Нанография: Часть 1. Технология - Printdaily

Нанография: Часть 1. Технология

Александр Амангельдыев    •   Решения для полиграфии   •   2021.10.06
Нанография: Часть 1. Технология
Нанография: Часть 1. Технология

Посетители drupa 2012 хорошо помнят впечатляющую презентацию компании Landa — как раз тогда она выходила на рынок. Но тогда кроме обещаний, что в «ближайшее время полиграфический мир изменится», ничего существенного она не показала. Спустя 4 года, на drupa 2016, были продемонстрированы машины, но об их серийном производстве и поставках клиентам речь не шла. Но работа все эти годы продолжалась, хотя и не так активно, как, возможно, планировалось изначально. В итоге поставки машин начались во второй половине 2018 г. после ряда дополнительных инвестиций в компанию Landa. И сейчас в мире уже существенное количество пользователей цифровых печатных машин и, судя по отзывам, вполне успешных. А с лета этого года машины Landa становятся доступны и российским типографиям. Компания «ВИП Системы» стала официальным партнером Landa Digital Printing на территории России и ряда других стран. Это дает возможность предполагать, что в обозримом будущем машины этого производителя могут появится и в нашей стране. В этой связи предлагаем материал о том, в чем их главная особенность и в чем их отличие от других технологических решений.

В основе способа печати машин компании Landa Digital Printing лежит, изобретенная ее владельцем Бенни Ландой (Benny Landa) технология нанографии, точнее — нанографический печатный процесс. Нанография — это результат десятилетних исследований в области нанотехнологий и новый вид цифровой печати, который способен «поменять правила игры». В нанографии используются специально разработанные чернила Landa NanoInk на водной основе, которые состоят из особым образом подготовленного пигмента и специального связующего. Вместе они обеспечивают уникальные возможности для воспроизведения изображения. Компания производит листовые и рулонные печатные машины Nanographic Printing и обеспечивает гибкость и универсальность цифровой печати в сочетании с качеством скоростью и экономичностью офсетной печати. Эти машины способны печатать на любых пригодных для печати материалах как с покрытием, так и и без, а также на упаковочных материалах. Попробуем разобраться, в чем особенность процесса нанографии и попытаемся понять, почему его считают способным реально осуществить «еще одну революцию в печати».

Ноу-хау

О нанотехнологиях в последнее время говорят очень много и считается, что они способны радикально изменить многие виды человеческой деятельности как в машиностроении и приборостоении, так и в медицине, биологии, химии и многих других отраслях. И в полиграфии тоже. Нанотехнология — это наука о манипулировании материей на атомном, молекулярном или субмалекулярном уровне — где управляемые частицы имеют размер от 1 до 100 нанометров. Работа с такими частицами позволяет создать материалы с уникальными свойствами, получить которые иным способом нет возможности. При помощи нанотехнологий изготавливают нашумевшие нанотрубки (углеродные нанотрубки имеют самое высокое отношение прочности к весу среди всех известных науке материалов). Менее известны углеродные шары бакиболы (иное название — фуллерен). Их применение весьма широко и пока только начинается. Это и новые виды оптических затворов для лазеров, и изделия, требующие особой прочности (бакиболы вдвое прочнее алмазов), и полупроводники нового поколения и т.д.

NanoInk

В основе технологии нанографии лежат уникальные чернила NanoInk, разработанные компанией на основе нанотехнологий. При уменьшении частиц известных материалов нанометрового размера они зачастую приобретают новые необычные свойства. Например, некоторые наночастицы становятся сверхабсорбирующими в кровотоке, что позволяет создавать уникальные системы доставки лекарств.

За десять лет исследований в области нанотехнологий специалисты компании Landa обнаружили, что привычные чернильные пигменты при уменьшении размера частиц до нанометрового масштаба становятся необычайно сильными красителями с более глубокими, яркими и насыщенными цветами. На основе этого открытия Ланда разработал свои пигменты, состоящие из сверхмалых частиц размером в несколько десятков нанометров (в среднем 30-80 нм). Для сравнения: офсетные высокопигментированные краски хорошего качества имеют размер частиц в районе 500 нм, что примерно в десять раз больше. Довольно крупные, по наномеркам, размеры пигментов в офсетной печати создают ряд особенностей печатного процесса, которые ограничивают ее возможности.

