文献综述：纸张对激光数字印刷彩色复制性能影响的研究

本科生毕业设计（论文）文献综述学 院 轻工学院 专 业 印刷工程 导 师 杨翰林 学 生 陈梦雪 学 号 201110830542 2015年3月20日文献综述1 目的及意义近些年来，越来越多的传统印刷企业和生产部门选择了数字印刷的印刷方式进行生产，数字印刷凭借其特有的优势和宽阔的前景也越来越受到消费者的信赖和支持。“先分发，后印刷”是数字印刷概念的一种体现，主要表现出个性化印刷、可变信息印刷、即时印刷这四个特点，所以它也是一种针对用户提出的时间要求、地点要求、成本要求、数量要求与某些特定要求等来提供相应服务的一种印刷服务方式。数字印刷涉及的技术主要有三类，一是静电成像数字印刷技术，二是喷墨成像数字印刷技术，三是磁成像数字印刷技术1。其中静电成像数字印刷技术与喷墨成像数字印刷技术较为常见。静电成像技术是一种无版无压的印刷方式，它在印刷成像的过程中，既不需要印版来成像，也不需要通过压力转移图文，静电成像数字印刷的印刷综合质量可达到中档胶印的水平2，静电成像技术的成本比喷墨技术低，设备的速度也比较快，可算是目前应用最广泛的数字印刷技术，且己较多地应用于商业印刷和出版印刷等领域3。静电成像数字印刷又称电子照相技术，其基本原理是通过激光扫描在光导体上形成静电潜像，利用带电色粉与静电潜像之间的库仑力使潜像的可见，再将色粉影像转移到承印物上印刷，最后将小颗粒粉末固定在纸上从而完成成像。静电照相技术通常采用激光或发光二极管作为放电光源，其中采用激光束成像静电照相复制技术的设备被称为激光打印机或激光数字印刷机4。激光数字印刷技术正在迅速的发展，数字印刷设备的购机成本、使用成本也在大幅度下降，但是不管是传统的印刷品还是数字印刷品，人们最关心的都是印后印品的质量。色彩的准确再现和精美度是质量控制中比较难的环节，也正因为如此，激光数字印刷的颜色复制质量始终存在着一些问题和不足5，对于色彩的复制问题仍然值得人们深入探讨。彩色复制不是一个简单的过程，输出的色彩效果与印刷复制过程中各个环节都可能有关。在有效控制各工艺环节的基础上，承印材料自身的特点将直接决定数字印刷的输出质量和色彩再现效果6。纸张是激光数字印刷技术中应用最广泛的承印材料，纸张对激光数字印刷印品的颜色复制有一定的影响，不同的纸张在相同的墨粉和相同的印刷条件下也会产生不同的色彩效果，其质量的好坏也会直接影响激光印刷品色彩复制质量的好坏7。因此，研究分析纸张对激光数字印刷色彩复制的影响，为激光数字印刷在纸张方面的选择以及色彩质量的控制提供一定的参考，从而试图提高激光数字印刷产品的彩色复制质量。2 研究现状2.1 数字印刷的应用现状2.1.1 国外现状数字印刷在个性化印刷、按需印刷和短版印刷上有很大的优势。随着短版、个性化可变数据印刷的需求不断增长，数字印刷的服务领域越来越广泛。在美国数字印刷的应用已占据印刷业的主导地位。根据2011年10月美国Info Trends公司发布的“2012-2015年美国生产型数码印刷机应用预测”显示，数字印刷应用已渗透到账单、报表、图书、小册子、目录、直邮、表单等多种领域。这与数字印刷可省去模拟印刷工艺流程中许多繁琐的步骤，有效地提高生产率是息息相关的。全球印刷市场也正在从模拟印刷向数字印刷过渡。在众多领域中，数字印刷在包装领域的渗透率最高，如瓦楞纸箱、软包装、金属和硬塑料包装。2011年，数字印刷的产值和产量分别只占到了全球包装市场（价值3000亿美元）的1.59%和0.63%，尽管会一直保持增长，但它在2016年的产量也只能占到全球包装市场总产量的1%左右。北美是2011年对数字包装使用最多的地区，其次是亚洲。总的来说，发展中国家对这项技术采用速度要更快一些，但它们的基础比较薄弱。