揭秘无墨印刷新技术

张桂兰

无论何种印刷方式都离不开油墨，这已经成为人们的固有观念，而无墨印刷技术无疑将打破这一观念，如果真能够实现，这必将成为一种新型的印刷技术。业界曾经出现过有关无墨印刷技术的介绍，笔者最近在查阅专利的过程中，又发现了有关“无墨印刷设备”的专利，因此对其产生了浓厚的兴趣。通过多方面资料的阅读，笔者对无墨印刷技术有了一定的认识，在此抛砖引玉，以便大家共同探讨。

“无墨印刷设备”专利

2011年7月27日，欧洲专利局发布了编号为“GB 2477139（A）”的“无墨印刷设备”专利，发明人为大不列颠的WYRES CHRISTOPHER ANTHONY、WALKER MARTIN ROBERT、JARVIS ANTHONY N、CRIDLAND JOHN。该专利中无墨印刷采用干式工艺，打印图像时不需要墨粉、墨水等成像材料，但是需要使用特定的承印材料——基板，其上要含有诸如联乙炔之类的感光呈色材料，当这些感光呈色材料曝光于合适的能量源（如激光）之下时，很容易改变颜色。为了打印所需的图像，应让激光束选择性的直接照射向基板的不同区域，从而使基板产生从无色到任意色彩的变化。

作为承印材料的基板包括底基层和感光呈色层。感光呈色层可以是在联乙炔材料中掺入红外（IR）光谱/近红外（NIR）光谱吸收材料，或者是将联乙炔材料置于红外（IR）光谱/近红外（NIR）光谱吸收材料之上。

无墨印刷机的核心部件

该无墨印刷机的核心部件为基板标记装置，其主要由辐射源和控制系统组成，如图1所示。

这个装置包括3个打印头（即打印头1、打印头2和打印头3），每个打印头都是辐射源，用于发射不同波长的辐射光。其中打印头1和打印头3可由红外（IR）辐射/近红外（NIR）辐射发射器阵列组成，也可由热敏接触式打印头组成，提供第一波长的辐射。热辐射可以具有宽的光谱或被限制在特定的频率范圍内，合适的热辐射发射器包括但不限于：红外（IR）/近红外（NIR）激光器、红外（IR）/近红外（NIR）发光二极管（LEDs）、电阻性或电感性加热元件。而打印头2由紫外线（UV）发射器阵列组成，提供第二波长的辐射，合适的紫外线（UV）发射器包括但不限于：UV激光器、UV发光二极管（LEDs）、UV灯（如汞灯或氘灯）。每个打印头中都有独立的发射器，可以单独寻址，并且可以经由驱动放大器通过微处理器单独控制。

控制系统是整个基板标记装置的核心部件，用于控制辐射机构，包括微处理器和驱动放大器。辐射源可以由微处理器直接控制或者经由一个或多个驱动放大器受微处理器控制。

无墨印刷的工作原理

在无墨印刷中，控制系统采集数字文件信息，微处理器将这些数字文件信息转换为针对每个打印头的一系列发射指令，每个打印头中独立的发射器便接收相应的数据指令，使数字文件中的特定像素映像到基板特定的点或区域，同时确定每个打印头各个发射器所需要的照射持续时间和/或强度，从而使基板上的每个点或区域的颜色变为与每个图像的颜色相匹配的颜色。

每个打印头阵列中的独立发射器都有专用的辐射导向机构。该导向机构使每个发射器发出的辐射光在基板表面形成特定的连续或不连续的照射点。该辐射导向机构由适合于每个发射器的一个或多个透镜和/或一个或多个光导纤维组成。

微处理器能进一步操控基板相对于每个打印头的移动。这种运动可以是单方向进行或多方向进行。通常，基板按图1箭头指示的方向单方向运动，即从打印头1照射的位置移动到打印头2照射的位置，再移动到打印头3照射的位置。除了基板可以运动之外，打印头也可以运动。例如，打印头的宽度比基板的宽度小时，打印头可沿垂直于图1中的箭头方向移动。

在整个运动过程中，基板按顺序依次被每个打印头中发射器发出的辐射光照射。首先，打印头1发射的红外（IR）/近红外（NIR）光被基板对应区域材料吸收，随之该区域基板温度升高，使该区域联乙炔材料从低反应状态激活到高活性状态。随后，基板在来自打印头2的UV光下曝光，引起联乙炔材料的起始聚合和变色。颜色变化的情况取决于照射区域的曝光情况。最后由打印头3发射的红外（IR）/近红外（NIR）光进一步照射，完成联乙炔材料的构象变化。合理顺序的热辐射和UV辐射，最终使基板产生从无色到任意色彩的变化。

由于每个打印头的发射器可以单独控制，因此基板每个区域的具体照射序列可被多样化控制，从而形成彩色图像。在这种情况下形成的图像其分辨率将由每个打印头形成的辐射点的大小决定，形成的点越小，分辨率越高。

对无墨印刷技术的感悟

无墨印刷技术采用了先进的科学技术，用激光、电子等手段取代传统的油墨、纸张，这是对传统印刷的一种创新与发展。

从辐射光源的角度来看，无墨印刷可以只有一个辐射光源，发出两种不同波长的辐射，也可以有两个或多个辐射光源。在颜色形成过程中，本装置采用了热辐射和UV辐射两种辐射光源，其中第一热辐射光源用以激活基板期望被标记的区域，其后的UV和热辐射光源任一种或两种都是用来引起这些区域的变色，这样基板未被激活区域的光稳定性将会明显改善，也就是说，图像质量较以前只使用一种UV光源有明显的提高。由于辐射光源发出的照射点可以很小，因此无墨印刷技术可以达到很高的图像分辨率。在科学技术高速发展的今天，采用辐射光源是很容易实现的。

无墨印刷技术的难点应该是基板问题，基板必须由感光呈色材料组成，或者在基板上填加诸如联乙炔之类的感光呈色材料。只有这种基板当接触到特定的能源（如激光）时，才能很容易地改变颜色。为了形成所需要的图像，微处理器要掌控基板相对于每个打印头的运动，使基板的各个照射区域有选择性地曝光，这样照射区域的连续色彩变化才能形成图像。可见，无墨印刷对基板的要求很高，这无疑会提高无墨印刷的成本。前些年没有在市场上站住脚的一次成像照相机，正是由于其感光呈色材料成本较高，致使其很快走向衰亡。因此，无墨印刷能否得到发展，关键取决于基板的成本，这是其能否得到市场认可的关键。