静电成像数字印刷.docx

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静电成像数字印刷

静电数字印刷机

轻工技术与工程张欢

1.静电数字印刷机的原理

静电成像是应用最广泛的数字印刷技术，也是大多数复印机和激光打印机的基础，是较成熟的彩色印刷技术。

静电照相通过激光扫描方式在光导体表面形成静电潜像，再利用带电色粉（电荷符号与静电潜像相反）与静电潜像之间的库仑作用力实现潜像可见（显影），最后将色粉转移到承印物上完成印刷。

从技术观点来看，静电照相就是把物质的光导电性能和静电现象结合起来进行照相、记录、印刷。

静电照相和光学照相的主要区别在于感光剂。

光学照相的感光剂多为银盐，利用见光部分发生光化反应原理实现成像。

而静电照相的感光剂是光导电物质，见光后发生物理变化形成图像。

图1静电印刷成像原理

静电照相的印刷过程可分为5个阶段：

成像、着墨（显影）、呈色剂的转移（印刷）、呈色剂定影及清洁（调整）。

1）成像

首先对光导鼓表面充电，即系统的敏化过程。

目前静电照相技术一般都在感光体表面通过电晕放电，使其表面带有同一种均匀的电荷，具有足够的电位。

接着，由激光器或LED发射出的光束，经反射镜射入声光偏转调制器，与此同时，由计算机送来的二进制图文点阵信息经频率合成器及功率放大器加至声光调制器上，对由反射镜射入的激光束进行调制。

调制后的光束射入多面转镜，再经广角聚集镜等光学系统把光束聚焦后射至光导鼓表面上，使角速度扫描变成线速度扫描，完成整个扫描过程。

2）显影（着墨）

静电照相一般采用专用油墨，分为干式色粉和液体呈色剂。

其中干式色粉一种含有热融性树脂和色素的铁状物质，也叫墨粉。

在墨粉中掺入经防氧化处理的铁粉，因铁粉和墨粉凝聚在一起有接触电位差，使墨粉带负电荷，铁粉带正电荷。

铁墨混合物叫做显影剂，显影剂通过磁刷从显影槽中溢出，磁刷上的墨粉因带负电荷，遇到正电荷组成的图文潜像就被吸附过去，而铁粉带正电荷，被同性电荷排斥回显影剂槽里，而没有静电潜像的空白部分自然不会被墨粉涂上。

在静电成像中决定印刷图像质量的主要因素是色粉中颜料或染料的呈色方式。

着墨过程是利用电子潜像的差异（电场），以非接触方式，使用着墨装置将细小的色粉微粒（约8um）转移到光导鼓上来完成的。

曝光时正电荷被释放，在滚筒上形成了与印刷图文一致带正电荷的潜像。

使用带有负电荷的色粉着墨时，由于静电吸引力，图文潜像吸附色粉，光导鼓上电荷潜像变得可见。

3）呈色剂转移（印刷）

呈色剂可以直接转移到纸老虎，也可以通过中间的转换装置如鼓或带转移到纸上。

如图10所示是从光导鼓直接转移到承印材料上。

为了保证带电色粉微粒从光导鼓转移到纸上，在压印线上安装电晕放电装置来产生更大的静电力，这个静电力必须能确保色粉脱离光导鼓转移到纸上。

同时为了保证转移效果，还要借助光导鼓表面和纸之间的接触压力来辅助完成。

4）呈色剂熔化/定影

为了固定色粉微粒形成稳定的印刷图像，还需要使用定影装置。

一般采用加热纸张和接触压力使油墨熔化并固着在纸上。

5）清洁

印刷图像从光导鼓转移到纸张上以后，在光导鼓上还会残留着剩余电荷和少量色粉微粒。

为了使光导鼓做好下一次印刷的准备，可以采用机械和电子方式对表面进行清洁。

机械清洁是采用刷子和吸尘方式来除去色粉微粒，电子清洁（即电荷中和）则通过改变电场或AC电晕的方法使光导鼓表面呈中性并与色粉微粒无关。

在下次成像之前，光导鼓通过电晕放电再次使光导鼓表面带有同种均匀电荷，并根据印刷图文控制成像过程。

静电照相系统中有两种基本模式,一种是采用湿式色粉显影的高分辨力系统,一般采用800dpi的成像系统，主要代表产品是Indigo公司的数字印刷机；另一种是采用干式色粉显影的低分辨力系统，采用的是600dpi的成像系统，主要有Xeikon、Xerox、Agfa、Canon、Heidelberg、ManRoland、Kodak和IBM等公司的产品。

