功能部件與工藝步驟課件

1、結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)計4.1 系統(tǒng)配置方案單元設(shè)計概念印刷單元排列多次通過系統(tǒng)一次通過系統(tǒng)單元設(shè)計概念 單元設(shè)計思想：來自膠印機(jī)，每一個印刷單元（色組）功能完備，包含潤版、輸墨和轉(zhuǎn)印等必須部件，功能各自獨立而又相互連接；柔性版印刷機(jī)和凹版印刷機(jī)的設(shè)計思想與膠印機(jī)類似，但由于轉(zhuǎn)印工藝的不同，印刷單元包含的部件會有差異。數(shù)字印刷機(jī)：必須包含成像部件，工作方式與CTF 或CTP 類似，成像操作由計算機(jī)控制；結(jié)果：數(shù)字印刷有條件組合為計算機(jī)控制下的一體化復(fù)制工藝鏈，建立高度集成的信息處理和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，成像結(jié)果必須立即使用，輸墨和轉(zhuǎn)印等步驟與成像操作密切相關(guān)，無需分解為制版和印刷兩個獨立的工藝步驟。數(shù)字控制工作方

2、式延伸：成像操作的計算機(jī)控制井不局限于輸墨和轉(zhuǎn)印，可延伸到更后端的墨粉熔化和定像工藝，甚至延伸到折頁和裝訂等印后加工步驟。 單用途設(shè)備與多用途設(shè)備：計算機(jī)集成控制的概念應(yīng)用到印刷領(lǐng)域后產(chǎn)生了JDF標(biāo)準(zhǔn)，并出現(xiàn)了以JDF標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的數(shù)字工作流程，有必要區(qū)分單用途設(shè)備和多用途設(shè)備，因為在定義節(jié)點和組織節(jié)點樹時必須考慮設(shè)備的差別；意義：根據(jù)JDF標(biāo)準(zhǔn)，多用途設(shè)備由于可以執(zhí)行多哥生產(chǎn)過程而適合于定義為組合過程節(jié)點，有利于構(gòu)造出高效率的生產(chǎn)系統(tǒng)?？刂撇考罕举|(zhì)并不意味著必須為每一個印刷單元單獨配置計算機(jī)，因為一臺計算機(jī)解釋的數(shù)據(jù)可以為多個印刷單元所利用，只要將計算機(jī)產(chǎn)生的成像信號分配到各印刷單元即可；頁

3、面對象解釋：由于計算機(jī)只需要一臺，因而也沒有必要為每一個印刷單元配備柵格圖像處理器。 單元設(shè)計概念 印刷單元排列 運動方式轉(zhuǎn)換：旋轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)變換（例如齒輪箱）、旋轉(zhuǎn)運動到平動變換（例如曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）。機(jī)構(gòu)設(shè)計：數(shù)字印刷機(jī)必須有機(jī)械部件的配合才能實現(xiàn)預(yù)定操作，結(jié)構(gòu)設(shè)計需考慮運動方式的組合與變換；靜電照相數(shù)字印刷系統(tǒng)：運動變換涉及與光學(xué)元件的配合，比如光線從旋轉(zhuǎn)鏡表面反射時必須兼顧光路設(shè)計與運動傳遞的關(guān)系；噴墨印刷：機(jī)構(gòu)設(shè)計相對簡單；按需噴墨：打印頭沿水平方向往復(fù)運動，紙張沿垂直方向作直線運動，兩者配合才能產(chǎn)生印刷圖像，但走紙機(jī)構(gòu)必須用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動；連續(xù)噴墨：使用頁面等寬打印頭，因而只需考慮紙張的驅(qū)

4、動機(jī)構(gòu)就可；熱轉(zhuǎn)移和熱升華：與連續(xù)噴墨印刷系統(tǒng)或往復(fù)式按需噴墨系統(tǒng)類似，熱轉(zhuǎn)移或熱升華打印要求在頁面寬度方向產(chǎn)生等距離分布的多束激光，設(shè)備生產(chǎn)成本較高。印刷單元排列 順序排列：印刷單元沿直線方向依次排列，占用空間大，紙張沿直線方向順序通過轉(zhuǎn)印間隙；衛(wèi)星排列：印刷單元依次沿轉(zhuǎn)印滾筒周向排列，要求采用直徑較大的轉(zhuǎn)印滾筒，占用空間小，與順序排列相比結(jié)構(gòu)更緊湊，紙張沿轉(zhuǎn)印滾筒周向走過轉(zhuǎn)印間隙。 多次通過系統(tǒng)彩色印刷前提：多次輸墨，要求多次成像；多次成像：可由一個或多個成像裝置實現(xiàn)，例如佳能CLC 雖然只有一個激光器，但激光束由旋轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)分解成了四束，可認(rèn)為包含四個成像裝置。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異：成像裝置的生產(chǎn)

