Цифровий друк — це процес, в якому для друку використовуються пристрої з прямим нанесенням тонера або фарби, а для виводу використовуються комп'ютерні електронні файли.
Визначення цифрового друку: еволюція
До такого визначення дослідники дійшли не відразу.
На початку 2000-х розглядалися два базові різновиди цифрового друку:
Друк зі змінною друкарською формою — Computer-to-Print (комп'ютер-відбиток), до якого відносили пристрої:
електрофотографії/електрографії/магнітографії;
струменевого друку;
елкографії.
У класичному розумінні цифровий друк — «безконтактний», АЛЕ також цим терміном позначали і гібридні пристрої, в яких друк проводився з використанням прямої (постійної/непостійної) друкарської форми.
У всіх подібних машин — одна спільна риса: на відміну від «динамічного» цифрового друку, друкарська форма є «статичною» і від відбитка до відбитка не оновлюється.
Існували дві концепції побудови «гібридних» цифрових друкарських машин. Перша реалізована в машинах DICOweb фірми MAN Roland, в яких нанесене лазером на термосублімаційну стрічку зображення переносилося на циліндр, термозакріплювалося, а після друку видалялося за допомогою полотна і спеціальної рідини. Швидка цифрова зміна замовлення (Digital Change Over, DICO) займала кілька хвилин.
Інша концепція втілилася в групі машин технології DI, оснащених блоками експонування пластин безпосередньо в машині — їх виробляли Heidelberg, Adast, KBA/Scitex, Komori, Ryobi, Sakurai та ін.
Сьогодні цифровий друк можна визначити як сукупність технологій, де для кожного відбитка генеруються нові друкарські форми (віртуальні або тимчасові).
«Віртуальні» друкарські форми існують лише у вигляді файлового запису та використовуються у струменевих та термосублімаційних технологіях.
Тимчасові друкарські форми у вигляді зарядового запису на електромагнітному носії використовують в електрографії, іонографії, магнітографії.
З історії цифрового друку
1833 — Фелікс Саварт виявив і констатував однотипність утворення крапель рідини, що випускається через вузький отвір. математичний опис цього явища було проведено 1878 р. лордом Рейлі (згодом отримав Нобелівську премію).
Відео: Перший принтер Difference Engine, винайдений Чарльзом Бебіджем, так і не був створений, але саме він доводить тісний еволюційний зв'язок між принтерами та друкарськими машинками. Цей агрегат був відновлений за кресленнями винахідника 150 років потому у Музеї науки в Лондоні. Принтер важив 2,5 тонни та складався з 4000 частин. Його конструкція була настільки складною, що на складання апарату пішло десять років.
22 жовтня 1938 р. — Честер Карлсон отримав перший «електрофотографічний» відбиток, цей винахід назвали «ксерографією».
1948 — компанія Haloid (пізніше Xerox) випустила у світ першу серію копіювальних апаратів Xerox Model A Copy Machine.
1951 р. — розроблено теоретичні основи струминного друку. Siemens запатентувала робочий пристрій, здатний розділяти струмінь на однотипні краплі.
Винахід призвів до створення мінгографа, одного з перших комерційних самописців, які використовуються для реєстрації значень напруги.
1953 — для комп'ютера Univac в корпорації Remington-Rand створений перший у світі високошвидкісний принтер, що наносить зображення через барвисту стрічку (пелюстковий принтер — прототип матричного принтера). Пристрій міг друкувати за хвилину 600 рядків по 120 символів у кожному.
1957 — Ноель де Плассе виявив, що деякі барвники здатні сублімувати, тобто переходити з твердого стану в газоподібний, минаючи рідкий (принцип сублімаційного друку).
1964 р. — Seiko Epson Corporation сконструювала унікальний механізм, який постійно друкував точний час — працював як годинник. Зображення формувалося з точок, що наносяться на папір голками через чорну або кольорову стрічку. Еволюція розробки призвела до появи реальних матричних принтерів.
1969 — Гаррі Старквезер, співробітник Xerox, довів, що зображення можна переносити на папір за допомогою лазерного променя з його подальшим ксерографічним друком.
1971 — випущений перший промисловий лазерний принтер IBM 3800.