Частицы офсетного пигмента большого размера не имеют определенной формы, представляют собой как бы набор камушков разного размера и формы. Попадая на поверхность такого «камушка», свет не только равномерно отражается окрашиваясь в нужный цвет, но и рассеивается. Неровная поверхность частицы пигмента этому хорошо способствует. В результате яркость и цветовая насыщенность отраженного света снижается.

Частицы пигмента в офсетной печати имеют размеры, как уже сказано, в районе 300-600 нм, При этом общая толщина красочного слоя в офсете находится в районе 1 мкм (1000 нм), что говорит о том, что в слое краски по высоте уложится всего два больших «камушка», более того, из-за того, что формы этих камушков произвольные, уложить их вплотную без просветов невозможно. То есть часть упавшего на краску света будет свободно проходить до бумаги не окрашиваясь и выходить наружу после отражения также не окрашиваясь. В результате в отраженном свете присутствует и окрашенный свет и неокрашенный, что еще больше снижает цветовую насыщенность.

Для борьбы с такими явлениями приходится увеличивать толщину красочного слоя (для низкопигментированных красок существенно), что приводит к целому ряду других проблем, среди которых и медленное высыхание красок, и увеличение оптического растискивания (или «приращение цветового тона» — tone value increase, как это теперь называется по ГОСТу). Увеличенный красочный слой обеспечивает еще большее рассеяние света, поскольку отразившийся и окрасившийся луч света может еще раз (или несколько раз) столкнуться с частичкой пигмента и рассеяться.

В общем, чем меньше толщина слоя краски, чем меньше размер частички пигмента и чем плотнее они лежат на бумаге, тем чище и насыщеннее по цвету отраженный свет. В этом и состоит один из главных принципов работы чернил NanoInk.

Другая важная особенность чернил NanoInk определяется процессом абсорбции чернил на поверхности запечатываемого материала. Чернила наносятся на запечатываемый материал очень тонким слоем (в разы меньше, чем при офсетной печати). В момент нанесения на запечатываемый материал они представляют собой уже тонкую пленку из полимерного связующего, содержащего частички пигмента. Они уже не жидкие, а имеют консистенцию густого геля и в результате не впитываются в бумагу даже немелованную, а остаются на ее поверхности. Гелеобразные чернила хорошо прилипают к запечатываемому материалу и благодаря тонкому слою быстро высыхают (полимеризуются окончательно). В результате решается еще ряд проблем печати, причем как офсетной, так и цифровой струйной.

Пигмент, содержащийся в чернилах оказывается приклеенным связующим к поверхности бумаги в виде тончайшей цветной пленки. Пигмент не проникает в слой бумаги — как это бывает при струйной печати на обычных бумагах. Он вместе с водой или другим растворителем проникает в слой бумаги и «работает» на окрашивание света существенно хуже. Более того, поверхность бумаги неровная, и капля обычных водных чернил растекается по поверхности заливая углубления и не прокрашивая выступы. В результате получаем красочное пятно неравномерное по цвету и насыщенности. Кроме того, впитывание и растекание увеличивают изначально запланированный размер пятна. Изображение искажается по цвету и мелкие детали портятся.

В офсете ситуация с растеканием и впитыванием лучше, там краска не такая жидкая, как при струйной печати, но есть проблемы другие: объемному слою краски нужно время на высыхание и его легко повредить (поцарапать, смазать и т.д.)

Чернилам NanoInk не требуется какая-либо подготовка поверхности для печати. Нет нужды в праймировании бумаги, чтобы она лучше работала с жидкими чернилами, не нужно специально тестировать и отбирать пригодные для печати материалы, как это приходится делать для других цифровых способов печати.