2.静电数字印刷机的质量控制

1.控制纸张的特性

（1）湿度成分的控制

为了确保墨粉的均匀转移，防止纸张在静电照相数字印刷后期处理和高温融化时发生卷曲现象，必须控制纸张的湿度成分。

印刷时发生的大多数纸张的问题与车间的湿度和温度有关，纸张是印刷过程中的活动材料，因而纤维膨胀（或纤维干燥）和纸张特性等都可能发生戏剧性的变化。

（2）表面光滑特性

纸张的挺度和光滑度较高时对改善印刷设备的运行性能有利，有助于印刷质量良好的图像。

过分粗糙的纸张表面往往导致墨粉融化不完整，甚至融化工艺不能完成，印刷图像质量很差。

（3）低吸尘性能

静电照相数字印刷需要许多预处理工艺，这就要求纸张表面不沾灰尘，因为纸张表面的松散颗粒有可能导致图像质量退化。

（4）高挺度和高表面光泽度

数字印刷使用的大多数都是涂布纸，作用于非涂布纸上的同样物质对涂布纸表现出完全不同的特性，原因在于细小墨粉颗粒在涂布纸和非涂布纸表面的填充效应各不相罔。

涂布纸不仅表面空隙小，而且挺度也低，因而使用这种纸张印刷会产生问题，使用光泽表面纸张时特别如此。

（5）耐高温能力

墨粉融化是静电照相数字印刷的重要过程这种高温融化工艺导致在涂布纸表面转移墨粉的困难，因为在高温作用下涂层本身己经软化，某些部分甚至会粘结到印刷机上。

因此静电照相数字印刷所用的纸张必须有很强的耐高温能力。

（6）其他特性

在实际印刷中，除上面提到的特性外，还需要控制其他特性，例如控制纸张的表面电阻、无折瘾和耐湿性等。

正确的电阻和表面能对保持纸张的绝对湿度成分和平滑的表面形状至关重要，这些因素的组合对获得高质量的印刷图像有很特殊的密切关系。

在实际印刷中引人新的高度上光的纸张后，静电照相数字印刷条件就会得到明显改善，墨粉融化时堆积到纸张表面也更容易了，这对改善印刷质量是有利的，墨粉沿纸张表面的分布更均匀，边缘不窑易模糊，色彩饱和度更好等。

在实际的印印刷中，施乐iGen3静电照相数字印刷用的较多的是哑粉纸。

2.墨粉的影响

在静电成像印刷中，大多数印刷机都使用固体墨粉。

其中国体墨粉又可进一步划分为单组分和双组分两种。

高质量的数字印刷机使用的是双组分色粉成像，在较高的印刷速度下具有很高的印刷质量和稳定性。

墨粉对于图像质量的影响源于墨粉的许多特征。

墨粉颗粒的精细度和尺寸均匀性，它们将决定静电转移等相关工艺的正确性，这种现象在连续进行的转印过程中几乎都存在，因而这两个因素必然影响到图像质量，只要墨粉仍需继续使用，尺寸更小的墨粉一定会出现，原来墨粉直径大约为9微米，现在是5微米左右，墨粉直径越小，记录精度越高，这样复制品是由更小的记录点组成，能忠实地复制出原稿的细节;墨粉颗粒对于摩擦充电的易感受性，较高的电荷/质量比（q/m）将在很大程度上影响印刷图像的色彩饱和度，并影响图像黑暗程度的参数，墨粉的生物化学特性将决定颗粒与成像。

3.常见静电印刷机的性能参数

柯达NexPressSE3600彩色数码印刷机技术参数:

分辨率

8位深,256级曝光强度,600dpi,采用超精细干式油墨实际效果超过1200dpi

印刷速度

每小时3600张4色或5色A3

色彩

印刷色序：

黑、黄、品、青

着色剂

NexPressDryInk™（NexPress干式油墨）包括：

黑、黄、品、青四种干性油墨

色彩一致性

NexQ闭环过程控制系统使每台设备都实现极好的颜色一致性和可预测性。

成像尺寸

最大340x510mm（13.4x20in.）

纸张尺寸

最大尺寸:

356x520mm（14x20.5in.）

最小尺寸:

279x200mm（11x7.9in.）

纸张重量

非涂层纸:

