовой охват

При использовании цифровых чернил CMYK + Lc (светло-голубой) + Lm (светло-пурпурный) необходимо помнить о том, что есть определённые трудности и ограничения при «попадании в цвет». Крупные компании чётко указывают свои фирменные цвета. При традиционных видах печати эти цвета легко получают, смешивая краски перед печатью (т. е. используя заказные краски). Заказные краски (смесевые) в цифровых печатающих устройствах используются очень редко: они чрезмерно дороги, требуют много времени для получения, и очень трудно (а иногда и невозможно) сменить обычные чернила на заказные — нужно промывать систему подачи чернил, не загрязняя при этом «новый» цвет «старым». Обычно с помощью стандартных цифровых чернил CMYK можно воспроизвести только 30–40% цветов из системы Pantone (Pantone Matching System, PMS). Таким образом, значительная доля фирменных цветов, независимо от того, указал ли владелец бренда цвет по системе Pantone или нет, не попадает в цветовой охват цифровой печати. Большинство владельцев брендов знают об этих ограничениях, понимают, что идеально передать некоторые насыщенные цвета при цифровой печати невозможно, поэтому довольствуются достаточно близкими цветами из цветового охвата печатающего устройства. Если при коммерческой печати заказчик требует точной передачи цветов, можно рассмотреть вопрос об использовании дополнительных чернил/красок, но эти чернила обойдутся дороже, чем стандартные чернила CMYK.

Так называемые Hifi-системы, использующие большее количество красок/чернил (например, CMYKOGV, т. е. CMYK + оранжевый + зелёный + фиолетовый), обеспечивают намного более широкий цветовой охват. Но и в этом случае удаётся точно передать только около 80% цветов Pantone. Но это узкоспециализированные чернила, и они совместимы не со всеми печатающими головками и не со всеми процессами печати. С помощью широко доступных на рынке комплектов УФ-отверждаемых чернил CMYK + светло-голубой + светло-пурпурный можно передать 55–65% цветов из системы Pantone Matching System (PMS), но, заметим ещё раз, шестицветный принтер обходится значительно дороже, чем четырёхцветный (требуется больше головок или головки большего размера, больше модулей управления подачей чернил, больше электронных компонентов и т. д.). В растровый процессор (RIP) некоторых моделей цифрового печатающего оборудования встроены инструменты цветокоррекции, схожие с инструментами Photoshop; они позволяют корректировать цвет отпечатков «на лету». Эти корректирующие настройки можно сохранять и использовать с другими аналогичными работами.

Светодиодное отверждение чернил

УФ-отверждаемые краски используются и в других печатных процессах, например, в тампопечати и в трафаретной печати, но всё же в большинстве случаев краску закрепляют термически, путём пропускания запечатанного материала через нагревательную секцию, в которой полностью испаряется растворитель, входящий в состав краски. При тампонной печати краски наносятся «по сырому». Растворитель (хотя это и зависит от чернил и запечатываемого материала) обычно испаряется из отпечатка за несколько секунд, и отпечаток можно использовать почти сразу же после печати. Первоначально УФ-отверждаемые чернила были предназначены для закрепления дуговыми лампами высокого давления. Это был непрерывный процесс (с процессом печати), а время закрепления/отверждения определяли как время, которое отпечаток должен провести под лампой. При этом всегда приходилось учитывать необходимость охлаждения ламп.

Внедрение в практику чернил светодиодного УФ-отверждения дало много преимуществ. Стоимость эксплуатации систем печати значительно снизилась; исчезли сложные и дорогостоящие системы охлаждения ламп; больше нет проблемы озона, создававшегося дуговыми лампами высокого давления, а значит, не нужны и системы нейтрализации озона на выходе из устройства печати. Появление новых источников отверждения принесло и свои проблемы, требующие решения. Состояние и характеристики светодиодных источников УФ-отверждения не меняются со временем, поэтому нет необходимости со временем проверять, достаточно ли эффективно светодиоды фиксируют чернила. При использовании источников нового типа нужно решить ряд вопросов: для каждого типа запечатываемого материала необходимо подобрать правильную скорость сушки/закрепления и оптимальную мощность источников. Необходимо также подобрать расстояние между запечатанной поверхностью и светодиодами, обеспечивающее хорошее высушивание отпечатка, хорошую адгезию и закрепление чернил.