5、成本較高，需要降低系統(tǒng)的整體生產(chǎn)成本時可一個成像裝里與多個輸墨裝i 配對使用，結(jié)構(gòu)安排更緊湊，但必然影響系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，因為紙張需反復(fù)走過轉(zhuǎn)印間隙；多次通過系統(tǒng)：紙張多次走過同一轉(zhuǎn)印間隙的彩色系統(tǒng)，例如佳能CLC 300 。多次通過系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) 多次通過系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)：光導(dǎo)皮帶結(jié)構(gòu)日立Bealnstar 以及衛(wèi)星排列柯尼卡Matsuchita 彩色數(shù)字印刷系統(tǒng)。 一次通過系統(tǒng) 一次通過系統(tǒng)：雖然紙張需走過多個轉(zhuǎn)印間隙，但由于紙張走過的不是同一轉(zhuǎn)印間隙，因而稱為一次通過系統(tǒng)。無中間滾筒的一次通過系統(tǒng)：印刷單元順序排列；每個印刷單元均包含成像和輸墨裝i ，紙張四次走過轉(zhuǎn)印間隙，每一轉(zhuǎn)印間隙完成一種主

6、色油墨轉(zhuǎn)移；四次轉(zhuǎn)印結(jié)果的要加形成彩色印刷圖像，工作方式類似于四色膠印。 一次通過系統(tǒng) 一次通過系統(tǒng)集中轉(zhuǎn)移一次通過系統(tǒng) ：印刷單元順序排列；每個印刷單元均包含成像和輸墨裝置；油墨先轉(zhuǎn)移到中間載體表面，再集中轉(zhuǎn)移到紙張表面；紙張一次走過轉(zhuǎn)印間隙，類似轉(zhuǎn)移印花。 一次通過系統(tǒng)衛(wèi)星排列非集中轉(zhuǎn)移一次通過系統(tǒng)：印刷單元衛(wèi)星排列；每個印刷單元均包含成像和輸墨裝置 , 紙張由抓紙機(jī)構(gòu)保持在大直徑轉(zhuǎn)印滾筒上；衛(wèi)星式排列非集中轉(zhuǎn)移一次通過彩色數(shù)字印刷系統(tǒng)的每一個印刷單元通常都包含中間滾筒，四個中間滾筒與轉(zhuǎn)印滾筒組成四個轉(zhuǎn)印間隙，紙張沿圓周方向依次通過這四個轉(zhuǎn)印間隙，形成彩色圖像。 一、基于離子成像的印刷單元

7、概念和印刷系統(tǒng) 1. 印刷單元 電荷圖案加到旋轉(zhuǎn)且有絕緣涂層的皮帶上，為了保護(hù)這種高級圖像載體，彩色圖像先轉(zhuǎn)移到中間載體（包括旋轉(zhuǎn)皮帶）；紙張預(yù)熱是多階段固化工藝一部分，此后即可轉(zhuǎn)印了。 2. 印刷單元實樣 首先在單色印刷系統(tǒng)中使用，適合 于印刷帶個性化內(nèi)容的表格、支票或其 他商業(yè)文檔。 二、Delphax離子成像數(shù)字印刷系統(tǒng) 1999年推出，型號Delphax 1300，記錄分辨率600 dpi，印刷速度每秒鐘1.5米，卷筒供紙。到1999年底時，Delphax成為施樂的整體合作伙伴。下圖是離子成像數(shù)字印刷工作原理。 一、中間載體離子成像數(shù)字印刷系統(tǒng) 卷筒紙印刷，經(jīng)中間載體完成印刷，各分色頁

8、集中到中間載體(鼓)上。二、直接轉(zhuǎn)印離子成像印刷系統(tǒng) 與中間載體離子成像數(shù)字印刷系統(tǒng)區(qū)別：呈色劑轉(zhuǎn)移沒有壓印滾筒參與，轉(zhuǎn)印過程在卷筒紙走過四個成像和輸墨裝置后即告完成。 一、直接轉(zhuǎn)移多次通過系統(tǒng) 1. 設(shè)計特點：在不使用圖像載體的情況下印刷，例如離子成像和涂有絕緣材料的紙張一起使用，成像結(jié)果直接復(fù)制到紙張。 2. 工作原理：離子源使絕緣涂層紙張帶電，利用紙張表面電荷轉(zhuǎn)移呈色劑，直接在紙張上產(chǎn)生印刷圖像，類似于噴墨印刷。 光記錄成像結(jié)構(gòu) 光源：激光和發(fā)光二極管；多光束掃描成像系統(tǒng)：多個激光二極管構(gòu)成，歸結(jié)為尋求小尺寸激光二極管；旋轉(zhuǎn)棱鏡激光掃描成像系統(tǒng)：關(guān)鍵在于棱鏡旋轉(zhuǎn)速度控制，以及如何保證成像

