发布时间:2023-10-07 17:36:55
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对于现存的微电子设计软件进行大量分析调查后,我们发现现存的微电子设计软件都不能满足印刷微电子的设计要求,因为印刷微电子与传统微电子在生产工艺上存在很大的区别。我们计划在传统微电子设计软件的基础上,增加印刷微电子设计的个性化的软件,这就要求我们向软件开发人员提供明确的软件功能需求报告,这对大部分微电子工作人员来说,都是一项极具挑战性的工作,这就要求我们具备相当完善的知识体系,掌握计算机应用等相关学科的知识。如果缺乏对印刷微电子的全面、深入的认识,就不可能提交高质量的印刷微电子设计软件的需求分析报告。缺乏准确、全面的需求分析报告,必然会成为制约软件设计的因素,以至于软件设计人员只能借由自己对印刷微电子的主观认识和有限了解来构建软件,最终导致设计的软件并不适合于实际生产应用。为了解决这一问题,笔者在阅读大置有关印刷微电子方面资料的基础上,结合需求分析的相关知识,总结得出了,印刷微电子设计的主要流程,确定了印刷微电子设计软件的基本功能,并对印刷微电子的设计流程以及软件的功能需求做出了详细、全面的描述。
一、确定印刷微电子设计流程
如果使用传统的微电子设计软件,势必不能满足全印刷微电子设计的需求,要实现微电子全印刷,就需要在传统微电子设计软件中将印刷微电子设计的功能就加入到软件中,实现传统微电子设计与全印刷微电子设计的集成,从系统论的角度对微电子设计的流程进行整体规划,使软件的功能更加全面、强大。印刷微电子,顾名思义就是基于印刷原理的电子学。既然是以印刷的方式实现微电子制造,在电路设计之初就要考虑到印刷方面的问题:哪些器件可以由印刷的方式实现,由哪种印刷工艺实现印刷,以及印刷参数设置等。所以印刷微电子设计与传统的微电子设计存在很多不同之处,传统的微电子设计软件并不能满足印刷微电子设计。
传统PCB板的设计流程是:
1、设计目标,比如草图、器件的资料准备。
2、原理图封装准备,如果库里有的可以直接用,没有的直接绘制图形,也可以建立自己的库文件。
3、原理图绘制,将所需器件都摆好,然后根据电路要求连线。
4、原理图检查,比如连线是否正确、标号调整、封装制定等等,或使用DRC功能检查。
5、检查无误进行下一步。
6、PCB封装准备,这一步也可与第2步同时进行。
7、板框准备,将器件从原理图或网络表里导入到PCB软件里面,并设置设计规则。
8、布局,然后布线。
9、敷铜,检査。
10、生产文档准备,如器件列表,贴装图等。
而全印刷微电子的电路全部利用印刷方式来实现,原理图设计部分与传统PCB的原理图设计基本相同。与传统PCB所不同的是,在PE图设计的过程中,就要对元器件的材料、打印时序、线宽、印刷工艺、固膜方式等进行设置,无需敷铜的检查。
所以,全印刷微电子的设计流程是:
1、设计目标,比如草图、器件的资料准备。
2、原理图封装准备,如果库里有的可以直接用,没有的直接绘制图形,也可以建立自己的库文件。
3、原理图绘制,将所需器件都摆好,然后根据电路要求连线。
4、原理图检查,比如连线是否正确、标号调整、封装制定等等,或使用DRC功能检查。
5、检查无误进行下一步。
6、元件封装与放置,元件参数设置,包括材料选择,印刷时序,印刷方式和固化工艺等。
7、导线参数设置,包括材料,线宽,印刷时序,印刷方式和固化工艺等。
8、线路检查。
.9、电路仿真。
10、生产文档生成,驱动印刷设备。
与传统的生产工艺相比,全印刷微电子在生产过程中更具有连贯性,效率更高。全印刷微电子设计软件与传统的PCB设计软件相比,更方便,将电路设计的大部分工作交由软件完成,电路设计完成之后,剩下的工作就可以由打印机自动完成,省去了人力。
二、印刷微电子设计软件功能需求分析
1.印刷微电子设计软件功能需求报告是在印刷微电子需求分析的基础上结合微电子设计的特点提出来的,主要用于提交给软件开发人员来直接指导软件设计和开发的文档。印刷电子既然要以印刷的方式实现,再设计的过程中必然要考虑印刷制造的因素。以导线为例进行说明,在连接导线的过程中,除了传统微电子设计时需要的相应的参数设置外,还要对导线的印刷参数进行设罝,包括:印刷材料选择,导线的印刷尺寸(长、宽、后),印刷温度,印刷方式以及固膜方式等,同时还要考虑到印刷对导线的电性能可能造成的影响因素,并尽可能选择影响最小的印刷制造方式。