土耳其、中国、印度和巴西在2011年2016年间的年均复合增长率都达到30%以上。而在当今的数字印刷包装市场上，静电照相是最主要的印刷技术，而到2016年年底，喷墨技术在产量和产值上将全面超过前者8。自数字印刷技术问世以来，数字印刷业发展迅速，无论是国外还是国内的数字印刷市场份额均呈现大幅上升趋势。根据英国著名的印刷行业资讯公司Pira的统计，2007年全球数字印刷市场营业额高达538.9亿欧元.占整个印刷市场11%的份额。2007一2013年，其他印刷方式的市场份额都将逐渐减少。而数字印刷市场份额则保持增长。在美国PIA/GATF（美国印刷技术基金会）将2006年命名为“数字印刷年”，这一年美国传统印刷的市场比重呈下降趋势传统印刷开始受到数字印刷的冲击。2007年是美国数字印刷迅速发展的一年。2008年已经成为发展主流2012年数字印刷收入比2010年增长了5.6%。综合来看全球近几年数字印刷发展迅速，市场份额呈大幅上升趋势，全球数字印刷市场份额2009年为515亿欧元2010年为553,91亿欧元，根据之前的发展趋势，预测2014年将达864.68亿欧元，2018年达1877亿美元9。数字印刷和印后加工设备制造商在产品的速度、质量和可靠性等方面也做出了很大的改进，从而使数字印刷的盈亏临界点变得甚至比传统印刷还要高10。据悉，最新的惠普Indigo和赛康窄幅卷筒纸印刷机在印刷数量少于7000米的时候都比传统的柔印机更具有成本效率，而且短版活的比例还将继续增加。最新的B2幅面单张纸喷墨和碳粉印刷机也将目标客户锁定在了折叠纸箱印刷领域，例如富士胶片设备就能通过水性UV油墨极大地提升包装印刷的质量。另外，柯尼卡美能达公司近日也发布了美国EFI注宽幅UV喷墨设备EFI H1625 LED的相关消息。H1625 LED以图像质量、生产力以及承印材料等方面的绝对性优势引领数字印刷用户进入宽幅业务的魅力世界，为其开拓产品及服务，扩大客户范围，提升利润。作为名副其实的宽幅面打印设备，EFI H1625 LED可同时处理宽为165厘米、厚为5.08厘米的板材和卷材，其全幅画面的图像尺寸为162.6厘米。另外，该设备还配备了可伸缩的模块化输出平台，适用于不同深度的平板材料，可极大扩展业务范围11。2.1.2 国内现状在我国，以静电成像、喷墨印刷为主的数字印刷技术发展到今天，随着应用领域的拓展，以及与传统印刷互补的概念日益深入人心，已经逐步渗透到传统印刷企业12。有的企业直接引进数字印刷设备作为传统印刷的补充，有的加盟快印连锁体系，直接开设数字印刷门店，同时也有多家专业出版社引进数字印刷设备开展按需印书。在北京、上海、广州、杭州等地，到处可见街边大大小小的快印店足以证明数字印刷的确已进入我们的日常生活。数字印刷在中国的发展也孕育出了一批优秀的数字印刷企业。速必得、同昆数字、康伟数字、时浪等等各种体制的数字印刷公司在中国的数字印刷领域高速发展。但在东北、西北地区发展相对缓慢，由于当地人对数字印刷的意识不够，总拿传统胶印和数字印刷来比较导致数字印刷的利润很低13。随着数字印刷技术的发展和应用的日益广泛，数字印刷在中国的发展非常迅速，满足人们对印刷品快速化、个性化、多样性的需求。数码印刷是印刷行业发展的重点方向，并将成为印刷行业发展的一个重要支点。数据显示，2010-2015年，传统印刷所占市场的份额将下降到30%，数码印刷市场份额将达到32%。从市场需求方面来看，数字印刷市场的潜力是巨大的14。2000年是数字印刷迅速壮大的开始，2002年新增从事数字印刷企业的数量是2001年的两倍。2004年开始从事数字印刷的企业占全部企业数量的23.1%，2010年我国数字印刷市场份额约为10.64亿欧元（约合100亿元人民币），到2015年预测可达到27亿欧元（约合260亿元人民币）。