9、點的等距離均勻分布和到達(dá)記錄介質(zhì)光斑尺寸和形狀的一致性；發(fā)光二極管陣列成像系統(tǒng)：發(fā)光二極管排列成頁面寬度成像結(jié)構(gòu)，發(fā)光二極管陣列固定，成像精度由成像鼓的旋轉(zhuǎn)運動精度保證。 4.2 印刷單元成像典型結(jié)構(gòu)分析光記錄成像結(jié)構(gòu)往復(fù)式噴墨打印頭頁面寬度噴墨頭光記錄成像結(jié)構(gòu) 數(shù)字微鏡成像系統(tǒng)：數(shù)字微鏡器件不是光源，而是新型光線控制開關(guān)技術(shù)，必須與激光器或發(fā)光二極管配合使用，由德州儀器公司開發(fā)，成像時數(shù)字微鏡器件靜止不動；光閥控制系統(tǒng)：也是光線開關(guān)控制技術(shù)，與日常生活遇到的閥門類似，也適合于計算機(jī)直接制版等光成像領(lǐng)域，成像時光閥部件等靜止不動，成像鼓旋轉(zhuǎn)。往復(fù)式噴墨打印機(jī) 家庭和辦公室臺式打印機(jī)：打印頭獨立

10、于設(shè)備本體，墨水容器與噴嘴陣列裝配在一起，墨水用完后可隨時更換；大規(guī)格噴墨打印機(jī)：也采用往復(fù)式結(jié)構(gòu)，由于墨水消耗量太大，打印頭不能獨立于設(shè)備本體，往往將墨水容器（墨盒）獨立出來的方法，打印時由墨盒對打印頭連續(xù)供墨，往復(fù)式結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)意義：避免使用頁面寬度打印頭，降低設(shè)備生產(chǎn)成本；優(yōu)點：設(shè)計簡單，無需墨滴偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及不參與打印墨滴的攔截與回收系統(tǒng)。 頁面寬度噴墨頭 適用場合：連續(xù)噴墨印刷系統(tǒng)；特點：墨滴形成頻率很高，但需要控制墨滴參與和不參與記錄狀態(tài)，應(yīng)附加不參與墨滴回收裝置 ，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；典型例子：科達(dá)萬印，輸出速度達(dá)每小時1 萬印，每個噴嘴尸均可以噴射出連續(xù)墨水射昌流，每一墨滴由偏轉(zhuǎn)電極昌獨立控

11、制；噴嘴：兩個電縣子噴頭組合，其中之一是蝕刻在金屬板上的單列小孔。 發(fā)光二極管打印頭的精度問題 當(dāng)前水平：由于固相擴(kuò)散技術(shù)的成熟，已經(jīng)能生產(chǎn)出每英寸包含1000 多個發(fā)光二極管的芯片；關(guān)鍵技術(shù)：尺寸減小后，發(fā)光強(qiáng)度上升為主要矛盾；成像精度：完全取決于發(fā)光二極管的生產(chǎn)工藝，制備發(fā)光二極管芯片的生產(chǎn)工藝能達(dá)到的精度即成像精度；關(guān)鍵：保證發(fā)光二極管在單位距離內(nèi)的分布密度已變得不太重要，問題歸結(jié)為能否發(fā)出強(qiáng)度足夠的光，以及各發(fā)光二極管發(fā)射光強(qiáng)度的均勻性；研究結(jié)果：以固相擴(kuò)散法生產(chǎn)的發(fā)光二極管的平均發(fā)射光強(qiáng)度8 . 5 uw ，波動誤差在10 內(nèi)。 激光成像精度控制關(guān)鍵：如何準(zhǔn)確地控制棱鏡的反射光束以等