2.目前,国内有关印刷微电子设计软件功能需求的分析还不够成熟更完善具体的软件功能需求分析需要在实践中不断的总结升华。笔者主要以本研究团队的实践,以及微电子和印刷方面的知识为基础,将印刷微电子设计除去传统微电子设计的功能之外的部分概括如下:印刷材料参数设置,印刷尺寸的确定,印刷工艺设置,打印时序设置。
3.材料参数设置是在电路图设计过程中,元器件可以选择库中存在的并根据数据自己配》,也可以自己配置且满足参数要求,其中材料参数设置主要包括:材料的组成,材料的印刷尺寸以及材料的使用温度范围。
印刷工艺可以由系统根据前面材料参数的设置自动给出,用户也可以根据方便性原则手动设置,但是所选印刷方式一定要符合材料的要求。印刷工艺选择是的主要内容是:印刷方式、固化方式。其中印刷方式可以是:喷墨印刷、丝网印刷、ro11-2-roll、柔印、热转印等印刷方式。固化方式可以是UV固化或高温煅烧。不管是印刷工艺还是固化方式都回对最终电路的性能产生影响,可以将印刷和固化对电路的影响以影响因子的方式给出,已选择最合适的印刷和固化方式。
近代凸版印刷发展沿革
凸版印刷工艺曾是书刊、报刊、包装印刷的主要印刷方式。我国20世纪70年代末,先进的胶版印刷工艺逐步替代凸版印刷,凸版印刷仅在包装印刷和不干胶标签印刷领域继续应用,然而随着制版工艺的技术创新,这种印刷方式已大为改观。不干胶标签印刷主要采用两种印刷方式,一种是传统的凸版印刷方式,凸版印刷机的印刷输墨装置主要由墨斗、传墨辊、串墨辊、匀墨辊、着墨辊、印版滚筒和压印滚筒等组成。墨斗承担储存和供给油墨的作用,墨斗辊承担从墨斗中输出油墨,再经传墨辊将油墨传到匀墨辊和串墨辊。匀墨辊担负传递和碾匀油墨的作用。串墨辊在旋转运动的同时,还做轴向串动,将均匀的油墨传递到着墨辊上,再将油墨传给印版滚筒,此时承印物从印版滚筒和压印滚筒之间经过完成印刷。另一种凸版印刷发展成为现代的柔性版印刷方式。柔性版印刷机的印刷机组均装有墨斗、墨斗辊、网纹辊、刮刀、印版滚筒和压印滚筒。墨斗一般由不锈钢材料制作成密封式结构,可以保证油墨的稳定性。墨斗辊外层包裹橡胶的钢辊,主要作用是经过转动将油墨传递给网纹辊。网纹辊经过激光雕刻机根据印品需要,将表面雕刻成截面形状各异的无数大小、深浅相同的网孔穴,网纹辊接到墨斗辊的油墨后,经刮刀刮去多余的油墨,形成定量的油墨存储量,再传给印版滚筒,与压印滚筒一起完成印刷。网纹辊可以保证传墨过程中形成更薄、更均匀的墨膜,减少了网点扩大和油墨消耗量,加快了干燥速度。网纹辊的选择在印刷中是一项非常重要的因素,网纹辊的线数越高,传墨量就越少,形成的墨层越薄。反之,网纹辊线数越低,传墨量越多,形成的墨层越厚。
凸版印刷的印版形式发展轨迹代表了时代特点,主要经过手工雕刻凸版和电子雕刻凸版;热铸铅活字手工检字凸版和机械活字检字凸版;复制凸版包括纸型铅凸版、电铸凸版、橡皮凸版和塑料凸版;照相凸版包括照相锌凸版、照相铜凸版、感光树脂版,以后发展成计算机直接制版的感光树脂版,最终发展成为网纹辊定量传墨方式的突破,达到当代最先进的柔性版印刷方式。照相制版阶段应该是传统凸版印刷发展的最高阶段,因为照相腐蚀制版与胶印照相制版技术的产生与发展相关。照相凸版又称为金属凸版,是利用照相原理把原稿图文信息反映到涂有感光胶膜的金属板上,再通过化学处理制成的凸版。所用版材主要有锌板和铜板。对于一般质量要求的印品,大多采用1~2mm厚的锌板。照相锌、铜版可以制成各种较复杂的图案、文字的印版,能够满足对图文结构和规格变化的需要,还可以满足技术要求较高的包装装潢产品的特殊要求,在包装装潢印刷中曾占有一定比重,而后逐步被感光树脂版所取代。另外,照相凸版制版周期较短,设备投资较低,对多品种、小批量的包装装潢印刷更为有利。
照相凸版主要有线条凸版、网线凸版和彩色凸版3种形式,线条凸版是使用各种粗细形状不同的线条和一定面积的实地表现图文的凸印铜锌版,在有价证券、货币、邮票印刷领域至今还在应用;网线凸版也称网目调凸版,一般采用锌板或铜板版材,晒版时需加网,通过网点大小变化再现原稿的浓淡层次。铜板用来制作对印品质量要求较高的精细网目凸版,在制版过程中,为了提高印版质量,提高印刷时对原稿层次的表现,还需经过二次腐蚀,从而得到所要求的腐蚀深度;彩色凸版也称为四色凸版,通过分色工艺把彩色原稿分解成青、品红、黄、黑4张分色加网胶片,再通过晒版工艺制成4块印版,印刷时四色套印能还原原稿色彩。为了防止龟纹的产生,各种颜色版加网时应采用不同的网线角度。