Форма запечатываемой поверхности и особенности конкретных запечатываемых материалов

Тампопечать считается идеальным решением для печати на изделиях сложной формы с сопряжёнными криволинейными поверхностями. Перенос красочного изображения с помощью силиконового тампона — метод, проверенный десятилетиями. Он обеспечивает отличную точность и повторяемость печати. Если требуется печатать изображение сложного рисунка на поверхности сложной формы, в него можно внести предыскажения, компенсирующие искажение (растягивание) тампона при контакте со сложной поверхностью. Этот метод печати обеспечивает хорошую непрозрачность рисунка даже на тёмных поверхностях. Печатные формы можно делать многоуровневыми, обеспечивающими нанесение дополнительных красок, и использовать тампоны разной жёсткости, что улучшает качество нанесение изображения.

Цифровая струйная печать отличается от тампонной: существует ограничение на максимальный зазор между головкой и поверхностью. Чем больший путь пролетает капля чернил от сопла головки до запечатываемой поверхности, тем ниже итоговое разрешение печати. Для большинства головок струйной цифровой печати оптимальный зазор между головкой и поверхностью — не более 1,4 мм. При печати на слегка искривлённой поверхности необходимо учитывать размер чернильного пятна, разрешение, время полёта чернил от сопла к поверхности, а также скорость полёта чернил. Системы струйной печати изначально были разработаны для нанесения изображения на гладкую плоскую поверхность. Сейчас развивается технология струйной печати на криволинейных поверхностях, с большим зазором между головкой и поверхностью. Для этого оптимизируют скорость печати, скорость/время светодиодного УФ-отверждения чернил и используют метод изолированной турбулентности воздуха.

При струйной печати невозможно сменить один набор чернил на другой без продолжительной промывки головок или без замены линий подачи чернил и фильтров. Поэтому необходимо рассмотреть все материалы, на которых хочет печатать заказчик, провести испытания разных чернил на адгезию к этим материалам и выбрать наилучшие чернила. У различных производителей печатных головок есть свои рекомендуемые чернила, и важно следовать этим рекомендациям.

От старого механического к новому высокотехнологичному: трудности перехода

Итак, насколько трудно отказаться от традиционных технологий оформления продукта и войти в «цифровой век»? Можно ли легко обучить оператора традиционного оборудования технологиям цифровой печати?

Новая технология требует совсем других навыков. Снова вернёмся к «автомобильной» аналогии «Шевроле Камаро-1969/Тесла-2014». Чтобы поддерживать «Камаро» в хорошем состоянии, нужно хорошо обращаться с гаечными ключами. А при техобслуживании «Теслы» в техцентре её подключают к компьютеру для того, чтобы выполнить диагностику и провести необходимые регулировки. Новые цифровые системы струйной печати требуют от оператора компьютерной грамотности и совсем не тех навыков, которые требовались оператору традиционного аналогового оборудования. Подобно механику при техобслуживании «Теслы», оператор цифровой печати вводит данные через компьютер, а цветопередачу настраивает программно, через растровый процессор (RIP). Оператор новой цифровой системы струйной печати должен понимать всю последовательность процессов, объединяемых термином «управление цветом». Такому оператору не обязательно иметь высшее образование, но ему неплохо бы знать основные принципы работы устройства, чтобы быть в состоянии выявлять и устранять проблемы, которые могут возникнуть. В струйной печати намного больше подводных камней. При эксплуатации и техническом обслуживании традиционного аналогового оборудования используют чёткие процедуры и инструкции, проверенные временем. Можно ли переобучить «традиционного» настройщика-оператора под устройства цифровой печати? Да, конечно, можно. Но всё же мы рекомендуем поручать эту работу человеку прежде всего компьютерно грамотному, в некоторой степени знакомому с вопросами цифровой обработки графики.