12、距離步長在光導(dǎo)鼓表面曝光；分析：激光束在光導(dǎo)鼓表面的水平移動距離決定于反射鏡的角位移，又與步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)精度有關(guān)；步進(jìn)電機(jī)運動：不能以等角速度旋轉(zhuǎn)，以避免產(chǎn)生相等的角位移并進(jìn)一步導(dǎo)致不同的水平偏轉(zhuǎn)量；結(jié)論：不能用交流電機(jī)驅(qū)動，需改用直流電機(jī)，使反射鏡作步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)。 墨滴偏轉(zhuǎn)控制 基本要求：墨滴形成位置處在充電極作用范圍內(nèi)，使墨滴帶有足夠數(shù)量的電荷；偏轉(zhuǎn)：墨滴飛行期間受橫向電場力作用時即能產(chǎn)生垂直偏轉(zhuǎn)；墨滴帶電量限制：( l ）避免電荷產(chǎn)生的靜電力滴表面張力抵消，可利用Reyleigh 公式估算（2 ）避免靜電排斥力導(dǎo)致對墨滴鏈正常線性結(jié)構(gòu)的干擾，在充電電壓作用下使墨水到處噴濺；措施：為了準(zhǔn)確控

13、制充電電壓在墨滴上產(chǎn)生的電荷量，有必要使墨滴形成位置的電壓保持為常數(shù)，例如與接地電壓相等。 4.3 精度控制發(fā)光二極管打印頭的精度問題激光成像精度控制墨滴偏轉(zhuǎn)控制墨滴斷裂控制加熱脈沖控制靜電照相多色印刷的套印精度控制墨滴斷裂控制 連續(xù)噴墨射流:墨水離開噴嘴后，射流在穿過空氣飛行時形成層流運動，液體表面張力導(dǎo)致圓柱狀射流，但墨水剛脫離噴嘴時射流不會斷裂；墨水粘性影響：射流飛行速度因受到干擾而發(fā)生變化，射流直徑略為收縮，射流以高速運動且受紊流狀干擾流作用時，墨水無法保持連續(xù)噴射；關(guān)鍵：墨水從層流噴射轉(zhuǎn)換到紊流與噴嘴的特征比L/d有關(guān)，L 和d分別表示噴嘴長度和直徑，噴墨印刷必須保證層流噴射，因而對

14、墨水流體動力性能的研究以層流噴射為重點。（墨滴斷裂計算公式略） 加熱脈沖控制 基本任務(wù)：確定熱噴墨打印頭內(nèi)的壓力傳播；基本假定：設(shè)水基墨水的墨滴噴射運動為墨水在圓管中的層流運動，且墨水為不可壓縮流體；驗證方法：通過雷諾數(shù)以及1 um 條件下的聲音反射判斷熱噴墨打印墨水的層流和不可壓縮流體假定是否成立；結(jié)果：按物理模型算得雷諾數(shù)等于450 （臨界數(shù)字1 160 ) ,雷諾數(shù)大于1 160 時可能改為紊流，1 us內(nèi)墨水腔的聲音反射系數(shù)等于20 時墨水的不可壓縮性假設(shè)條件成立。 靜電照相多色印刷的精度控制例子：Panasonic 公司DP 一CL16 小型彩色激光打印機(jī)；基本結(jié)構(gòu)介紹：四個彩色墨粉

15、暗盒呈風(fēng)扇狀，每個暗盒中包含光導(dǎo)鼓，顯影、充電和清理裝置 各一個，裝配成一個集成旋轉(zhuǎn)裝置 ，整機(jī)只使用一個熔化裝置 和激光器。誤差來源：光導(dǎo)鼓的實際加工半徑往往高于或低于設(shè)計值，機(jī)械畸變會引起印刷速度波動，并進(jìn)一步造成套印誤差。套印不準(zhǔn)的主要原因：首先，四個光導(dǎo)鼓的尺寸加工誤差很難避免，由此必然引起套印不準(zhǔn)；其次，光導(dǎo)鼓隨集成墨粉暗盒一起旋轉(zhuǎn)時，由于四個鼓的旋轉(zhuǎn)運動交替進(jìn)行，有可能導(dǎo)致光導(dǎo)鼓的定位誤差；第三，光導(dǎo)鼓旋轉(zhuǎn)時可能產(chǎn)生角速度波動，導(dǎo)致套印不準(zhǔn)。 靜電照相多色印刷的精度控制 原則：在不使用精密機(jī)械加工部件的情況下避免套印不準(zhǔn)；精度控制：水平掃描精度由光學(xué)系統(tǒng)保證，問題歸結(jié)為如何通過機(jī)械