近代凸版印刷技术向3个方向发展:一个方向是被胶版印刷技术替代,胶印设备已经成为市场占有率最高的印刷方式,已经垄断了新闻出版印刷、书刊印刷的全部或包装印刷绝大部分市场。近年来产生的PS版机组不干胶标签印刷机,进一步分割了凸版印刷机市场。另一个方向是产生了柔性版印刷机,利用水性油墨和网纹辊技术,成为科技发展方向性的新技术,即现在市场上出现的层叠式柔性版印刷机、机组式柔性版印刷机、卫星式柔性版印刷机、柔性版上光机和柔性版印刷专用机组等形式,广泛应用于包装印刷。由于这种印刷方式具有良好的环保性能,更多地应用在食品包装印刷。近年来,这种印刷方式已经开始进入书刊印刷领域,国外新闻印刷业也开始应用柔性版印刷方式。第三个发展方向是仍然以凸版印刷设备的传统名称发展起来的柔性版印刷设备。这种设备将感光树脂版统称为现代凸版,机器将印版上的油墨先转印到橡皮布滚筒,再转移到承印物上,因此,也称为间接凸印。由于印版无须润湿,它既有凸印墨色较厚实的优点,又避免了胶印润湿带来的弱点。但制版成本较高,橡皮布因长期受浮雕型版面的压印容易出现凹陷痕迹,使用寿命较短,因此应用不太广泛,并逐步被柔性版印刷技术所取代,从而产生了一批应用于不同领域的印刷设备。
近代柔性版印刷出现的初期,有一种采用模压橡胶凸版进行印刷的工艺,由于最初用苯胺染料配制的印刷油墨,故曾称为苯胺印刷,至今在进出口产品税目中仍然沿用这个名称。最早的苯胺印刷机于1890年由英国人首创,最初用于纸袋印刷,后来被推广到食品、药物等包装印刷。因为苯胺染料存在毒性,已被世界卫生组织禁止,所用油墨配方早已淘汰,人们也不断提出更换名称的要求。1952年在第十四届世界包装年会上,通过议决将具有可挠曲含义的印版更名为柔性版。柔性版版材由感光性聚合物,主要由合成橡胶组成,制版时需要有机溶剂显影,同时还产生醇溶性、碱溶性及水溶性的柔性印版油墨,由于水溶性油墨的环保性能突出,成为现代前途广阔的印刷方式。由于版材、水性油墨、网纹辊及印刷设备的创新改进,柔性版印刷质量有了很大提高,传统的凸印工艺被逐渐替代。
柔性版材由液状或片状的感光性树脂层、黏着剂及版基所组成。制版时,使用阴图片曝光,见光部分硬化,未见光部分在显影时可溶于显影液,在印版上形成凸起的图文部分和凹下的空白部分,经热风干燥后即制成感光性树脂版。用感光树脂版进行的网线版印刷,其网线数可达60线/厘米左右。经过版材的不断改良以及制版技术的不断进步,其分辨率也在不断提高,并形成柔性版计算机直接制版工艺,大大提高了制版效率。
柔性版印刷和凸版印刷在印刷原理上都属于凸版印刷方式,但是柔性版印刷是传统凸版印刷的更新换代技术,应用范围逐渐扩大。在推广印刷设备应用柔性版印刷技术的今天,已经出现多种柔性版印刷设备种类。最近,我国柔性版印刷领域也从包装印刷拓展到书刊印刷,出现大幅面机组式柔性版印刷机,这种设备还可以联线折页、裁切、复卷等功能,已经应用于绿色书刊印刷领域。但在印刷包装市场中还有一定数量的传统凸版印刷设备在应用,凸版印刷还在进出口设备中有一定的市场份额。瓦楞纸箱、标签、不干胶印刷领域应用的凸版印刷机现状还有一些模糊概念,值得进一步澄清。
现在凸版印刷已经不是传统概念的凸版印刷,因为版材、油墨、设备的技术水平已经发生了天翻地覆的变化,柔性版印刷设备已成为现代凸版印刷的主要发展方向。
作为重点印刷包装设备――瓦楞纸彩盒加工设备,已经快速走过技术升级和创新发展的路径,瓦楞纸板印刷设备已经进入高端。大家知道,根据瓦楞纸板用途,瓦楞纸板根据瓦楞高度、瓦楞线数、瓦楞层数或采用蜂窝瓦楞纸来提高纸板强度,瓦楞型可分类A、B、C、D、E、F、N,还有细瓦楞。但在瓦楞纸板成箱之前,印刷容易变形,最早印刷采用镂空版,用喷涂或刷涂的方法印刷,效率低、质量差,主要在工业产品、农产品等简易包装上使用。后来发展成丝网版手工印刷,质量有所提高,但效率仍很低下,并且没有实现机械化作业。随着科技进步产生了瓦楞纸印刷开槽机,自动化水平和印刷效率大幅提高,但印版仍然采用金属凸版或橡皮凸版,制版采用传统的腐蚀或雕刻制版技术,制版工艺依然落后。在柔性版印刷问世以后,瓦楞纸印刷开槽机开始采用照相制版的感光树脂版,输墨辊也开始使用网纹辊,从而使瓦楞纸印刷开槽机升级为瓦楞纸印刷开槽模切机,形成多色印刷、联线开槽、联线模切的高科技设备,并且形成一种在名称上没有体现柔性版印刷命名的环保印刷设备。此时,瓦楞纸印刷开槽机大部分还是低端印刷机,直接印刷对象仍是粗糙的瓦楞纸板。近代瓦楞纸箱已经广泛用于家用电器、食品、乳品、饮料外包装箱等高档产品的包装,随着多色印刷设备的涌现,现代瓦楞纸印刷设备开始进入高端。此时,瓦楞纸印刷不再被瓦楞纸印刷开槽模切机一种设备独享,裱纸复合技术和预印技术的不断发展,高档瓦楞纸板印刷市场被凸版、胶版、柔性版和凹版印刷所分割,高端瓦楞纸纸箱的多色印刷成为印刷包装业发展的重要领域。