Закрепление чернил NanoInk также решено весьма оригинально: на бумагу наносятся чернила в виде тонкого слоя подсушенной гелеобразной массы с минимумом воды в них. Причем перенос ведется под давлением. Перенос краски в машинах Landa осуществляется привычным полиграфическим способом «давлением между валами». В итоге чернила сразу же прочно приклеиваются к поверхности запечатываемого материала. Принцип работы здесь примерно такой же, как у «клеев, активируемых давлением». При этом химический состав связующего подобран таким образом, что адгезия к запечатываемым материалам у него гораздо лучше, чем к материалу, с которого происходит перенос. Более того, адгезия у связующего «самого к себе» также выше, чем к материалу, с которого переносится чернила. В результате чернила с переносящего материала полностью переходят на бумагу. Переносящий материал (по сути, офсетное полотно специального типа) остается чистым и готовым к новому изображению, в том числе и другому.

Подобный способ нанесения и закрепления чернил дает возможность производителю говорить о том, что слой толщиной 500 нм мгновенно и прочно сцепляется с запечатыаемым материалом, не проникая в него.

Сформированные изображения прочны, устойчивы к истиранию, не трескаются на сгибах. Кроме того, нет необходимости в дополнительной сушке и очистке офсетного полотна. Это дает возможность либо сразу отправлять продукцию на послепечатную обработку, либо сразу проводить печать оборота (на рулонных машинах можно даже по схеме «резина к резине»), причем каких-то специальных противоотмарочных решений типа материала SuperBlue или специальных рубашек на цилиндры не потребуется.

Без воды

Еще одной интересной особенностью технологии нанографии является возможность избавиться от воды (и другой жидкости) в печатном процессе. Ни для кого не секрет, что вода не самым лучшим образом влияет на весь производственный процесс печати. В офсете нужно внимательно следить за балансом краска/вода — попадание воды на запечатываемый материал к хорошему не приводит. Избыток воды в балансе краска/вода ведет к резкому снижению качества печати. В технологиях струйной цифровой печати также есть немало проблем с водой. Струйные чернила, как правило, тоже на водной основе, причем даже сольвентные зачастую содержат в себе воду. Чисто сольвентные чернила считаются очень вредными и старательно вытесняются из производственных процессов. В струйном способе печати водные чернила, попадая на обычную бумагу, активно в нее впитываются, существенным образом искажая нужное изображение. Для предотвращения этого процесса бумагу приходится праймировать либо использовать специальную струйную, по сути, уже праймированную бумагу.

В нанографии чернила хоть и водные, но на бумагу вода не попадает. Чернила предварительно наносятся на промежуточный носитель, где микрокапли быстро теряют воду благодаря активному испарению, после чего сильно уменьшаются в объеме. Остается только связующее и пигмент. Концентрация микрочастиц пигмента сильно повышается, поскольку вода занимает очень большую долю объема в капле чернил. Оставшийся пигмент и связующее создают тончайший слой чернил (точнее, уже не чернил, а чего-то вроде высоконасыщенного цветного геля или клея), который в печатной паре прочно прилипает к бумаге или другому запечатываемому материалу. Решение очень интересное и эффективное. В любом другом способе печати (разве что кроме электрографии) на бумагу попадают чернила или краска, содержащая жидкую фазу, которая должна испариться или полимеризоваться (а чаще всего и то, и другое).

По эффективности нанесения и закрепления чернил у нанографии есть разве что один конкурент — УФ-отверждение, причем как в офсете, так и в струйной печати. Там тоже чернила или краска закрепляются практически сразу при попадании на запечатываемый материал, не впитываются и не растекаются по нему. Но есть одно существенно отличие. УФ-чернила и УФ-краска не теряют своего объема при закреплении. В результате концентрация пигмента в них не увеличивается до максимума, как в нанографии, а остается такой же, как в исходном состоянии. В результате нужно иметь приличный слой краски или каплю достаточно большого размера для достижения хорошей цветовой насыщенности, что в сложившемся соотношении можно считать недостатком. Толстый слой краски создает дополнительное растискивание (так называемое оптическое растискивание), более того, получить реальный толстый слой краски порой просто невозможно. В офсете есть такое понятие, как максимальный краскоперенос, и он редко бывает более 300% при четрыехкрасочной печати (при пяти-, шести-, семикрасочной печати он, кстати, такой же). В струйной печати ситуация еще сложнее. Увеличить подачу чернил в одну точку практически невозможно. Если офсетную краску еще можно накладывать одну на другую, то в струйной печати налить одни чернила поверх других очень сложно — они смешаются и загрязнят друг друга. И впитывание и растекание только увеличится. Для решения этой проблемы и нужен слой праймера, который будет удерживать в себе нужный объем чернил.