目前，我国装机量最大的机型是单张纸生产型彩色数字印刷机，截至2013年7月，装机总量达到3214台，其中华东、华北、华南地区是目前采用最多的地区，在全国的占比分别为27%，25%，17%。单张纸高端彩色数字印刷机的装机量相对较多，而连续纸高端彩色数字印刷机和高速喷墨数字印刷机的数量相对较少。因为起步晚，国内的数码印刷的设备装备水平与国际领先水平相当，以柯达NexPress、富士施乐iGen3、HP Indigo 5500等为代表的高端数码印刷机在国内都有一定装机量，并且增长速度迅猛。同时以北京中献拓方、康文伟义等为代表的一批优秀数码印刷企业近年来在市场竞争中逐渐脱颖而出15。2.2 激光数字印刷的应用现状2.2.1 国外现状静电照相已经形成相当大的产业规模。有资料称，全世界静电照相设备制造、耗材生产和相关工业部门的年销售额大约1000亿美元。卡尔逊发明的静电照相技术发展成很大的产业确实是不争的事实，这得益于计算机和相关数字技术的支撑，以及现代静电照相领域不断的技术创新。静电照相技术的模拟时代在新世纪到来前已经结束，在成功的实现了从模拟到数字的变革后继续前进。黑白静电照相打印机出现在商业市场的时间在1978年，第一批彩色激光打印机则问世于1993年，数字彩色复印机的出现时间更早，佳能早在1987年就推出其数字彩色复印机，但由于价格太高而很少为人所知。基于静电照相原理的复制设备走过了从单色打印机到彩色打印机不算太长的路程后，经过从低速到中等速度、在到高速度输出的过渡时期，目前正在向接近胶印复制质量的高等级彩色静电照相数字印刷机迈进。此外，静电照相技术也经历了应用领域的转变，从家庭和办公室打印/复印领域向商业印刷乃至胶印挺进16。总的来说，从2000年年底到2001年年初的这一段短暂的时间是重要的转折点，属于中等规模领域的办公环境用主要打印机“引擎”技术发生了革命性的改变，从四色多次通过系统转移到紧凑型的一次通过结构。在该时间内静电照相设备的主要制造商先后推出了不同类型和型号的机器，例如佳能的CP2150、美能达的CF2001和施乐的DPC2220等，以施乐DPC2220紧凑型设计“引擎”为典型特征，墨粉转移采用中间接受介质。当时的普遍看法是，利用中间转移带可实现稳定的图像复制质量，但很快为图像压图像技术取代17。静电照相技术建立在光导效应和静电效应两种基本物理现象的基础上，卡尔逊的功劳在于将这两种看似毫无关系的现象联系到一起，发明了静电照相技术，经过70多年的发展，静电照相成长为两大主流数字印刷技术之一。静电照相领域不断出现的新技术，不仅克服了来自数字印刷和相关领域的许多应用方面的难题，提高了印刷质量，也极大地丰富了表面物理的理论内涵，静电照相已成为现代物理研究的重要方向之一18。静电照相数字印刷本身及其应用的发展，正在模糊办公室打印和大批量印刷的界线。网络环境的迅速发展提供了基础技术条件，也呼应着适应能力更强的彩色静电照相数字印刷机；墨粉制备工艺正稳步的从机械粉碎向化学方法发展，墨粉颗粒的尺寸和形状均匀性明显改善，为彩色静电照相数字印刷进军高质量要求的大批量印刷创造了条件；相关软件技术（例如在机图像质量控制技术）的快速发展不仅提高了印刷质量，也提升了彩色静电照相数字印刷的按需输出能力；越来越多的信息处理结果将转换成数字文件，其中也有不少文件需要硬拷贝输出，这些文件都要求快速的输出成纸质印刷品，而他们本身的界线就是模糊的19。静电成像数字印刷在2009年就巳达到576亿美元，并将在2016年达到900亿美元左右。静电照相在全球印刷市场（2010年的市场总值为6540亿美元）中所占的份额为9.4%，比2009年的8.7%有了显著增长，到2014年，静电照相在全球印刷市场中的份额将达到约13%。