我国不干胶标签印刷大量使用的设备仍然是凸版印刷机,有统计表明,设备总量占到市场的70%以上,未来的技术升级仍是艰巨的任务。不干胶标签的种类很多,如易碎标、单色不干胶、四色不干胶、普通不干胶、透明不干胶、金箔不干胶、银箔不干胶、哑银不干胶、异型不干胶、滴塑标、水晶滴塑标签等,医疗标签、电子标签,食品标签,玩具标签,模内标签等也在不断发展。因此不干胶标签印刷市场前景广阔。
圆压圆凸版间歇式不干胶标签印刷机,代表了市场上的高端凸版印刷设备。该设备为间歇式凸版印刷机,非常适合现代小批量、多品种、要求精美的标签印刷业务,间歇式印刷正在成为标签印刷的主流。这种设备采用多种先进技术,包括传动实现独立驱动,即每个色组都有单独的高性能伺服电机系统,实现各印刷机组的速度跟踪和套印精度的调整,为高精度运转和印刷提供了保证。张力控制系统也实现纸卷收放卷的自动张力控制和纸张的纠偏自动调整。触摸屏控制台上能进行大部分操作,提高工作效率。定位系统只需按下定位键,每个色组自动移至预定位置。间歇式往复运动可以实现纸张的可变印刷,克服了滚筒直径尺寸带来的周向尺寸无法调整问题,减少调整时间和纸张浪费。该机还有多项功能提供用户选择,如辊式模切装置、UV柔性版机组、色组墨键系统、覆膜装置、背面印刷色组等。
2000年,山西太行率先制造出了国内第一台柔性版印刷机,该设备采用了国际最新技术,包括网纹辊、自动纠偏、自动张力控制、UV干燥、自动检测,采用水性油墨,极大地改善了生产环境,更符合环保的要求。YT150高速不干胶商标印刷机的生产,为刚进入标签印刷的民营企业提供了物美价廉的产品。2002年,YT300往返式不干胶印刷机的试制成功,为我国自行生产高档商标印刷机开辟了一条新路。该机采用三轴伺服系统,UV烘干技术,极大地提高了印刷速度和印刷质量,尤其采用纸张往返运动,适应印刷不同版面的商标印刷,节约了成本。2005年底,又推出了YTWX5250卫星式商标印刷机,该机速度高、套印准、印品精美,适应规模化生产的厂商。这两款机型可与进口机媲美,但价格仅为进口机的一半,为用户带来良好的经济效益。作为最具绿色环保属性的印刷方式,柔性版印刷取得了令人瞩目的成绩。在柔性版印刷机领域,窄幅柔性版印刷机在标签印刷领域的应用正在快速增长,并成为国产自给率很高的高端设备。由于生产效率和印刷质量的需求,国内相当一部分标签印刷企业已经开始关注并购置窄幅机组式柔性版印刷机以替代传统的凸版印刷方式。
标签印刷市场的分割
我国目前标签印刷方式主要以凸版印刷为主,胶印也占有一定比例,柔性版印刷和其他印刷方式也占一定的比例。由于薄膜标签材料自身印刷适应性问题,凸版印刷或凹印仍是传统的印刷方式,仍占有较大的市场空间,已拥有柔性版印刷机的标签印刷企业一般也可印刷不干胶标签和薄膜标签。原来以凸印、胶印、网印为主印刷标签的企业,柔性版印刷应该是发展的方向,其市场的分割将会发生巨大变化。
1.传统凸版印刷
采用凸版印刷不干胶标签,印版已转向感光树脂凸版,印刷标签具有墨色饱满的优点,但现在凸版印刷设备档次差别较大,有的仍在使用圆压平凸印机,有的使用普通轮转凸印机,也有的采用了专业的斜背式、卫星式或机组式不干胶标签印刷机。以凸版印刷为主的专业不干胶印刷机,具备印刷薄膜标签的能力,如增加伺服电机独立控制和张力控制系统、增设薄膜表面处理单元,机器还可增加精确的自动套准,UV光源或LED烘干装置,即可完成设备升级。对于使用传统凸版印刷机印刷不干胶标签的企业,如果印薄膜标签,可以把感光树脂版换为高弹性柔性版,既能适合柔性版的水性墨或UV油墨,就可通过改变油墨的性质来适应承印物的改变。
2.传统胶版印刷
胶印是我国标签印刷企业印刷纸质标签的主要方式。胶印的特点是图文精细,层次丰富,适于大批量印刷,而且印刷设备可一机多用,既适应标签印刷的市场需求,又可以适应其他印刷品的需要。随着切纸生产线的推广应用,纸质标签的加工效率再度提高,成为大批量的标签印刷优选的加工方式。但单张纸胶印不适于印刷表面没有吸收性的薄膜,因为薄膜标签多为卷到卷印刷,需要挥发性干燥油墨,但胶印可印制较厚的塑料材料,如模内标签、标签吊牌等,但机器必须加装UV或LED固化装置。