1972 р. — закладено основи термального друку, друк цифровими носіями прямо на полотно без друкарських форм дозволив здійснювати друк на вимогу за короткий час.
1972 — Xerox розробила принтер, в якому застосовувався гелієво-неоновий газовий лазер, розташований на модифікованому копіювальному апараті. Така система забезпечила гідну якість відбитків 500 dpi, зі швидкістю 60 стор./хв.
1977 р. — перші розробки в галузі drop-on-demand — у пристрої послідовного друку символів Siemens PT-80, а також у принтері компанії Silonics, що з'явився через рік. Ці принтери використовували прообраз п'єзоелектричного друку.
1979 р. — Canon винайшла метод друку за технологією drop-on-demand, відповідно до якого краплі випускалися назовні на поверхні невеликого нагрівача, розташованого поряд із соплом і регулювалися за допомогою конденсації туманоподібних скупчень барвника. Цю технологію назвали «бульбашковий друк».
1980 — Hewlett-Packard розробила технологію, що отримала назву «термічний струменевий друк».
1984 — на ринку з'явилося рішення ThinkJet — перший комерційно успішний і відносно недорогий струменевий принтер, що забезпечує хорошу якість і роздільну здатність.
1985 — термосублімаційний друк застосовують на практиці, активно використовуючи у фотопринтерах Kodak для безпосереднього друку з камер.
1985 р. — Apple почала продаж Macintosh, який комплектувався лазерним принтером LaserWriter, що підтримує розроблену в Xerox технологію PostScript.
1987 — компанією OKI був випущений перший світлодіодний принтер (в 1998 компанія розробила перший кольоровий світлодіодний принтер).
1995 р. — Indigo, придбана Hewlett Packard представила свої розробки на виставці drupа 1995. Компанія об'єднала електрографію та офсетний принцип перенесення зображення (електрографія через друге перенесення — через офсетне полотно).
1996 — розроблена технологія друку Micro Dry (суть полягає в тому, щоб наносити твердий барвник прямо на носій).
2012 р. — на drupa 2012 вперше представлені нанографічні ЦДМ.
2012-2017 рр. — Збільшення форматів цифрових друкарських машин. На ринку представлені кілька популярних рішень у форматі В2: Fujifilm JetPress 720S, Kodak Prosper, HP 12000, Xerox Trivor 2400, Konica Minolta KM-1 (В2+ AccurioJet KM-1).
На drupa 2016 виробники обладнання показали концепти цифрового друку у форматі В1: струменеві, УФ, нанографічні.
Технології цифрового друку
Електрографія
Суть принципу електрографії (сухого електростатичного перенесення): джерело світла світить на попередньо заряджену поверхню світлочутливого валу (фотобарабана). На місцях, де потрапило світло, змінюється заряд і до цих місць притягується тонер. Потім тонер перетягується електростатикою на папір, та потрапляє в пічку, де закріплюється, під впливом високої температури та тиску.
Джерела світла, що використовуються у пристроях з такою технологією:
промінь лазера (принтери з таким принципом засвічення світлочутливого валу стали називатися лазерними принтерами).
Рисунок 1. Принцип лазерного друку
Світлодіодна лінійка, що складається з множини (від 2,5 до 10 тис.) світлодіодів, розміщених у ряд уздовж усієї довжини світлочутливого валу.
Засвітлення одного рядка у світлодіодному принтері відбувається одночасно: за командою контролера. Ті світлодіоди, під якими на світлочутливому валу має з'явитися точка зображення, спалахують, інші — ні. Ряди точок при обертанні фотобарабану також формують на ньому електростатичне зображення, яке потім проявляється тонером і переноситься на папір, де закріплюється.
Світлодіодна технологія є більш економічною і дозволяє досягти більшої швидкості друку.
В електрографії використовуються два різні способи створення повноколірного зображення: багатопрохідна та однопрохідна технологія.
Рисунок 2. Порівняння багатопрохідного та однопрохідного нанесення тонеру на поверхню в електрографському друку
У ЦДМ використовується пряма електрографія, наприклад, Xeikon (рис. 3) і електрографія через друге перенесення (HP Indigo) — рис. 4.
