История фотонабора: от рассвета до заката. Часть 4

Юрий Самарин, докт. техн. наук, профессор МГУП им. Ивана Федорова

Технология Computer-to-Plate известна полиграфистам примерно сорок лет, но широко внедряться она стала только в последнее десятилетие, поскольку для этого были созданы подходящие условия. Появились достаточно тиражестойкие формные материалы, пригодные для поэлементной записи изображений, эффективное оборудование, осуществляющее прямое экспонирование формного материала с высоким разрешением и скоростью, надежные программные средства допечатной подготовки изданий.

По своей сути технология CtP представляет собой управляемый компьютером процесс изготовления печатной формы методом прямой записи изображения на формный материал. Этот процесс, который реализуется с помощью однолучевого или многолучевого сканирования, более точный, так как каждая пластина является первой оригинальной копией, изготовленной с одних и тех же цифровых данных. В результате достигаются большая резкость точек, более точная приводка, более точное воспроизведение всего диапазона тональности исходного изображения, меньшее растискивание растровой точки одновременно со значительным ускорением подготовительных и приладочных работ на печатной машине.1

Внедрение CtP­технологии обеспечивает очевидные преимущества по сравнению с традиционной технологией фотонабора и формного процесса, которые можно сформулировать следующим образом:

• сокращается время технологического цикла изготовления печатных форм (исключаются операции обработки фотоматериала, копирования фотоформ на формные пластины и в ряде случаев обработки экспонированных формных пластин) — это обеспечивает издателю скорейший оборот инвестиций, вложенных в издание, а также позволяет до последнего момента оставлять публикацию открытой для размещения рекламных материалов;
• исключаются из производства фотовыводные устройства, проявочные машины, копировальное оборудование — это означает экономию производственных площадей, затрат на приобретение и эксплуатацию техники, электроэнергии; сокращение численности обслуживающего персонала. При малых тиражах прямое экспонирование пластин, несмотря на их высокую стоимость, часто оказывается более экономичным, нежели традиционное, поскольку отсутствуют затраты на изготовление фотоформ;
• повышается качество изображения на печатных формах благодаря снижению уровня случайных и систематических помех, возникающих при экспонировании и обработке традиционных фотоматериалов (вуаль, ореольность) и копировании монтажей на формные пластины. Поскольку при изготовлении форм прямым экспонированием монтаж пленок отпадает, проблемы, связанные с неточностью монтажа или ошибками в нем, полностью исключены;
• улучшаются экологические условия на полиграфическом предприятии из­за отсутствия химической обработки пленок; повышается культура производства и совершенствуется организация технологического процесса.

Освоение технологии Compuer­to­Plate, несмотря на ее явные преимущества перед технологией Computer­to­Film, некоторое время было недоступным для многих полиграфических предприятий из­за целого ряда проблем.

Проблемы с начальными инвестициями. Если в производстве используются печатные машины большого формата (от А1 и выше), при внедрении CtP необходимы значительные начальные инвестиции. Связано это с тем, что печатать с составных печатных форм невозможно. Для полноценного использования печатной машины необходимо экспонировать формы полного формата. Приобретение системы CtP такого формата обходится недешево. Это означает длительный срок окупаемости системы, а также трудности с единовременным выделением значительной суммы капитальных затрат. Тем не менее, имея фотовыводное устройство даже небольшого формата, можно вручную смонтировать любой спуск полос, а потом на сравнительно недорогой копировальной установке изготовить формы полного формата.

Проблемы с корректурными оттисками. Получение корректурного оттиска спуска полос большого формата крайне затруднительно, так как нет принтеров, которые могут обеспечить вывод корректуры даже формата А2. Приходится делать вывод на принтер формата А3 с существенным уменьшением, что не всегда приемлемо, поскольку при уменьшении в 4­5 раз обычный текст перестает читаться. Конечно, для проверки можно распечатывать каждую страницу издания отдельно, но использование другого растрового процессора (архитектура растровых процессоров, используемых в принтерах, ФВУ и CtP, как правило, различается) может стать причиной появления ошибок, которые обнаружатся уже на форме. Кроме того, постраничная распечатка не дает возможности контролировать правильность выполнения таких операций, как установка спуска полос, обрезных, фальцовочных, корешковых и других меток, шкал контроля печати и т.д. Если при выводе фотоформ большого формата возможен визуальный контроль с помощью просмотровых столов, то читать печатную форму неудобно, поскольку изображение на ней слабоконтрастное и рассмотреть что­либо невозможно. Проконтролировать полученную форму можно либо на пробопечатном станке, либо уже по оттиску на самой печатной машине, что экономически довольно рискованно. При обнаружении любой неточности уже на оттиске требуется повторение всех технологических операций, а следовательно, повышается себестоимость допечатной подготовки (повторное экспонирование фотоформ обходится все­таки дешевле).