此外，据有关预测，静电成像印刷中的彩色印刷的产值在静电印刷市场中所占的比例将从2005年的61%增长到2015年的72%。而商业印刷是电子照相印刷市场中规模最大的一个领域，它在2009年的市场份额大约为56%，但也有预测表示，它的市场份额将在未来几年内有所下降20。我们生活在数字时代，因而可以预期的未来景象将是，各种类型的文档和信息将逐步过渡到全部改变成数字文件的形式。这种数字化的趋势将会加速，因为网络环境的不断提高为知识共享建立了良好的基础，没有数字文件的参与是难以想象的。在这样的环境下，彩色静电照相数字印刷机或打印机借助于快速启动和灵活性的优势，必然向扩展成范围更大的市场迈进，因特网环境本质上支持数字印刷21。2.2.2国内现状在国际上数字印刷比较发达的国家和地区静电照相技术应用范围非常广，呈稳步上升态势，硬件、技术水平也较高。我国的静电成像技术相对于国外始终有一定的差距，但随着近几年来我国静电成像技术的日益成熟，能适应印刷领域满足逐渐发展成型的个性化印刷、出版市场的按需印刷的过程，具有较高的印刷速度和质量，提高了印刷的效率，也为我国的印刷行业的发展做出了巨大贡献，发展前景也将更加广阔。我国以静电照相技术为主的数字印刷市场潜力巨大但应用领域主要集中在商业印刷出版、影像等领域，包装和标签印刷领域应用较少，地区发展不平衡，主要是中小规模的企业，经营模式有待进一步创新22。在我国，数字印刷设备用户的质量期望发生了很大的变化，从早期的字符印刷质量发展到黑白图像复制质量，进而又发展到高质量彩色图像，甚至与胶印质量相比，彩色静电照相数字印刷机进入商业印刷领域的最大障碍，与其说是质量不如胶印，倒不如说是用户观念，更确切的说是比较基准。静电照相数字印刷与胶印分属两种不同的印刷方法，印刷材料运用和工作原理的差异导致最终印刷效果的不同23。我国的静电照相技术相对于国外比较落后，国产设备的质量也不如进口设备。但随着近些年的发展，差距也在逐渐的缩小。一些国内的生产厂家在模仿惠普、佳能等大品牌机器的基础上也逐渐得到相应的认可。静电成像使用墨粉的制造产业经过20多年发展，已经初具规模，墨粉的开发和生产走上了自主知识产权的轨道，已能研发生产黑白墨粉和彩色墨粉，其产品既能提供给国内市场，也可出口到国外市场。但国产墨粉相对于进口品牌墨粉仍存在价格和质量上的差距24。静电成像数字印刷会继续向前发展，未来，我国的静电印刷在印刷速度、印刷质量、成本的降低以及环保方面还有大的潜力可挖，在应用领域方面，商务办公和个人个性化印刷将是静电成像印刷的重点，尤其是“云打印”技术的出现，将会给我国的静电成像印刷带来一次新的发展机遇25。技术迅速的发展，数字印刷设备的购机成本和使用成本也在大幅度的下降，数字印刷质量也在逐年的提高和改善。不管是传统的印刷品还是数字印刷品，其最后印品的质量才是人们关心的关键，而质量控制比较难的环节就是色彩的准确再现和精美度，也正因为如此，数字印刷的颜色复制质量还是存在着一些问题和不足，其颜色复制性能还是受到传统印刷的专业人士的怀疑，也使数字印刷还没有成为主流的印刷方式，影响激光数字印刷色彩复制性能的因素有很多，只是不同的因素的影响程度不同。在有效控制各工艺环节的基础上，承印材料将直接决定数字印刷的输出质量和色彩再现效果。纸张是激光数字印刷技术中应用最广泛的承印材料，纸张对激光数字印刷印品的颜色复制有一定的影响。2.3 纸张对激光数字印刷彩色复制性能影响的研究现状广西大学轻工与食品工程学院的王兆江在铜版纸色调对印刷色彩表现性能的影响一文中提到，明度系数越高、色度系数越小的纸张，其色域越大，色彩表现性能越强。不同色调的纸张，色度值、印刷灰平衡曲线、印刷色域不同，在印刷工艺需要针对性调整以保证色彩的精确复制26。