Рисунок 3. Пряма електрографія
Рисунок 4. Електрографія через друге перенесення
Основні переваги прямої електрографії:
немає проблем, пов'язаних з проміжним матеріалом (друге перенесення) та кліматом (герметичний корпус + контроль полотна);
відсутність рапорту;
висока адгезія тонера без необхідності праймування.
Основна перевага електрографії через друге перенесення — поєднання з офсетним принципом передачі фарби, в результаті чого досягається наближена до офсетного якість друку.
Серед недоліків технології через друге перенесення — необхідність у праймуванні матеріалів для друку, наявність рапорту.
Також технологія прямої електрографії та «сухий» тонер використовуються в малоформатних цифрових друкарських машинах оперативної поліграфії, наприклад, — Kodak Nexpress, Oce ColorStream, Xerox iGen, Konica Minolta bizhub press C1100.
Технології струменевого друку
Залежно від кількості проходів друкарських головок цифровий струменевий друк може бути багатопрохідним (використовується в широкоформатному друку) та однопрохідним.
Своєю чергою, однопрохідний струменевий друк буває безперервний (при друку зображення краплі чорнила безупинно наносяться на поверхню) і з дозуванням фарби («крапля на вимогу»), де краплі фарби формуються, а потім наносяться на поверхню відповідно до цифрового сигналу.
Є три типи безперервного струминного друку:
Технологія з використанням заряджених крапель фарби. Краплям фарби надається заряд, під дією якого вони змінюють траєкторію та спрямовуються на друкарську поверхню для отримання зображення.
Технологія з використанням незаряджених крапель фарби. Незаряджені краплі формують друковане зображення, а заряджені краплі надходять назад у систему повторного використання.
Технологія з використанням пристрою для відхилення струменя фарби. Електричному заряду піддаються абсолютно всі краплі чорнила, а нанесення крапель на зображення відбувається за допомогою автоматичного пристрою, що регулює відхилення напряму струменів фарби.
Рисунок 5. Варіанти технології «крапля на вимогу»
«Крапля на вимогу» застосовується в п'єзоелектричних пристроях і термографічних струменевих системах (бульбашковий струменевий друк з рідким і твердим чорнилом).
До п'єзоелектричних пристроїв відноситься обладнання Brother, Epson, FF Dimatix, HP, Konica Minolta, Kyocera, Oce, Panasonic, Rico, SII, TTec, Trident, Xar, Xerox. У ньому до п'єзоелектричного кристала підводиться електрична напруга, що створює надлишковий тиск у камері з чорнилом. Внаслідок тиску крапельки фарби витісняються з камери та потрапляють на друкарську поверхню).
У термографічному (бульбашковому) струменевому друку з рідким чорнилом (в обладнанні Canon, HP) тепло, яке виробляє електричний нагрівальний елемент, випарює рідину з чорнила, що викликає появу чорнильних бульбашок. Бульбашки, що розширюються в обсязі, створюють тиск усередині чорнильного сопла, яке виштовхує чорнило на папір.
У струменевому друку з твердим чорнилом («струменевий друк зі зміною фаз» — в обладнанні Seiko-Epson, Tonejet) спочатку чорнило знаходиться у твердому стані, а при нагріванні стає рідким. Вони виштовхуються на поверхню у вигляді крапель, де при охолодженні миттєво застигають.
Як окремий напрямок струменевого цифрового друку розглядають зазвичай і УФ-друк, переваги якого: широке колірне охоплення, міцність шару фарби, хороша якість друку на поверхнях, що не поглинають, висока механічна стійкість тощо.