Тонкий слой чернил в нанографии легко нанести друг на друга еще до переноса на бумагу, и, поскольку воды в них уже почти нет, они не смешиваются между собой и сохраняют всю свою цветовую насыщенность. Более того, пленки чернил нанографии успешно держатся друг на друге, что позволяет успешно формировать темные участки изображения без существенного увеличения растискивания в тенях.

Еще одно важнейшее достижение нанографии — возможность печати с широким цветовым охватом. Большинство ведущих мировых торговых марок используют яркие насыщенные цвета Pantone, чтобы подчеркнуть свою уникальность и сделать визуальный образ заметным. К сожалению, стандартная палитра CMYK для офсетной печати покрывает лишь около 65% диапазона цветов Pantone. Причем не покрываются как раз яркие и насыщенные цвета — те самые, которые используются торговыми марками. В результате при печати продукции для этих торговых марок приходится почти всегда использовать дополнительные плашечные цвета. Для успешной работы печатная машина должна иметь миниум пять, а лучше шесть печатных секций, чтобы печатать продукцию для ведущих торговых марок без использования двух прогонов. Чрезвычайно маленький и стабильный размер пигментов Landa NanoInk позволяет обеспечивать превосходные показатели отражения света без поглощения и рассеивания. Цветовая палитра CMYK нанографии покрывает 84% цветов Pantone — на 30% больше, чем офсетный триадный синтез CMYK. Для решения задачи печати сложных цветов за один прогон некоторое время назад были разработаны различные технологии семицветной печати. Используются разные варианты расширения цветового диапазона. Одни технологи предполагают добавление к стандартным цветам CMYK цветов RGB (красного, зеленого и синего). Есть решения с добавленим OGB (оранжевого, зеленого и синего) а также OGV (оранжевого зеленого и фиолетового). Есть шестикрасочные решения (например, Hexachrome), есть решения с добавленим одного дополнительного цвета, но так, чтобы улучшить воспроизведения всех сложных цветов в текущем печатном сюжете. Разные решения с использованием дополнительных цветов позволяют с хорошей надежностью (2-3 ∂E) воспроизводить до 95% всех цветов шкалы Pantone.

У компании Landa есть свое семицветное решение, использующее добавление OBG (оранжевого, синего и зеленого). Получаемая палитра покрывает 96% всех цветов Pantone — на 50% больше, чем офсетный CMYK. Причем незначительный набор цветов, который не удается покрыть с хорошей достоверностью воспроизведения, не используется известными торговыми марками в качестве фирменных цветов (по крайней мере, на сегодняшний день). Таким образом, полностью устраняется необходимость в плашечных цветах, заказе отдельных смешиваемых цветов Pantone и трудоемкой процедуре смены красок или чернил и смывке печатной машины.

Ну и отметим, что все эти возможности чернил NanoInk проявляются на любых типовых запечатываемых материалах как для офсетной печати, так и для флексографии, и глубокой печати. Это может быть обычная офсетная бумага, как мелованная так и немелованная, а также газетная, легкомелованная, цифровая и т.д. Любая бумага, которой пользуется типография, может быть запечатана технологией нанографии. Аналогично: любые полимеры, запечатыаемые флексографией или глубокой печатью: полиэтилен, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, ориентированный полипропилен и многие другие.

Это, пожалуй, все, что можно сказать о базовых технологических принципах, заложенных в новое печатное решение — нанографию. В следующей статье мы поговорим о технических решениях, которые позволили воплотить нанографию в реальный производственный процесс, который уже сейчас доступен типографиям.

Компании
Landa

Комментарии