陕西科技大学的张琳曾研究过纸张印刷适性与印刷品质相关性，分析了纸张相关性能对印刷品质量的影响，其中对于数字印刷常用纸张铜版纸来说，各因素的影响程度排序为：平滑度匀度指数光泽度白度吸墨性表面强度不透明度27。陕西科技大学的赵晨飞发表的浅析数字印刷纸的印刷适性一文中指出，在数字印刷中，纸张的印刷适性直接关系数字印刷品质量的好坏，而纸张的印刷适性和制浆造纸的原料、过程、加工等息息相关。在造纸过程中，正确评价数字印刷纸的印刷适性对提高数字印刷品的印刷质量具有非常重要的意义28。前人对纸张对数字印刷影响的研究中持有不同的观点和结论。浙江工贸职业技术学院的林朝荣在研究静电照相数字印刷颜色均匀性的试验中，选择了157g/m2的铜版纸和120g/m2的彩色激光纸在液体油墨和固体墨粉的两种数字印刷机下输出，得出不同纸张对于数字印刷的颜色均匀性能影响不大的结论29。在纸张对静申照相数字印刷彩色复制性能的影响论文中，上海理工大学的副教授孔玲君设计的实验选择了静电照相数字印刷机中较典型的两种设备在9种不同纸张上输出检测样张，通过对实地密度、网点扩大、阶调复制曲线、印刷相对反差和色域等质量评价指标的检测与分析，发现同一设备在不同类型的纸张输出时的色彩再现能力确实有所差异，但其差异的程度并不太大，仍处于可控制的适当范围内30。3 论文研究思路彩色复制并不是一个简单的过程，输出的色彩效果也必然会受到印刷复制流程中各个环节因素的影响，激光数字印刷机本身的色彩复制性能和承印材料特点等也将直接决定着数字印刷的输出质量和色彩效果。这些因素影响着色彩的复制从而影响了印刷的质量，因此，找到这些可能的影响因素并分析其成因，并尽可能的提出相应的解决办法，从而试图提高激光数字印刷产品的彩色质量。论文的研究思路如下：（1）通过查找国内外的相关资料了解研究项目的背景和发展现状，从而明确论文的研究目的及意义。（2）通过阅读相关书籍掌握激光数字印刷的原理、设备构造、常用纸张等涉及的理论知识。（3）掌握色彩复制基础知识，同时结合三种激光数字印刷常用纸张的特点，提出纸张可能对于激光数字印刷彩色复制性能有一定影响。（4）通过实验的方法验证纸张对激光数字印刷彩色复制性能的影响，得出相关结论，为激光数字印刷用纸的选择提供一定的参考。参考文献1 王文辉，徐振王，王雨生数字印刷现状及发展趋势探析J中国印刷，2014，（9）：57-592 蒋春华静电成像技术述J广东印刷，2012，（3）：26-273 陈卫东静电印刷VS喷墨印刷 得幅面者赢天下？J印刷技术，2011，（11）：39-404 姚海根激光成像数字印刷技术J出版与印刷，2001，（2）：33-415 林朝荣，陈鹏，曹前静电照相数字印刷颜色均匀性研究J浙江工贸职业技术学院学报，2012，12（1）：38-406 孔玲君，刘真，姜中敏数字印刷机的彩色复制性能分析J包装工程，2010，31（19）：72-767 赵晨飞纸张性能对印刷色彩控制的影响D西安：陕西科技大学，2014，15-168 王俊艳，张迎军，崔红伟数字印刷发展现状综述J今日印刷，2014，（5）：39-409 张震一我国数字印刷基本状况报告J印刷质量与标准化，2011，（9）：55-5610 韩晓良盘点个性化数字印刷设备发展现状J中国印刷，2014，（10）：55-5811 李刚渐人数字印刷时代访柯尼卡美能达数字印刷营业部部长李刚J数码印刷，2014，（11）：68-6912 孟玫数字印刷的现状与趋势探讨J印刷杂志，2014，（2）：39-4213 和欢庆国内外数字印刷发展现状J今日印刷，2006，（11）：12-1314 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