Таблиця 1. Переваги та недоліки струменевої технології цифрового друку
Тип струменевого друку
Переваги
Недоліки
На водній основі
• хороша якість за низьку ціну, гнучкість у швидкості та ширині друку, вибір фарб;
• індустріальне застосування — тканина, кераміка, скло, електроніка, 3D-друк
• проблеми з відмаруванням;
• ефект розтікання;
• проблема з закріпленням на непористих матеріалах;
• проблеми зі стабільністю через властивості чорнил
УФ
• міцність фарбового шару (немає потреби в захисному покритті);
• широке колірне охоплення;
• хороша якість зображення та висока механічна стійкість;
• хороша якість на невсотувальних поверхнях;
• немає потреби у нагріванні для видалення води;
• висока стабільність через відсутність випаровування
• висока вартість;
• полімер, що входить до складу УФ-чорнил, небезпечний за екологічними нормами;
• обмеження у застосуванні з харчовими продуктами (проблема міграції незакріплених молекул);
• залежності при полімеризації: швидкість, матеріал, кількість кисню (інгібітор полімеризації), фотоініціатор;
• залежність від задруковуваних матеріалів
Іонографія («електростатичний друк»)
Сутність її полягає в локальному осіданні іонів на діелектричну поверхню під впливом електричної напруги.
Переваги іонографічних пристроїв — простота конструкції, високий коефіцієнт (до 99,8%) використання проявного порошку, лінійна схема проведення паперу, невеликі розміри.
Рисунок 6. Принцип іонографії
Іонографія застосовна лише для одноколірного друку, для друку великих обсягів виробів, а також для змінної друкованої інформації;
Магнітографія
Цифрове зображення перетворюється на магнітний заряд на барабані, який притягує тонер, що містить залізні частинки.
Рисунок 7. Принцип магнітографії
Тонери, що застосовуються в магнітографії, дуже темні, тому ця технологія більше підходить для друку однією додатковою фарбою, ніж для чотириколірного друку.
Термальні технології
Включають друк з використанням термоперенесення (трансферний друк), термальне перенесення фарби з випаровуванням (сублімаційне термоперенесення) та воскове термоперенесення.
У трансферному друку зображення переноситься на друкарську поверхню із застосуванням термотрансферної пластмасової стрічки, на яку наноситься фарба.
У сублімаційному перенесенні замість термофарб застосовуються спеціальні сублімаційні чорнила. Коли барвисті пігменти нагріваються, вони піддаються процесу, що отримав назву «сублімація», в результаті якого переходять з твердого стану в газоподібний. Коли газ входить у контакт із папером зі спеціальним покриттям, він знову переходить у твердий стан.
При восковому термоперенесенні замість застосування сублімаційної фарби використовується чорнило на восковій основі, яке розподіляється по друкарській поверхні
Нанографічний друк
Компанія Landa декларує другу цифрову революцію у друкарстві, об'єднавши гнучкість цифрового друку зі швидкістю та низькою ціною офсетного.
В основі процесу нанографічного друку лежить розробка компанії Landa — чорнило NanoInk™. Нанофарби, що складаються з пігментних частинок, розміром в десятки нанометрів (1 наноментр в 100 000 разів тонше за людське волосся), ефективно поглинають світло, забезпечуючи високу якість друку і найширше з усіх існуючих колірне охоплення CMYK.
У порівнянні з традиційними струменевими технологіями нанодрук має ряд переваг: на підкладку переноситься сухе зображення (а не вологі фарби), ширший діапазон задруковуваних матеріалів, для закріплення зображення потрібно менше енергії, а площа друку є необмеженою.
Малюнок 8. Схема процесу нанографічного друку
Що можуть цифрові машини
Залежно від продуктивності та можливостей цифрове друкарське обладнання поділяється на певні класи:
настільні принтери;
МФУ — сканер, копір та принтер, поєднані в одному пристрої. Цифрові копіри працюють за принципом електрофотографічного процесу, а для друку застосовується технологія сухого електрофотографічного проявника (тонера);
цифрові друкарські машини (ЦДМ).
√ Популярні моделі для оперативної поліграфії мають формат до 330х488 мм (Xerox Versant 2100) та вище, на ринку представлені успішні моделі у форматі В2 і навіть концепти у форматі В1.
√ Більшість ЦДМ можуть друкувати на обох сторонах аркушу за одне проходження паперу через машину (дуплексний або двосторонній друк).
√ Залежно від типу подання матеріалів ЦДМ поділяються на листові та рулонні (частіше індустріального застосування).