近代,PS版窄幅不干胶标签印刷机已经批量生产,使传统胶印设备在标签市场有了更广阔的用途。
3.柔性版印刷
目前柔性版印刷品的质量不亚于胶印,甚至有其独特的绿色印刷和环境友好的特点。这种印刷工艺的机器结构简单,印刷成本低,印刷质量可与胶印、凹印相媲美,且具有比胶印产品墨层厚实,采用水性油墨和UV油墨等优势。由于柔性版的弹性较大,阶调再现性与凹版和普通凸版不同,柔性版印刷的高光到中间调的网点增大较大,印刷反差小,高光层次容易出现断层,在印刷精细图文标签时,为了弥补层次缺陷,高光部分可采用调频网点,暗调或中间调用调幅加网以提高质量。没有柔性版印刷机的标签印刷厂可引进专用于不干胶标签印刷的层叠式窄幅柔性版印刷机,此印刷机适于薄膜标签印刷。由于柔性版印刷机采用圆压圆印刷、开槽、模切,模切辊的价格高,制作周期长,因此适用于长版标签,对于短版不干胶标签需求量大的不适应。但它是一种可供技术转型或设备升级的标签印刷设备,其联线冷烫印、分切、缝合、封口等工序,提高了设备的生产效率。
4.数字标签印刷机
经过几年的应用、磨合与不断测试,目前,我公司90%以上的彩色数码样均使用数字印刷设备输出,基本替代了数码打样设备,数码样的真实性与传统印刷达到最大程度的接近,同时,借助数字印刷机,我们还可进行版式打样、可变数据印刷及个性化印刷。
本文中,笔者将以HP Indigo 5500这一在传统印刷企业中应用较为广泛的数字印刷设备为例,探讨数字印刷的色彩管理之道。
HP Indigo 5500的结构及特点
1.HP Indigo 5500的结构
HP Indigo 5500是一款单张纸彩色数字印刷机,它将HP ElectroInk液体电子油墨技术与高速电子成像技术结合,可以进行高品质的彩色印刷。其内部设计结构不同于其他数字印刷设备,而是与传统彩色胶印机的印刷原理相似,主要包括橡皮布、压印滚筒、PIP成像版(相当于传统胶印机的印版)、液体电子油墨、供纸系统、收纸系统等;从外观设计来看,也与传统胶印机类似。
2.HP Indigo 5500的工艺特点
数字印刷设备是一个高速转换的硬拷贝系统,其主要通过将数字文件高速转换到承印物上从而形成印刷品。目前,数字印刷的成像方式可分为静电成像、喷墨成像、电凝聚成像、磁记录成像、离子沉积成像等几大类。HP Indigo 5500就属于静电成像,但其在设计方面有许多与胶印工艺相类似的特性,这使之能够更好地做到与印刷传统工艺衔接。HP indigo 5500的工艺特点主要体现在以下几个方面。
(1)网点
传统印刷工艺依靠网点大小来实现色彩的深浅变化,从而完成对图像的复制。HP Indigo 5500与传统胶印机相似,其通过数字模拟,可在印刷品上真实再现与传统胶印类似的、形状和大小相同的调幅网点。
(2)加网线数
传统印刷中的网线是由网点有序排列组成的,加网线数的高低直接影响图像复制的清晰度,在传统印刷中根据纸张材质、印刷类型及对印品精细程度要求的不同,可使用不同的加网线数,通常使用的加网线数为150lpi、175lpi等。而HP Indigo同样也具备了与此相对应的工艺特性。
(3)油墨
传统印刷所用的油墨包含颜料、连结料及辅助剂,且为液态,能够在转移至承印物后干燥、呈色,并保持一定的光泽度。
而HP Indigo 5500使用的HP ElectroInk液体电子油墨由图像油和固体颜料微粒组成,从组成方式来说,与传统印刷油墨相似,同时具备快干,呈色、附着力强,光泽度好等特性。此外,还可以依据色彩叠印后的效果,在HP Indigo 5500中调整青、品、黄、黑四色的印刷色序,最大程度地模仿传统印刷的工作方式。
(4)密度
与传统印刷一样,HP Indigo 5500也是通过测量样张青、品、黄、黑四色的实地密度值来控制色彩一致性的,而且其油墨密度的设定范围与传统印刷也比较类似。
(5)网点增大
HP Indigo 5500支持在前期对网点面积率进行修改,并应用于所输出的作业,以使样张达到模拟传统胶印网点增大的效果。
3.HP Indigo 5500的色彩特性
HP Indigo 5500采用液体电子油墨,其颗粒度微小细腻,形成的图像清晰饱满,色彩鲜艳,而且除了四色之外还可以通过橘色、紫色等来完成对专色的模拟,可覆盖Pantone色域95%的范围,但是也正是因为其色域广泛、色彩纯度高,在与传统印刷色彩相匹配,尤其是再现中性灰平衡时,其对色彩控制技术的要求会提高。
数字印刷与传统印刷的色彩匹配