16、結(jié)構(gòu)保證光導(dǎo)鼓的旋轉(zhuǎn)運動精度，補(bǔ)償成像部件的機(jī)械加工誤差導(dǎo)致的垂直成像誤差；具體措施：光導(dǎo)鼓兩側(cè)用夾緊聯(lián)軸器中心定位，聯(lián)軸器端部呈錐形，在對準(zhǔn)光導(dǎo)鼓中心孔時起自動導(dǎo)向作用，兩端的聯(lián)軸器對壓后，帶動光導(dǎo)鼓作剛性轉(zhuǎn)動，保證鼓體的角速度均勻一致 靜電照相多色印刷的精度控制 光導(dǎo)鼓偏心控制:必要性；光導(dǎo)鼓加工誤差難避免，再考慮到光導(dǎo)鼓表面還需要涂布一層光導(dǎo)材料，或多或公在偏心轉(zhuǎn)動；運動關(guān)系分析：光導(dǎo)鼓因夾緊聯(lián)軸器定位而能以恒定角速度w旋轉(zhuǎn)，但為了保證轉(zhuǎn)印皮帶與光導(dǎo)鼓接觸點的運動速度一致，轉(zhuǎn)印皮帶只能以恒定的線速度v 運動；偏心校正機(jī)制：長半徑光導(dǎo)鼓偏心，激光束曝光結(jié)果使圖像單元伸長，但轉(zhuǎn)印皮帶的線速度

17、高而使圖像單元縮短；短半徑光導(dǎo)鼓偏心，激光束曝光得到的結(jié)果使圖像單元縮短，但轉(zhuǎn)印皮帶的線速度低而導(dǎo)致圖像單元伸長。輸紙與收紙 一般結(jié)構(gòu)：摩擦輪走紙驅(qū)動，僅靠左、右兩個導(dǎo)向輪定位紙張的直線走紙方向；成像對運動控制要求：成像操作在理想的二值化平面上展開，意味著數(shù)字印刷系統(tǒng)假定記錄介質(zhì)坐標(biāo)原點總是與系統(tǒng)認(rèn)定的二值化平面的坐標(biāo)原點一致；輸紙機(jī)構(gòu)：要求紙張以均勻的速度前進(jìn)，左右不能搖擺；膠印機(jī)輸紙機(jī)構(gòu)：配備由遞紙、前規(guī)和側(cè)規(guī)等機(jī)構(gòu)組成的輸紙裝置，紙張通過分紙機(jī)構(gòu)從紙堆分離出來后，在輸紙機(jī)構(gòu)的控制下平穩(wěn)而準(zhǔn)確地輸送到定位部件，膠印機(jī)一般使用傳送帶式遞紙機(jī)構(gòu)或真空吸氣帶式遞紙機(jī)構(gòu)兩者之一；高精度輸紙控制數(shù)字

18、印刷機(jī)：惠普Indigo 彩色數(shù)字印刷系統(tǒng)，輸紙機(jī)構(gòu)與膠印機(jī)類似；收紙：收紙裝置與印刷質(zhì)量無關(guān)，只需與印刷速度匹配就可；普通單張紙彩色數(shù)字印刷機(jī)：連續(xù)輸出頁面的重復(fù)精度不太高，正反面定位誤差最為典型。 4.4 輔助機(jī)構(gòu)輸紙和收紙雙面印刷印后加工輸紙與收紙施樂IGEN3輸紙技術(shù)：自動紙盒切換，運行中裝紙：真空吸附、穿梭式供紙；多張檢測：自動調(diào)整紙張卷曲等。雙面印刷實現(xiàn)方法：與系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)，但雙面印刷的機(jī)構(gòu)設(shè)計很少會與成像、輸墨和轉(zhuǎn)印工藝直接相關(guān)，只是機(jī)構(gòu)設(shè)計問題：主要考慮因素：設(shè)備生產(chǎn)成本；必要條件：配置臨時收紙裝置，紙張翻轉(zhuǎn)后再次輸紙以實現(xiàn)對另一面的印刷，例如佳能CLC衛(wèi)星排列一次通過彩色數(shù)字印刷系統(tǒng)。反向輸墨雙面印刷：實現(xiàn)雙面印刷最簡單的方法，但機(jī)構(gòu)設(shè)計不簡單，設(shè)備生產(chǎn)成本可能較高，通常用于高生產(chǎn)能力的彩色數(shù)字印刷系統(tǒng)；印刷單元直角排列雙面印刷系統(tǒng)：兩個印刷單元交叉排列成直角，適合于單色雙面印刷，用于彩色印刷時必須配置更多的印刷單元，導(dǎo)致成本增加。雙面印刷 印后加工分類：書刊印后加工與包裝印