√ Традиційно цифрові друкарські пристрої поділяються на монохромні та повноколірні. Однак дедалі частіше в цифрових пристроях застосовуються можливості нанесення додаткових кольорів. Наприклад, модель Xerox iGen5 має п'яту секцію і для розширення охоплення кольорів дозволяє друкувати на вибір: Green, Orange або Reflex Blue, а моделі Ricoh C7100x/C9100x і навіть недорогі моделі OKI класу Pro крім друку білим дозволяють працювати з неоновими тонерами, що надає відбитку несподівані спецефекти. У ЦДМ індустріального застосування можливість друку додатковими кольорами стала стандартом. Наприклад, у машинах hp Indigo для комерційного друку використовується шестиколірний друк IndiChrome (CMYK + Violet + Orange). Друк білим кольором є стандартом для ЦДМ, які застосовуються для виробництва етикеткової та пакувальної продукції.
√ ЦДМ оснащені різними пристроями для додаткової обробки виробів: створення палітурки, обкладинки, комплектування книжкового блоку, рельєфного тиснення, висікання, фальцювання, зшивання тощо.
√ Машини багатьох виробників дозволяють друкувати захищене пакування, бланки цінних паперів та документів суворої звітності внаслідок використання спеціальних фарб та створення рельєфних зображень.
√ Сьогодні на ринку індустріального цифрового друку «універсальні» машини поступово змінюються спеціалізованими.
√ Цифрові способи друку демонструють приголомшливі темпи зростання в сегментах виробництва етикетки та упаковки, комерційної продукції, медійного друку, рекламно-сувенірної продукції. Верхня планка тиражів, які вигідніше друкувати цифровим способом, ніж аналоговими, поступово підвищується.
Цифрове друкарське обладнання використовується для друку:
комерційної (акцидентної) продукції (бирки, буклети, меню та сети, листівки, плакати, флаєри, хенгери);
рекламно-сувенірної продукції (наліпки, листівки, флешки, запальнички, футболки);
медійного друку (газети та журнали);
багатосторінкової продукції (каталоги, журнали тощо) малими тиражами;
малотиражного паковання та етикеток;
прямого друку на одязі, об'ємних виробах, в т.ч. у промислових масштабах.
широкоформатного друку;
За допомогою цифрового калькулятора можна розрахувати вартість цифрового друку різної продукції (візитівки, календарики, листівки, листівки, листи SR A3 (314x444 мм) залежно від тиражу, термінів, видів матеріалів).
На drupa 2016 ряд виробників демонстрували спеціалізовані рішення:
для комерційного друку — HP, Fuji, Kodak, Ricoh/Screen, Canon, Xerox, Konica Minolta/Komori, Landa/Komori, Heidelberg, KBA.
Переваги цифрового друку
економічний друк коротких накладів;
можливість друкувати пробні відбитки;
оперативність — не витрачається час для підготовки форм, налаштування обладнання, сушіння відбитків;
простота — людину за такою машиною правильніше називати оператором, оскільки всі налаштування є автоматизованими;
собівартість відбитка практично залежить від тиражу;
зниження кількості відходів;
скорочення витрат/мінімізація складських запасів;
розмаїття продукції;
персоналізація (альтернатива — застосування модуля оперативного струминного друку, але подібний друк імені, адреси та звернення до адресата вже не задовольняє вимогливих рекламодавців, які бажають отримати повністю персоніфікований друк, коли жоден з екземплярів замовлення не буде ідентичним іншому);
друк змінних даних.
Два основних типи друку змінних даних — зонування (змінюється невелика частина змісту для різних цільових груп) та персоніфікація (кожен екземпляр такого тиражу унікальний та автоматично генерується з урахуванням усіх необхідних змін для певного користувача).
У документах зі змінною інформацією виділяють три типи елементів:
фіксований зміст, що друкується на кожному екземплярі тиражу;
багаторазово використовувана інформація, що друкується у тиражі більш ніж один раз, але змінюється не в кожному екземплярі;
безпосередньо змінний зміст, який використовується один раз (наприклад, ім'я людини або її фотографія);
спеціальні можливості: захист, спецдизайн, комбінації можливостей;
маркетинг — клінічні дослідження, пробні запуски продукту, супутні матеріали (постери, плакати тощо)
Future Digital
Цифровий друк за темпами зростання випереджає інші сектори друкарської промисловості.