Повышенные требования к обязанностям оператора. В технологии CtP допечатная подготовка должна проводиться гораздо тщательнее, чем при традиционном подходе. Печатная форма должна содержать все необходимые элементы изображения именно в том порядке, в каком они должны быть на бумаге. Необходимо выполнить полный спуск полос, установить все метки обрезки и фальцовки, разместить шкалы контроля печатного процесса и т.д. Эта работа требует повышенной внимательности и квалификации оператора.

Рис. 1. Способы экспонирования формных пластин: а — на внешней поверхности барабана; б — на внутренней поверхности барабана; в — на плоскости

В настоящее время технология CtP стала основной для изготовления форм офсетной, высокой, флексографской и глубокой печати.

В современных системах CtP, ориентированных на изготовление офсетных и фотополимерных форм высокой и флексографской печати, применяют лазерные выводные устройства трех основных типов (рис. 1):

• барабанные, выполненные по технологии «внешний барабан», когда форма расположена на наружной поверхности вращающегося цилиндра;
• барабанные, выполненные по технологии «внутренний барабан», когда форма расположена на внутренней поверхности неподвижного цилиндра;
• планшетные, когда форма расположена в горизонтальной плоскости неподвижно или совершает движение в направлении, перпендикулярном направлению записи изображения.

Такое построение формовыводных устройств объясняется прежде всего сходством их конструкций с фотовыводными устройствами для экспонирования пленок. Внутрибарабанный, внешнебарабанный и планшетный принципы построения имеют свои достоинства и недостатки. Достоинствами первого являются достаточность одного источника излучения, благодаря чему достигается высокая точность записи; простота фокусировки и отсутствие необходимости юстировки лазерных лучей, простота замены источников излучения; большая оптическая глубина резкости, простота установки перфорирующего устройства для штифтовой приводки форм. В то же время при использовании твердотельных лазеров возникают сложности при замене источников излучения.

К достоинствам внешнебарабанных устройств можно отнести невысокую частоту вращения барабана благодаря наличию многочисленных лазерных диодов; долговечность лазерных диодов; невысокую стоимость запасных источников излучения; возможность экспонирования больших форматов. Их недостатки: применение значительного числа лазерных диодов и, как следствие, такого же числа информационных каналов; необходимость трудоемкой юстировки; невысокая глубина резкости; сложность установки устройств для перфорирования форм.

И в том, и в другом случае экспонирование термочувствительных формных пластин выполняется в инфракрасной области спектра. При этом заметны преимущества внешнебарабанного принципа. Дело в том, что ИК­экспонирование требует высоких затрат энергии, а в этом случае ее источник находится на небольшом расстоянии от поверхности печатной формы. У устройств с записью на внутреннюю поверхность барабана расстояние от пластины до развертывающего элемента соответствует радиусу барабана и становится тем больше, чем больше формат пластины. Для того чтобы генерировать исключительно маленькую и резкую точку для такого расстояния, требуется дорогостоящая оптика.

Основные технические параметры различных типов формовыводных устройств

Максимальное разрешение
в среднем по типу устройств, dpi2454

Размер пятна в среднем по типу устройств, мкм15

При записи печатных форм скоростные характеристики формовыводных устройств существенно зависят от чувствительности формного материала. Барабаны вращаются сравнительно медленно. Например, при записи термочувствительных материалов частота вращения барабана составляет 150 об./мин. Более короткое время экспонирования печатной формы достигается увеличением числа лазерных диодов. При этом вероятность сбоев при работе возрастает с увеличением числа диодов.

Таким образом, если рассматривать тенденцию дальнейшего развития систем CtP, то можно заметить, что для форматов печатных форм до 70x100 см существуют одинаковые условия для обоих принципов записи изображений. Для больших форматов печатных форм определенные преимущества имеет техника с внешним барабаном. Планшетный способ широко применяется в области форматов до 50x70 см для газетного производства. Причем в последнем случае его преимущества объясняются именно небольшими форматами и достаточностью относительно низких разрешений.