60g/m2至350g/m2;涂层纸：

80g/m2至350g/m2

承印物类型

胶版纸、铜版纸、哑粉纸、光铜纸、纹理纸、道林纸、特殊承印物（如胶版标签纸、哑粉标签纸、磁性纸、PVC、不干胶、部分不透明金属箔片、特殊打孔纸等）及几乎所有胶印机用纸。

无须使用特种涂层纸，横丝缕和竖丝缕纸张均可。

多飞达系统

飞达1：

纸堆高度为450mm（18in.），

飞达2：

纸堆高度为100mm（4in.），

飞达3：

纸堆高度为100mm（4in.）

·每个飞达系统都可处理最大克重的纸张。

·多飞达系统通过交替使用不同的飞达及对特定飞达上的纸张进行补充而实现印刷机连续运行。

·允许使用电子配页，且印刷同一文档时可混用不同的承印物。

收纸台

样张收纸台：

最高纸堆高度为50mm（1.97in.）

主收纸台：

最高纸堆高度为490mm（19.3in.）

根据印张上的DryInk覆盖率及每页的用墨量，最大纸堆高度可能仅为100mm（4in.）。

纸张输送推车（选配）

主收纸台可将纸张堆在可移动式纸张输送推车上。

由换纸造成的作业间歇

大多数情况下不超过1分钟（取决于装纸时间）

第5色印刷方案

局部上亚光；全幅面亚光；水印防伪；模拟各种纹理印刷；全幅面上光；

服务器配置

双Intel-Xeon处理器；每个处理器2.0G；每个处理器4.0G内存；两个73G硬盘

印刷加网种类

5种，4种调幅网，1种调频网

数据格式

AdobePDF1.7或更早版本；AdobePostScriptII，III；PPML/VDX；基于PJDF的JDF1.2；

可变数据接口形式

VDXANSICGATS20.2002（用PPML2.0）;

PDMVDX（用PPML1.5）

惠普Indigo5000彩色数码印刷机

简介：

印刷品色彩较为细腻，可扩展专色印刷；阶调层次较为出色，网点扩大几乎为零，暗调部分表现力较强；采用电子液体油墨，透明度高，网点边缘锐利；采用橡皮布转印技术，印刷质量接近胶印；四色叠印黑表现力出色；承印物范围广泛，可实现各种承印介质的直接打样；可实现个性化、小批量按需印刷。

理光C720数码印刷机

简介：

仅凭理光C720和C720S独有的每分钟额定72页A4幅面的纸张处理速度，而且不论纸张克重和是否涂布的特点，便足以使其在众多同级产品中脱颖而出。

目前市场上大多数数码印刷设备虽然可实现在印刷轻薄型承印材料时达到这一水平，但能够始终以这个额定速度进行工作的却寥寥无几。

技术参数：

速度

72张/小时，A4幅面，涂布和非涂布纸张均可

最大纸张尺寸

330mmx488mm

纸张克重范围

60-300gsm

分辨率

1200dpi

月印刷量

平均4万张，最大32万张

工作流程

EFI

价格

C720，8.7万英镑起；（约91.6万元人民币）

奥西VarioPrint6320数字印刷机

简介：

奥西6000系列拥有高生产率和高稳定性，非常适用于书刊印刷。

奥西公司已与多家厂商联手，为其提供综合印后加工方案。

他们为两台印刷设备都提供了目标管理（MBO）文件夹。

这两台VarioPrint6320印刷机是目前印刷速度最快的单张纸数码印刷机，非常适用于印刷订单期限较短的工作环境。

技术参数

富士施乐800/1000彩色数码印刷机

简介：

施乐800/1000彩色数码印刷机是由日本富士施乐公司研发，而不是之前普遍认为的美国施乐公司。

这台设备的核心技术来自使用EA碳粉的施乐700，并省去了定影油的使用，从而为印刷质量的提升奠定了基础。

为了方便客户使用设备，施乐800/1000彩色数码印刷机的设计理念极为简单，客户可自行更换其中的大部分零件。

这样的设计理念也大大降低了客户的维护成本，同时为客户提供了更多提高印刷品质的控制方法。

技术参数：

设备重量：

1,390kg（不包括用户操作介面）

设备尺寸：

2,995mm（宽）x1,107mm（深）x1,864mm（高）

电气规格：

主机:

200–240V,50A,50/60Hz

供纸和装订选配件的额外电源

－大容量供纸模块C2–DS:

100V±10%,5A,50/60Hz

－装订选配接口模块:

100V±10%,2.5A,50/60Hz

－大容量堆叠器100V±10%,1.5A,50/60Hz

－D4装订器/D4骑马钉装订器:

100V±10%,2A,50/60Hz

－D4骑马钉装订器:

100V±10%,2A,50/60Hz

－SquareFold?