了解了HP Indigo 5500的各方面的特点后,我们可以通过标准化的工作方式,对传统印刷色彩的特性进行采集和分析,作为与HP Indigo 5500色彩匹配对比的依据。此处,对传统印刷的色彩管理的实施过程和方法不再赘述,而仅对如何使这两种使用不同技术的印刷设备在色彩、阶调、层次上实现良好匹配进行探讨。
1.以传统印刷的工艺方式设定数字印刷机的基础密度
虽然HP Indigo 5500有许多与传统印刷工艺相似的地方,但其工作原理毕竟还是以数字电子化为主要依托,如果完全按照电子设备的方式进行操作调整,势必很难达到预期的效果,为此我们需要采用传统印刷的工艺方法尝试控制数字印刷机。
表1
首先要调整的就是印刷密度。对于HP Indigo 5500的密度调校,我们通过采用设备内置的纯色密度校正曲线,进行自动调整。这条纯色密度校正曲线的变化会对整体色彩复制起到决定性的作用,我们需要经过多次循环调整和校正,使四色实地密度数据与目标值接近(目标值如表1所示)。
2.色彩特性曲线的转换与色域的合理压缩
在HP Indigo 5500的印刷密度得到有效匹配后,下一步将完成最关键的印刷色彩特性曲线的转换与色域的合理压缩。上文曾经提到过,数字印刷机的色域复制范围较广,远远超出了传统印刷的色域复制范围,所以必须经过合理的压缩计算才能与之相吻合。
在测试过程中,通过将数字印刷的样张与标准印刷样张目视对比,我们发现,数字印刷色彩纯度和饱和度明显优于标准印刷样张,但是反差和细微层次变化却明显不如标准印刷样张。
鉴于此种情况,我们开始尝试使用另一种办法,就是根据设备ICC特性曲线与目标ICC特性曲线的特点,对二者重新进行匹配并尝试调整个别区间的分色曲线,生成第三条ICC特性曲线,再将按此种方式制作出的ICC特性曲线再次作为目标ICC特性曲线,与HP Indigo 5500的设备ICC特性曲线循环转换,这样得到的样张与标准印刷样张的目视色彩一致性能达到95%以上。
3.网点增大率的模拟
数字印刷机网点增大率的模拟是与传统印刷相匹配的又一关键。之前我们在设定数字印刷机的密度基础范围时发现,在HP Indigo 5500中,可以通过对设备内置的工作曲线进行调整,模拟传统印刷机械网点增大。
数字印刷机色彩稳定性的控制
在基本完成了数字印刷与传统印刷在密度、色彩、网点增大方面的匹配之后,就需要重点关注如何控制数字印刷机的色彩稳定性了。
由于数字印刷机集成了多项技术,结构复杂,在生产过程中,每批次甚至每张的印刷都会存在不稳定的因素,也就是说色彩的跳动会较为频繁。而人眼对细微色彩的变化反应不是很敏感,特别是一些弱色的变化(如黄色),因此仅凭目测的方式很难快速扑捉到色彩的微小变化,只能借助中性灰平衡。
印刷中的中性灰平衡是由黄、品、青三色叠印而成,其中一个颜色有跳动,在中性灰平衡上便可辨别出来。而在HP Indigo 5500上对中性灰平衡进行控制的难度更高。
另外一个值得关注的现象是,品牌拥有者的包装订单正在缩短,对交货时间的要求也日益提高。因此,品牌拥有者在选择包装供应商时,开始更加关注包装企业在短版、快速生产环境下的灵活性和适应性。而这正是数码印刷技术的优势所在。
派诺公司的一份调查报告显示,2011年,全球数码印刷包装和标签市场产值为48亿美元,到2016年,这一数字有望接近122亿美元,年复合增长率为20.6%。
根据惠普公司的调查分析,2012年,全球宽幅印刷市场(不含商业印刷)的产值为62亿平方米。其中,零售业占据61%的市场份额,大约为38亿平方米;室外广告占据29%的市场份额(如图1所示)。在照片/艺术品、展览图片和车身广告这些细分市场中,85%以上都采用数码印刷进行输出;在交通、信息标牌和室外广告市场,有50%以上采用数码印刷进行输出;而在零售市场,数码印刷仅占15%的市场份额,85%的零售商品包装仍采用传统印刷方式,这说明在零售行业,数码印刷仍处于起步节点,发展空间非常大,从全球来看,这都是一个非常值得关注的市场。
在零售行业,有两类产品更适合采用数码印刷,即促销型包装和个性化包装。举例来说,圣诞节是西方的重要节日,在圣诞节前夕,包括服装、食品、酒类在内的品牌拥有者都会进行促销活动,这对包装供应商提出了更高的要求,不仅需要包装样式多种多样,而且交货时间短,且印量还不会很大,因为这类包装是有很强的时效性的,过了这段时间就没用了。这类订单就特别适合采用数码印刷完成生产。
技术发展 迎接新市场