Сравнительный анализ схем построения лазерных формовыводных устройств можно провести по основным техническим параметрам, присущим тому или иному типу устройства. В таблице приведены значения технических параметров формовыводных устройств, в том числе параметров, значения которых получены расчетом среднестатистических значений при рассмотрении технических характеристик 200 моделей формовыводных устройств.

Формовыводные устройства, как уже отмечалось, по принципу действия и конструкции во многом аналогичны фотонаборным автоматам. На вход формовыводного устройства поступают цифровые данные в виде матрицы экспонирования, подготовленной с помощью RIP. Результатом работы устройства является экспонированная пластина, которая после обработки становится печатной формой. Некоторые формные материалы не требуют обработки и после экспонирования готовы к использованию в печатном процессе.

Основой лазерных формовыводных устройств является оптико­механическая система, в зависимости от конструкции содержащая один или несколько лазеров, модулятор, телескоп, фокусирующую линзу, поворот ные зеркала, вращающийся зеркальный дефлектор, механизм крепления и перемещения формной пластины, механизм перемещения оптической или термической головки.

Конструкция устройства с плоскостной записью формных пластин, соединенного в линию с проявочным процессором, представлена на рис. 2. В этом формовыводном устройстве в качестве источника света использован лазерный диод с длиной волны 633 нм.

Рис. 2. Формовыводное устройство с плоскостной записью форм

Специальная оптическая система имеет двойную фокусировку луча: до и после многогранного зеркала. Оптическая система компенсации нелинейности развертки и угла поворота луча обеспечивает точное соблюдение геометрических размеров изображения.

Для обеспечения высокой скорости подачи информации на модулятор лазера используется буфер на двух жестких дисках емкостью по 1 Гбайт. Пока информация с одного диска выводится на пластину, растровый процессор записывает следующую битовую карту на второй диск. Такое решение позволяет осуществлять плавное движение пластины в зоне экспонирования с постоянной скоростью, обеспечивая высокую точность совмещения.

Благодаря высокой скорости работы (1014 мм/мин) при низком разрешении (1200 dpi), устройство незаменимо для газетного производства.

Формовыводное устройство обеспечивает гарантированную точность совмещения 25 мкм на четырех последовательных пластинах, что при разрешении до 3000 dpi позволяет использовать машину для подготовки форм самого высокого качества. При этом скорость записи составляет около 200 мм/мин.

Существуют плоскостные устройства, в которых запись изображения на формной пластине осуществляется методом субрастрового сканирования (рис. 3).

Рис. 3. Схема формирования изображения при субрастровой форме записи

В этом случае записывающая головка, оснащенная лазером 1, зеркалом 2, акустооптическим модулятором 3 и фокусирующим объективом 4, совершает непрерывное возвратно­поступательное движение по одной оси координат и стартстопное поступательное движение по другой оси. Акустооптический модулятор 3 работает в режиме акустооптического дефлектора, производя одновременно модуляцию и отклонение луча перпендикулярно возвратно­поступательному движению записывающей головки. Таким образом, за один проход головки от одного края пластины 5 до другого записывается целая полоска изображения небольшой ширины. После записи полоски на пластине, размещенной на вакуумной плите, записывающая головка перемещается на ширину этой полоски и, возвращаясь в исходное положение, записывает следующую полоску и т.д. В результате изображение на формной пластине формируется из отдельных полосок, записанных ортогональными точечно­растровыми строками небольшой длины.

В этом устройстве записывающая головка, оснащенная лазером, акустооптическим дефлектором и фокусирующей оптикой, сканирует поверхность формной пластины. Конструкция механизма перемещения записывающей головки по двум координатам представлена на рис. 4.

Рис. 4. Конструкция механизма перемещения записывающей головки: 1, 2, 3 — поле изображения для разных форматов пластин; 4, 5 — направляющие; 6 — вакуумная плита; 7 — записывающая головка

Формовыводное устройство (рис. 5) оснащено тремя кассетами для формных пластин и механизмом их смены 1. С помощью устройства подачи 2 пластина размещается на вакуумной плите 3, над которой перемещается в двух направлениях записывающая головка 4. По окончании экспонирования пластина по транспортеру 5 подается в процессор 6 для обработки форм.