裁刀:

100V±10%,0.8A,50/60Hz

打印介质：

多种纸张作业模式

打印速度：

80/100ppm（A4）,55–350gsm

最快每小时可印刷4800/6000张全彩色A4单面

40/50ppm（A3–SRA3）,55–350gsm

最快每小时可印刷2400/3000张全彩色A3/SRA3单面

最高分辨率：

2400x2400dpi

适用类型：

商业

柯尼卡美能达bizhubPROC6501彩色数码印刷机

简介：

作为一款生产型的彩色数码印刷设备，bizhubPROC6501可谓劲力十足，65页每分钟的彩色印刷速度足以适应高强度的生产需求，即使遇到需要紧急交货的任务也能及时完成。

为了保证其稳定的输出功效，bizhubPROC6501的机身底座双层加固，超紧固的构造保证了卓越的耐久性，以保护其不受内部机芯的转动与震动的影响。

技术参数：

扫描功能：

600×600dpi

复印功能：

复印缩放倍率

固定倍率：

1:

1±0.5%；缩小：

0.500/0.707/0.816/0.866放大：

1.154/1.224/1.414/2.00

缩放:

可以0.1%为增幅在25%-400%之间调节，可以自定义3个缩放倍率。

可选的打印服务器：

配备带有160GB硬盘的IC-303是一款专业级的打印控制器，能够轻松应对生产型的打印环境。

兼容10base-T，100base-TX和1000base-T以太网接口，以及广泛使用的操作系统：

Windows，NT4.0/2000/XP和MacOS10.2或更新版本，IC-303可应用于任何网络环境。

拥有预先安装的136种AdobePostScript字体和1GB内存，即使是图片密集型作业也可以加速完成。

产地：

进口

生产力/速度（如为一体机有打印、扫描、复印速度）：

全彩色复印：

36页/分钟（A3）,41页/分钟（B4）,65页/分钟（A4）,65页/分钟（B5）

黑　白复印：

36页/分钟（A3）,41页/分钟（B4）,65页/分钟（A4）,65页/分钟（B5）

机器重量：

重量约360kg（仅主机）

耗电量：

2.8kW或更少（仅主机）

电源：

240V/15A

尺寸（宽度x深度x高度）：

786×992×1056mm

输入纸张重量：

主机64-256g/m2

纸张类型：

可支持由明信片至330x487mm等尺寸的纸张，带有裁切标记的A3设计图也可全尺寸输出。

主机纸盒可以处理规格在64g/m2和256g/m2之间的纸张，PF-601大容量纸柜，LU-202大容量纸仓和多张手送托盘兼容最大至300g/m2的纸张。

纸张容量和处理能力：

纸张容量（主机）500×3张+250张多张手送托盘

输入纸张尺寸：

主机A5-A3+（140×182mm-330×487mm）

多张手送托盘A6-A3+（100×148mm-330×487mm）

操作系统：

Windows2000（SP2或更新）/XP（SP4或更新）,WindowsServer2003,

MacOSX（10.2.1,10.2.3,10.2.4或更新）

设备接口：

以太网（10/100/1000BASE-T）USB2.0

打印语言：

AdobePostScript3（3017）

处理器：

IntelPentium43.2GHzFSB800MHz

内存：

DIMM256MB×4HDD40GB×4（选配）

预热时间：

420秒或更短

首页输出时间（含打印和复印）：

全彩色：

6.5秒或更短

黑　白：

5.0秒或更短

分辨率（如为一体机，含打印、扫描、复印分辨率）：

扫描600×600dpi

打印600×600dpi

应用领域：

个性化可变数据,商业（含书刊）

进纸方式：

单张纸

日本宫腰印刷机械有限公司（MiyakoshiPrintingMachineryCo.,Ltd）和利优比有限公司（RyobiLtd.）联合近日宣布已研发出新款采用液体墨水的静电数码印刷机

