Элкография: реализация канадской мечты

Дмитрий Гудилин

Электрокоагуляция

Краски

Печатающее устройство

Технологические возможности элкографии

Перспективы

Хроника разработки элкографии

После качественного скачка в начале прошлого десятилетия технологии цифровой тиражной печати некоторое время развивались достаточно вяло. Незначительное количество инноваций свидетельствовало о наступлении фазы экстенсивного развития и о подготовке к очередному рывку, который, по оценкам экспертов, должен произойти в 2004-2005 годах. Тем неожиданнее было недавнее появление совершенно новой технологии — элкографии, которая, возможно, в скором будущем заставит потесниться занявшую господствующее положение на рынке электрофотографию.

Элкография (Elcography) — технология, разработанная фирмой Elcorsy Technology (Канада). Еще шесть лет назад о ее существовании знал лишь узкий круг посвященных, хотя разработка элкографического процесса началась более 30 лет назад (см. врезку). Можно только поражаться настойчивости, с которой изобретатель элкографии Эдриен Кастинер (Adrien Castegnier) четверть века втайне от всего мира работал над совершенствованием своего детища.

Первая презентация элкографии состоялась в 1996 году на выставке NEXPO в Лас-Вегасе. Вряд ли кто-то воспринял тогда канадцев серьезно. Действительно, за несколько десятилетий развития цифровой печати специалисты видели множество прототипов устройств, в которых использовались те или иные «революционные» решения, но лишь немногие из них нашли применение в коммерческих продуктах, а признание получили и вовсе единицы. Тем не менее Elcorsy продолжала последовательное продвижение своей технологии на рынок: очередные прототипы были показаны на IPEX’98 и DRUPA’2000, а в 2001 году началась коммерческая реализация машины ELCO 400.

Электрокоагуляция

Элкография основывается на электрохимическом эффекте — электрокоагуляции (electrocoagulation). Сущность этого процесса состоит в сцеплении между собой и осаждении на одном из электродов частиц полимеров в результате электролиза. Рассмотрим этот процесс более подробно.

Между двумя электродами помещается коллоидный раствор, состоящий из воды, электролитических солей и частиц полимера. Между краской и анодом должен присутствовать дополнительный слой для пассивации поверхности последнего. При подаче напряжения на катод начинается реакция электролиза. Выделяющиеся в слое краски ионы хлорида разрушают участок слоя пассивации анода. В образовавшееся «окно» устремляются ионы железа Fe3+, отделяющиеся от поверхности анода. Ионы железа служат активаторами процесса коагуляции¹. В результате их воздействия начинается перекрестная полимеризация, сопровождающаяся изменением свойств полимера (в частности, он становится нерастворимым в воде). Одновременно происходит осаждение макрочастиц полимера на поверхности анода. При отключении напряжения процесс коагуляции немедленно прекращается.

Очевидно, что при добавлении в коллоидный раствор пигментов и при варьировании времени коагуляции описанный процесс можно использовать для записи графического изображения, что и было использовано Кастинером при разработке элкографии. Так что после открытия электрокоагуляции оставалось только разработать печатающее устройство и краски.

Краски

Краски по заказу Elcorsy были разработаны японской компанией Toyo Ink. Они представляют собой суспензию, состоящую из воды, пигмента, электролитических солей и частиц полиакриламида. Полиакриламид (ПАА) — твердое аморфное белое или частично прозрачное вещество, без запаха, растворимое в воде. Этот полимер используется в горнодобывающей, бумажной, металлургической, легкой, пищевой и нефтеперерабатывающей промышленности для флокуляции различных примесей в сточных водах.

В полиграфии полиамиды нашли широкое применение при производстве фотополимерных форм.

Печатающее устройство

Элкографическое печатающее устройство построено по ротационному принципу и включает следующие элементы (рис. 1):

• металлический цилиндр;
• устройство кондиционирования;
• устройство нанесения краски;
• записывающее устройство;
• устройство проявления;
• устройство переноса изображения;
• устройство очистки поверхности цилиндра.

Металлический цилиндр является поверхностью, на которой формируется изображение. В процессе электролиза он служит анодом. Износ поверхности цилиндра в процессе формирования изображения по заявлениям Elcorsy минимален, поэтому ресурс цилиндра составляет несколько миллионов отпечатков.

В устройстве кондиционирования при помощи валиков и щеток на поверхность цилиндра наносится тонкий слой масла, служащий для обеспечения переноса изображения на бумагу, а также для поглощения газов, выделяющихся при электролизе (указанные газы приводят к окислению электродов).

Устройство нанесения краски представляет собой инжектор, подающий жидкую краску на поверхность цилиндра. Регулирование подачи краски ограничивается обеспечением заполнения зазора между цилиндром и устройством записи изображения.