Інтенсивний розвиток цифрового друку пов'язаний із тенденціями скорочення тиражів, збільшення їх кількості.
√ На ринку цифрового друку найбільш динамічно розвиваються сегменти видавничої та рекламної продукції.
На другому місці за динамікою зростання — продукція транспромо, що поєднує транзакційний друк з освітнім чи рекламним контентом.
Зростання в сегменті книжкового друку забезпечується поширенням індустріальних монохромних струменевих машин та кольорових струменевих пристроїв, а також виходом на ринок нових пристроїв формату В2.
У Східній Європі є потенціал використання кольорового друку в газетному сегменті, оскільки через велику кількість національних мов малі тиражі з використанням кольорових друкарських машин стають виправданими.
[Info Trends]
√ За підсумками 2016 р. обсяги струменевого друку (у тому числі друку упаковки) досягли $61,9 млрд, що еквівалентно 526 млрд відбитків формату А4.
Обсяги струменевого друку в усьому світі в період з 2016 по 2021 роки, ймовірно, зростатимуть на 12,7% на рік і на 8,7% у грошовому вираженні.
Зростає популярність системи підвищення цінності відбитків і лакування (MGI, Scodix та інших.).
«Майбутнє цифрового друку в усьому світі до 2021 року» [Smithers Pira]
√ Цифровий друк зростає швидше за інших 14 найбільш поширених технологій друку (в середньому на 28% на рік).
Останніми роками важливу роль у промисловості починає відігравати струменевий друк, включаючи друк по текстилю, декор, керамічну плитку, 3D-друк та виробництво електроніки.
Drupa Global Trends Report 2016 [Print Future]
√ Темпи зростання світового ринку цифрового друку етикетки з 2013 по 2018 роки. оцінюються у 34%.
Завдяки зростанню попиту на малі тиражі та виробництво «упаковки на вимогу», цифровий друк стає дедалі поширенішим і в секторі виробництва картонної упаковки.
[Pira International]
√ Сьогодні тільки 7% упаковки друкується цифровим способом, але незабаром цей показник значно зросте. Ринок як електрографічних, так і струминних пристроїв цифрового друку етикетки та упаковки найближчими роками зростатиме на 8,7% на рік і до 2019 р. досягне обсягу $507,5 млн.
[IDC]
√ В пакувальному секторі цифрова технологія є найшвидшою — до 2019 року її обсяг досягне $19 млрд.
[Smithers Pira]
√ Щорічне зростання ринку цифрового друку упаковки та етикетки становитиме 18,25%.
GlobalDigital Packaging and Labeling Market 2015–2019 [Infiniti Research]
√ За десять років відбудеться зростання ринку з $11,42 млрд до $42,11 млрд (13,9% на рік).
Серед головних причин зростання — висока активність продовольчого ринку та ринку товарів для дому, а також зростання індустрії товарів охорони здоров'я. Найшвидше зростає сегмент продуктів і напоїв, а серед типів продукції — етикетка.
«Глобальний прогноз до 2026 р. ринку цифрового друку упаковки» [MarketsandMarkets]
Текстиль
√ У 2016 р. лише 2,9% від загального обсягу ринку друку за текстилем (30 мільярдів м²) вироблялося на струменевому обладнанні. Але частка цифрового друку швидко зростала в останнє десятиліття, збільшившись з 461 млн м² у 2012 році до 870 млн м² у 2016 році, і подолає позначку 1 млрд м² у 2017 році, а у 2021 році становитиме 1,95 млрд м² тканини — більш ніж у чотири рази перевищить обсяг 2012 року.
Це зростання у переказі на гроші склало від €592 млн у 2012 році до €1,17 млрд у 2016-му. Ринок зростатиме щорічно на 15,7% протягом наступних п'яти років, досягнувши €2,42 млрд у 2021 році.
«Майбутнє цифрового текстильного друку до 2021 року» [Smithers Pira]
√ Загалом ринок цифрового друку у світі зростає на 4,2% на рік. До 2018 р. його обсяг становитиме €5,4 млрд (IDC). Найбільш популярні електрографія та струменевий друк.
UK 
RU 
PL 
EN 
IT 
ES 
DE 
FR 