主要表现在高质量、低成本、高速度和大批量等特点。

　　印刷方式：

静电照相（Electrophotographic）

　　分辨率：

1,200×1,200dpi

　　墨水规格：

高精细液体墨水

　　墨水供应装置：

独立墨水供应装置（配置自动化墨水密度调整功能）

　　最高印刷速度：

8000张/每小时

　　最小印刷尺寸：

410×290mm

　　最大印刷尺寸：

765×580mm

纸张克重：

64-360g/m2，最厚为0.4mm

Indigo7600是业界速度最快的单张纸数字印刷机，其旗舰版新机型在EPM模式下最高速度可达160页/分钟，相当于每小时9600张A4，最高分辨率可达2438×2438dpiindigoW7250数字印刷机。

该款印刷机在彩色印刷时，最大印刷速度为每小时19200张A4，是惠普Indigo7600印刷速度的两倍，在黑白印刷模式下，每小时可达38400张A4，印刷幅宽也可达到340mm。

4.导鼓的种类

硒光导鼓

在金属基底上涂布的是元素型的非晶态硒，或者以硒为基础掺入少量砷或碲形成的硒砷合金或硒碲合金，甚至是三硒化二砷合金，按专业习惯统称为硒光导体。

硒光导鼓一般采用三层结构，由硒光导层、氧化铝膜中间层和铝合金导

电基体三层组成。

通常，硒或硒合金材料通过真空蒸镀工艺覆盖到铝基鼓面后即形成硒光导层，硒膜厚度应均匀一致，且要求表面光洁度高。

按表面处理工艺步骤，中间层应该形成于蒸镀硒光导层之前，在铝合金基底表面形成的一层氧化铝膜，起阻挡（光子）层的作用，以优化光导层的暗衰减特性。

铝合金层（基底）是光导层的载体，大多加工成圆筒状，该铝合金层也称为导电层，起到与接地端导通以及产生与充电相对应的感应电荷的作用。

硫化镉光导鼓

硫化镉光导体突出的优点在于静电潜像电位差大，因而复印出的图像反差也大。

以硫化镉制成的光导鼓表面加有绝缘膜，使光导体的耐磨性提高。

硫化镉的主要缺点表现在对温度很敏感，而且怕潮，表面没有保护膜时会影响操作者健康，也不利于废光导体的处理，因此目前应用得越来越少了。

硫化镉光导鼓由透明的聚酯薄膜绝缘层（上表面阻挡层）、光导层、中间层（下表面阻挡层）和导电基体组成，其中绝缘层有利于限制充电电荷注入光导层内部，以保存充电时沉积在光导鼓表面的电荷，对产生静电反差起着重要作用；光导层受光的照射后吸收入射光的光子，在光子激发下释放出电子-空穴对，形成众多的自由载流子，它们在电场力作用下形成光电流；中间层用于阻挡充电时从导电基体上感应出来的电荷进入光导层；基体的作用是支撑光电导材料膜层，

并起接地作用，作为在光照条件作用下电子空穴对选择性迁移时电荷逃逸光导层以及充电时感应电荷的导体。

非晶硅光导体

非晶硅光导元件可以设计成非暗盒的形式，无需更换整个暗盒部件即可补充墨粉，对开发和制造环境友好型产品作出了重要贡献。

与其他光导材料相比，非晶硅提供高得多的硬度，耐磨性相当好。

非晶硅光导材料的电气特性相当稳定，表现在经长期使用后材料的基本电气性能变化很小，且对于环境因素也表现出良好的稳定性，例如在高温和低温条件下使用时经反复充电和曝光循环后电气性能几乎保持不变；当非晶硅光导材料在高湿度环境下使用时，充电和曝光结果的重复性良好，电气特性没有明显的下降。

有机光导体

以有机光导鼓为图像载体时，几乎所有的静电照相成像设备的制造商均使用了双层结构，但在图像载体材料的选择上却各具特色。

双层结构中潜像产生层厚度仅1μm（有时还小于该尺寸），涂在铝质基底的聚合物表面层上；电荷传输层厚度约20μm，掺入了聚合物分子。

可用作传输层的材料包括聚乙烯咔唑、二氢化吡唑和咔唑腙等。

“机能分离型”有机光导体确实由电荷发生层和电荷传输层两层结构组成；

（2）机能分离型的电荷载流子发生层可以使用有机颜料制备；

（3）若具备电子接受体或者电子给予体功能的低分子有机物质溶解在高分子物质中，则形成的薄膜具有充分的电荷传输能力，可用到机能分离型有机光导体的电荷传输层中。