包装数码印刷的市场前景广阔,很多包装供应商都已经在考虑数码印刷工艺和传统印刷工艺的结合问题,毕竟包装数码印刷的技术还有待继续提升。目前,很多在这一领域开始探索的包装企业都持有一个很明确的定位:无论是在国外还是在中国,数码印刷在短期之内是不会代替传统印刷的,但它应该能够成为传统印刷的有效补充,而现在最重要的问题是找到平衡点。不同的企业由于内部管理水平不同,工艺流程不同,这个平衡点也不尽相同。
当前,静电成像技术占据着包装数码印刷市场中的绝大部分份额,预计到2016年底,喷墨印刷技术将在印刷总量和市值方面对其有所追赶。喷墨印刷技术的发展紧随着静电成像技术,开始在标签印刷业扮演着重要角色。目前,在标签、瓦楞纸箱、软包装等多个细分领域,都能看到喷墨印刷的应用案例。惠普公司在Drupa 2012展出的喷墨印刷系统能够替代传统的瓦楞纸箱网印技术,并开始进军包装行业。而数码印后技术生产制造商也在致力于提升各自设备的速度、质量和稳定性,全流程的努力让数码印刷做好了在包装领域与传统印刷抗衡的准备。
一些包装企业已经看到了数码印刷技术的进步,并做出了有益尝试。英国的一家瓦楞纸箱企业,此前一直采用胶印和柔印技术。两年前,这家公司开始选择数码印刷设备在瓦楞纸板上进行直接印刷,以应对一些短版包装订单的需求,如超市展示架等新应用。数码印刷能帮助瓦楞纸箱呈现更多的设计元素,帮助品牌所有者吸引更多消费者的关注。
在数码印刷设备的引进过程中,这家英国公司前期也有很多的考虑,与多家数码印刷设备供应商进行了沟通,最终选择了惠普。事实证明,惠普的数码印刷设备助力他们在数码之路上越走越远。随着业务的发展,这家英国公司正在将原本采用传统印刷生产的瓦楞纸箱业务逐渐更改为数码印刷,因为后者能提供更加便捷和快速的生产进程。
数码包装 挑战新未来
近年来,我国出版行业迅猛发展,图书品种总数逐年增长。根据开卷报告显示,2016年我国图书零售市场整体动销品种数量约175万种,新书品种数量约21万种。在图书品种屡创新高的背后,是单品种平均效益的下滑以及带来的整个产业链条沉重的库存压力。事实表明,出版行业原有的品种规模型增长模式走到了尽头。所谓的大品种、大生产、大库存、大报废的粗放式生产经营模式已无法支撑出版行业的良性发展。图书的库存是衡量一个出版企业产品供给是否过剩的重要标志之一。每当出版企业的库存增长达到一个相对高点的时候,就意味着产销率下降,图书产品出现了明显的过剩,企业经营进入下行周期。在图书品种异常丰富的今天,“试错式出版”的经营模式必然给图书出版企业带来很低的库存周转率和极高的库存报废率。
1“新技术”和“新思路”开创“新模式”
出版企业面对竞争日趋激烈的出版市场及逐年递增的图书库存,有必要跳出原有思维定式,利用生产新技术,更多学习互联网思维,从中借鉴可取之处,与传统产业相结合,在出版经营模式创新上积极探索。
1.1新技术
数字印刷是印刷技术数字化和网络化发展的产物,是一个全数字生产流程,它将印前、印刷和印后整合为一个整体,由计算机操作、控制和管理。数字印刷相对于传统印刷而言更加灵活可控。随着数字印刷技术的飞速发展,数字印刷生产企业生产效率不断提高,其适用领域逐渐渗透出版行业。而高速喷墨数字印刷技术的出现以及成熟应用,在其印刷质量水平满足大多数单色图书质量要求的前提下,使数字印刷在一定条件下突破了成本限制和产能限制,单品种图书可以采用小批量的生产模式,也可以进行多品种、高效率的规模化生产。高速喷墨印刷设备较平张数字印刷机的耗材成本大大降低,同时生产效率又有大幅度提升;而和传统印刷机比较,其不存在固定成本(印版),即在一定印数条件下高速喷墨数字印刷机的生产成本要远远低于传统印刷机,同时还能够实现可变数据印刷,具有传统印刷无法比拟的生产灵活性。高速喷墨印刷设备的出现,填补了图书生产环节超短版印刷和传统印刷起印数量之间的产能空缺,同时也给出版企业解决行业顽疾—“图书库存”问题带来了希望。
1.2新思路
针对出版企业目前面临的问题,出版企业应着重从供给入手,围绕“供给侧结构性改革”的思想,实现去产能、去库存、降成本,落在提升出版企业的供给的质量和效率上。此外笔者认为出版企业要想在行业大环境中继续良性发展,还要侧重于研究市场的特点、读者的需求,采用适合自身图书产品特点的精益化生产支撑体系,在合理控制图书印制成本和确保印品质量的前提下,逐步走向“以需定产”,减少图书库存,降低图书报废率,来推动现代出版企业经营模式的创新。
1.3新模式