Рис. 5. Схема плоскостного формовыводного устройства с субрастровой записью

Рис. 6. Оптическая схема формовыводного устройства

При этом разрешение составляет от 1270 до 3386 dpi, а повторяемость форм — 5 мкм. Время записи формы зависит от разрешения и формата пластины. Для формата 650x550 мм при разрешении 2032 dpi оно составляет 3,3 мин.

Некоторые формовыводные устройства в зависимости от того, какой тип пластин (светочувствительные или термочувствительные) предполагается использовать, могут быть оснащены разными лазерами. На рис. 6 представлена оптическая схема устройства, которое может иметь FDYAG­лазер мощностью 10 мВт с длиной волны 532 нм или NDYAG­лазер мощностью 100 мВт с длиной волны 1064 нм.

Оптическая система устройства (см. рис. 6) обеспечивает высокоточную запись изображения с разрешением 1270, 1692, 2540 и 3386 dpi. В этой системе луч NA YAG­лазера 1 с длиной волны 532 или 1064 нм проходит через затвор 2, плоскопараллельную пластину 3 и модулируется акустооптическим модулятором 4. В зависимости от требуемого разрешения поворотом турели 5 на оптическую ось устанавливается одна из линз, которая соответственно разрешению формирует апертуру лазерного луча.

Мощность лазерного излучения контролирует фотодиод 6. Для ослабления мощности и приведения ее в соответствие со светочувствительностью формных пластин служат поглощающие светофильтры, расположенные на турелях 7 и 12. Причем на турели 7 установлены светофильтры кратностью 1, 8, 64, 256 и 1024, а на турели 12 — кратностью 1, 2 и 4. Пройдя один из светофильтров на турели 7, лазерный луч отражается от зеркал 8 и 9 и направляется в оптическую головку 10.

Зеркало 9 неподвижно, а зеркало 8 может менять свое положение по двум осям координат и тем самым изменять направление отраженного от него луча в небольших пределах. Изменение положения зеркала 8 осуществляет пьезоэлемент, с которым оно жестко соединено. Управление отклонением луча производится подачей на пьезоэлемент электрического напряжения. Для определения величины и направления отклонения зеркала 8 служит фотодиодный датчик 11 положения луча.

Датчик 11 и зеркало 8 на пьезоэлементе являются соответственно измерительным и исполнительным элементами системы коррекции пространственного положения луча, призванной компенсировать погрешности в траектории сканирования сфокусированным лучом формной пластины. Эти погрешности могут возникать за счет неточности изготовления механизма перемещения оптической головки 10, вибраций, износа опор вращения развертывающего элемента 15. Зеркало 9 направляет лазерный луч через один из светофильтров турели 12 в фокусирующий объектив 13. Объектив 13 имеет привод от шагового двигателя, с помощью которого он устанавливается на оптической оси в положение для наилучшей фокусировки луча для пластин разной толщины.

Развертку точечно­растровых строк на формных пластинах, надежно закрепленных вакуумной системой на внутренней поверхности неподвижного барабана 17, осуществляет вращающаяся пентапризма 15. Она закреплена на валу электродвигателя 16 и вместе с объективом 13, турелью 12 и датчиком 11 входит в состав оптической головки 10. Развертка изображения по всей поверхности осуществляется перемещением головки 10 при непрерывном вращении пентапризмы 15. Датчик 14, состоящий из пары светодиод — фотодиод, определяет начало линии развертки изображения при каждом обороте пентапризмы.

Изображения полос экспонируются в зависимости от используемой пластины с растром 80 lpi, причем репродуцируются градации от 2 до 98%.

Запись изображения на формных пластинах в устройствах с расположением пластин на внешней поверхности барабана может осуществляться методом однолучевого или многолучевого сканирования. В первом случае они оснащены одним лазером, экспонирующим светочувствительный или термочувствительный слой формного материала. Для многолучевого сканирования записывающая головка формовыводного устройства содержит несколько лазеров (лазерных диодов). При этом число экспонирующих лазерных лучей может быть равно или больше числа лазеров.

Развитие лазерных технологий записи печатных форм и цифровых технологий допечатной подготовки изданий стало определяющим фактором создания цифровых печатных машин.

Окончание. Начало см. в КомпьюАрт № 4, 6 и 7’2012

КомпьюАрт 9'2012