先认识它,再驾驭它——静电成像数字印刷机的成像原理

时间:2012-09-17 12:26:26来源:科印传媒《印刷技术》作者:高峰
  随着电子和网络技术的发展,数字印刷设备不断推陈出新,呈现出百花齐放的多元化特色,常见的数字印刷类型包括:静电成像数字印刷、喷墨成像数字印刷、磁成像数字印刷、电子成像数字印刷、电凝聚成像数字印刷和电子束成像数字印刷等。而无论哪一类数字印刷,其核心都是成像技术。
  在各类数字印刷技术中,静电成像数字印刷技术发展最快,应用领域最广,其成像原理为:首先在涂有光导体的滚筒式感光鼓上均匀充电,然后利用由计算机控制的激光束对其表面进行曝光,受光部分的电荷消失,未受光部分仍然携带电荷,通过吸附感光鼓上与电荷极性相反的墨粉或液体色剂成像,再转移到承印物上,如图1所示。在此,本文将以柯达NexPress SX3300数字印刷机和HP Indigo 5500数字印刷机为例,分别介绍采用墨粉和电子油墨的静电成像数字印刷机的成像原理。
图1 静电成像数字印刷的成像原理

  采用墨粉的静电成像数字印刷机
  柯达NexPress SX3300数字印刷机为采用墨粉的静电成像数字印刷机,其成像原理如图2所示,成像过程如下。
图2 柯达Nexpress SX3300数字印刷机的成像原理

  1.充电
  充电过程就是使感光鼓均匀覆盖一层具有一定极性和数量的负电荷,使其具有感光性,以便为后续形成静电潜像做准备。在柯达NexPress SX3300数字印刷机的成像过程中,主充中的3根电极丝用频率600Hz、幅值为21kV的交流电电离空气,电极丝的电压电离空气后补偿给栅网,在主充栅网上形成数值相同的栅极偏压,栅网用–500V的直流电控制电荷去向,使静电电荷附着在感光鼓表面,从而完成充电。
  2.曝光
  感光鼓的表面涂布有光导性涂层,涂层见光区域的电阻小,表现出导体的特性,非见光区域的电阻大,表现出绝缘体的特性,从而在感光鼓表面的曝光和不曝光区域产生电位差。曝光部分的光导性涂层吸收光线,产生与涂层表面极性相反的电荷,经转移层转移到涂层表面中和表面电荷,而未曝光区域的表面电荷依然存在,从而在感光鼓的表面形成表面电位随图像明暗变化起伏的静电潜像。
  在柯达NexPress SX3300数字印刷机中,LED曝光头用8064个LED在感光鼓表面曝光一个600dpi的静电潜像,每一个LED可以有256级强度变化。当LED曝光头在感光鼓表面曝光时,感光鼓表面曝光部分的电荷变成中性。曝光强度越大,感光鼓表面曝光部分的电压越接近零,最终的图像密度越大。
  3.显影
  显影就是用带相反极性电荷的墨粉使感光鼓表面的静电潜影可视化的过程。在柯达NexPress SX3300数字印刷机中,粉仓提供感光鼓表面曝光区域的墨粉,显影过程靠带有磁性电刷的显影系统实现,其原理为采用交流电和磁力辊使显影剂(墨粉和载体)翻滚,将墨粉覆盖到曝光区域上实现显影。其中,墨粉由高分子聚合物黏合剂、电荷药剂和着色剂组成,通过和载体的摩擦起电带有负电荷;载体为具有磁性的铁酸盐材料,带有正电荷,与墨粉混合在一起将其传递到感光鼓上。
  4.转印
  转印就是采用异电相吸的原理,将墨粉转移到承印物上,这一过程要求纸张有较好的湿度,否则会有大量的电荷通过纸张导入数字印刷机的地线,从而造成转印不良。转印分为两步:第一步,墨粉从感光鼓转印到转印鼓上,此时转印鼓上带有+450V的偏压,用于从感光鼓上吸引带负电荷的墨粉,感光鼓和转印鼓的相互挤压有助于转印过程的实现;第二步,墨粉从转印鼓转印到纸张上,此过程依靠转印鼓和承印物的相互挤压以及异电相吸的原理来实现。纸张传送辊用+1000V~+8000V的直流电把转印鼓上的墨粉吸引到纸张上,纸张传送辊的电压值应根据纸张厚度的不同而改变。
  5.清洁
  清洁就是清洗经转印后还残留在感光鼓和转印鼓表面墨粉的过程。在柯达NexPress SX3300数字印刷机中,感光鼓和转印鼓采用预清洁电极和清洁组件来清洁墨粉残渣。另外,感光鼓还须使用预清洁LED灯来帮助完成清洁过程。
  在感光鼓的清洁过程中,预清洁电极采用电极丝和预清洁栅网给感光鼓表面充上负电,单根电极丝用–4kV~–8kV的直流电电离空气;预清洁栅网用–620V的直流电给感光鼓充电,确保在感光鼓上形成很高的电压来协助完成清洁;预清洁LED灯曝光的目的是减少感光鼓表面的正电荷,在第一次图像转印之后使感光鼓表面的电荷极性保持一致,同时增加感光鼓和墨粉残渣之间的偏压差距,使带负电的墨粉残渣更容易被带正电的感光鼓清洁毛刷清理;感光鼓清洁的最后一步是采用清洁组件来清洁墨粉残渣等其他的污染物。转印鼓的清洁由转印鼓预清洁电极来完成,其是一个单电极丝(没有栅网),附加在转印鼓的下面,使用的是–4kV~–8kV的直流电。
  6.定影
  定影就是将承印物上的不稳定墨粉图像固定在承印物上以形成最终印品。通常情况下,对于墨粉采用加热方法,而油墨多采用蒸发的方法。定影装置主要由定影热辊、定影压力辊、上油辊、清洁辊以及定影灯等组成。
  静电成像数字印刷机在印刷前,需要预热一段时间,使定影装置的定影热辊达到一定的温度,约为170℃。纸张经过定影热辊和定影压力辊之间时,两辊之间会产生一定的压力,同时将硅油均匀涂布在纸张上,定影热辊的高温会将纸张上的墨粉充分固定在纸张上,且使印品具有一定的光泽度。

  采用电子油墨的静电成像数字印刷机
  采用电子油墨的静电成像数字印刷机的原理如图3所示,以代表机型HP Indigo 5500为例,其成像过程主要分为3个步骤。

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