Анализ затрат: сравнение цифрового струйного и традиционного аналогового оборудования

Какова стоимость цифровой струйной печати по сравнению с аналоговой печатью? Когда потенциальные покупатели спрашивают нас о стоимости печати в пересчёте на одно запечатанное изделие, мы приводим им расчёты на основе стоимости расходных материалов. В случае тампопечати нужно взять стоимость краски, израсходованной на печать отдельного тиража, умножить на коэффициент потерь краски и определить стоимость краски на один отпечаток. Расходы на тампон тоже легко подсчитать: нужно разделить стоимость тампона на его ресурс (количество отпечатков). Можно подсчитать и эксплуатационные расходы на единицу продукции на основании производительности (отпечатков в час), времени настройки, времени на переход от одного заказа к другому, времени промывки и чистки.

При расчёте стоимости цифровой струйной печати учитывают, главным образом, стоимость израсходованных чернил. Компьютер, управляющий системой, может автоматически рассчитать потребление чернил и вывести стоимость чернил на единицу продукции. Переход от печати одной работы к печати другой происходит практически мгновенно. Готовое задание для печати можно передать в систему с внешнего USB-накопителя или по локальной сети. Хотелось бы отметить: системы цифровой печати могут обслуживаться дистанционно, через интернет. Это намного удобнее, чем вызывать специалиста.

Взвешиваем «за» и «против»

При выборе между традиционным аналоговым печатным оборудованием и новыми цифровыми системами струйной печати нужно оценить достоинства и недостатки всех вариантов, ответив на следующие вопросы:

Как часто нужно переключаться от печати одной работы к печати другой? При струйной печати переход к другому изображению/работе — практически мгновенный.

Какова требуемая производительность? И аналоговые, и цифровые печатные устройства могут быть высокопроизводительными. Но необходимо учитывать и влияние времени перехода от одной работы к другой на итоговую производительность. Производители головок устройств струйной печати постоянно совершенствуют их конструкцию, обеспечивая всё большие разрешение и производительность.

Каковы требования к цветопередаче? Можно ли передать все «фирменные» цвета стандартными чернилами CMYK?

Какова стоимость оборудования? Хотелось бы ещё раз подчеркнуть: нужно учитывать не только расходы на приобретение и пусконаладку цифрового или аналогового оборудования, но и эксплуатационные расходы.

Каковы дополнительные преимущества от возможности персонализации печатаемых данных и/или от автоматического отслеживания выполнения работ, которые обеспечивает новое цифровое оборудование струйной печати? Потенциальные возможности цифровых систем струйной печати сейчас только начинают раскрываться и обещают революцию в том, как упаковка товаров медицинской, фармацевтической и электронной промышленности теперь поможет отслеживать происхождение товаров и выявлять подделки (которые сегодня вызывают всё бóльшую озабоченность).

Каким персоналом вы располагаете? Для настройки и технического обслуживания сложных систем струйной печати может потребоваться более высокооплачиваемый специалист.

Сколько вы тратите на дорогие расходные материалы? Вы меняете формы каждый день?

Сделайте шаг из «зоны комфорта». Откройте для себя новое, то, что может упростить ваш бизнес и повысить его эффективность.

Об авторе: Тим Скалли получил диплом бакалавра искусств по специальности «история» Университета штата Нью-Йорк в Кортланде (SUNY Cortland). С 2003 г. он выполняет услуги по дизайну и проектированию для компании Pad Print Machinery of Vermont (современное название — Engineered Printing Solutions). Специализируется на оценке существующих методов декорирования и печати и на представлении новых концепций и проектов, повышающих эффективность технологических процессов и снижающих стоимость работ для заказчика. Технологии струйной печати создали новые возможности для достижения большей производительности при меньших затратах.

* Журнал SGIA Journal, Сентябрь/октябрь 2014 г. Публикуется с разрешения ассоциации SGIA, (с) 2014.