Записывающее устройство — это линейка электродов (катодов), помещенных в цилиндрический корпус. Контроллер записывающего устройства преобразует информацию об изображении в управляющие импульсы. При подаче на катод напряжения начинается процесс электролиза. Формирование элемента изображения происходит в результате укрупнения полимерных частиц и их оседания на поверхности цилиндра. Размер элемента изображения зависит от длительности активации катода (рис. 2). Для успешного протекания процесса электрокоагуляции расстояние между катодами и поверхностью цилиндра (анодом) должно составлять 50-75 мкм.

Сформированное на поверхности металлического цилиндра изображение является скрытым (в буквальном смысле этого слова!) под слоем краски. Для удаления лишней, то есть не подвергшейся коагуляции, краски, служит устройство проявления изображения — эластичный ракельный нож. Очень важным фактором является правильная установка величины давления ракельного ножа на поверхность цилиндра. В случае недостаточного давления излишки краски могут удаляться не полностью, а при избыточном давлении изображение может быть повреждено. Следует предотвратить попадание в зону контакта ракеля и цилиндра частиц пыли и грязи, которые также могут привести к повреждению изображения.

Удаленная краска перекачивается в красочный резервуар и используется затем повторно.

Перенос изображения на запечатываемый материал производится под давлением. Печатным цилиндром служит полиуретановый валик. Величина давления печатания составляет около 100 кг/см2.

Закрепление изображения на запечатываемом материале происходит в результате впитывания и (или) испарения влаги без принудительной сушки. Изображение после закрепления обладает высокой стойкостью к истиранию, так что полотно может проводиться после выхода из печатной секции через поворотные штанги.

Устройство очистки служит для подготовки поверхности металлического цилиндра к началу нового цикла. Остатки краски и масла смываются с поверхности цилиндра струей чистящего раствора. Чистящий раствор абсолютно безопасен с точки зрения экологии, для его экономии используется система рециркуляции. Качественная очистка поверхности цилиндра является обязательным условием получения при следующем цикле качественного изображения.

Технологические возможности элкографии

По замыслу Кастинера элкография должна обеспечить возможность экологически чистой печати с фотографическим качеством на традиционных материалах. Попробуем разобраться, насколько ему удалось выполнить задуманное.

Процесс электрокоагуляции имеет следующие особенности:

• высокая точность позиционирования точки;
• высокая стабильность зависимости плотности точки от времени записи (рис. 3);
• малое время записи точки.

По данным Elcorsy, максимальное значение оптической плотности точки составляет около 1,75 D. Как видно на рис. 4, растровые точки, составляющие изображение, являются трехмерными, то есть отличаются и площадью, и толщиной красочного слоя. Разрешение записи составляет 400 dpi при получении 256 градаций плотности для каждой точки.

Высокая линиатура изображения в сочетании с высокой точностью позиционирования точек и стабильной зависимостью их плотности от времени записи позволяет говорить об очень высоком качестве печати.

Время записи точки варьируется в зависимости от требуемой оптической плотности от 0,1 до 4 мкс (см. рис. 2). Это означает, что при разрешении 400 dpi максимальная скорость записи изображения может достигать 980 м/мин. Конечно, из-за многочисленных физических ограничений печатного процесса подобное значение недостижимо, однако подобный ресурс повышения производительности действительно впечатляет.

Все расходные материалы, используемые в печатном процессе, являются экологически чистыми. Печатание может осуществляться на бумагах с покрытием и без покрытия, в том числе на газетных сортах.

Перспективы

Пока Elcorsy представила на рынок только одну модель — рулонную четырехкрасочную ЦПМ секционного построения ELCO 400. Скорость ее работы достигает 120 м/мин, печать осуществляется с разрешением 400 dpi при воспроизведении до 256 градаций каждой точки. Ширина полотна составляет 457 мм, а максимальная длина отпечатка — до 18 м.

Специалисты Elcorsy полагают, что даже используемая в настоящее время схема печатающего устройства имеет значительные ресурсы и позволяет в обозримом будущем существенно улучшить многие характеристики машины, в частности увеличить скорость печатания.

Сегодня компания Elcorsy оказалась в роли «маленькой, но гордой птички», бросившей вызов таким признанным лидерам рынка цифровой печати, как Xerox и Hewlett-Packard. Остается надеяться, что она не сгорит и не будет поглощена кем-нибудь из гигантов. Ближайшие перспективы элкографии будут зависеть от эффективности маркетинговой политики Elcorsy, в частности от способности руководства привлечь серьезные инвестиции для продвижения на рынок и дальнейшего совершенствования этой технологии.

КомпьюАрт 6'2002