出版企业通过采用高速喷墨印刷生产方式来推动出版经营模式创新,主要的优势在于出版企业具有充足的生产订单,同时通过自身生产节奏的合理调整,可以达到生产节奏相对均衡,确保高速喷墨数字印刷生产线高效能地运转。笔者所在的单位人民邮电出版社从出版全局考虑,以数字印刷应用为切入点,积极探索“互联网+出版”生产经营新模式,积极加强数字印刷生产支撑系统建设,通过优化图书出版流程,全面推广数字印刷生产方式,采取购入高速喷墨数字印刷生产线等措施,逐步推进从以产定销到以销定产的转变,推动生产方式向柔性化、智能化、精细化升级,从而达到提质增效的目的。
2推动“新模式”的实施措施
高速喷墨数字印刷生产线如何使高速喷墨数字印刷生产线高效能、低成本的运行,是人民邮电出版社非常关注的问题,因为这正是出版企业经营创新模式落地实施的关键。笔者通过出版社自身的探索和对国内多家高速喷墨印刷生产企业的调研以及对高速喷墨设备特点的充分研究,总结出以下4个方面。
2.1具备先进的生产管理系统的支撑
先进的生产管理系统用以支撑生产体系实现图书订单处理智能化、生产流程自动化、生产管理透明化,满足营销模式创新带来的碎片化图书订单、多批次小订数图书订单的需求。先进的生产管理系统将通过对订单业务的统一管理,进行材料管理、成本核算和对接印刷企业等工作,处理我社出版物生产用途的电子文件在排版公司、出版社和印刷企业之间的传递管理,有效地解决出版社与印刷企业之间多次不间断的往返取送校样、确认生产文件准确性等诸多问题,使高速喷墨数字印刷生产线快速地生产所有的超短版图书,并且使出版社能自始至终监控整个生产和供应链过程。先进的生产管理系统大大提高印制工作效率,大幅度降低人员配置,提高综合效率,及时满足我社出版物的生产需求。
2.2对生产文件进行标准化的处理
生产文件的标准化为高速喷墨印刷的顺畅进行提供了基础保障,出版物数字化生产的载体不再是传统的软片而变为抽象的电子文件,技术的革新缩短了出版物生产工序,但也对出版物生产文件的正确性以及完整性提出了非常高的要求。通常情况下,出版社数字印刷用的生产文件统一要求为PDF格式文件,做好文件字体嵌入或将文字转为曲线,文件的图片分辨率要不低于300dpi,色彩模式为CMYK模式。生产文件标准化,不仅减少了出版社内部编辑环节和印制环节的繁琐沟通,同时生产文件在出版社和印刷企业之间传递管理的效率也得到进一步提升。
2.3保持生产饱满,充分释放设备产能
高速喷墨数字印刷设备精密,设备运行前都需要经过严密的自检启动过程,一般用时比较长,需要2小时左右,所以设备频繁启停将严重影响生产效率;而高速喷墨数字印刷设备采用非接触式生产,印刷设备通过喷头将墨水高速喷射到承印物上,这种非接触式生产能最大程度减少设备磨损,所以高速喷墨数字印刷设备适用长时间开机运转,如果出版社能提供均匀且稳定的生产订单,这样高速喷墨数字印刷设备的产能也能充分释放。
2.4根据设备特点整体设计图书工艺
数字印刷较传统印刷还存在一些工艺局限,而这可以在图书前期策划中避免。(1)白页问题。白页产生的根本原因是,编辑在策划图书面数时,考虑的是传统印刷印张数,但数字卷筒印刷分切方式和传统印刷折页方式不同,传统整印张的面数用在数字印刷中不一定整印张,所以有产生白页的可能。目前没有设备能够清理多余的白页,只能靠数字印装企业手工撕白页,此工序费时费力,这点使数字印刷的生产效率大打折扣,所以建议保留白页。为避免多余白页影响图书美观,可以统一设计图书推荐目录、出版社宣传页、反侵权盗版声明以及出版社防伪LOGO等内容。(2)开本多样化局限。高速喷墨数字印刷生产线自动化程度高,最大程度地减少人工干预,生产线将极具成本效益。但生产线又是全流程、多设备协同生产,在生产不同规格的图书时需要各个环节设备调整尺寸,因此一旦图书订单开本形式多样,造成用纸规格多样,将大大增加各环节设备调试时间,从而降低生产线生产效率。为保障生产线的高效生产,需要规划数字印刷图书的开本尺寸,一条高速喷墨数字印刷生产线尽可能集中安排常规开本来生产,最终目的都是为了提高图书的生产效率。(3)专色局限。由于数字印刷设备无法印刷专色,对于有专色的封面只能用近似颜色模拟印刷。另外数字印刷成像原理和传统印刷有本质区别,所以两种方式生产会出现色差。(4)复杂工艺制约效率。相比复杂工艺的图书,平装图书生产工艺简单,生产成本低,生产效率高;复杂工艺图书整体工序多,不但生产成本较高,而且部分工艺还需要手工操作,大大降低生产效率。高速数字印刷生产线主要依靠自动化设备代替人工来提高生产效率,所以一旦图书工艺复杂、需要手工处理,数字印刷生产效率的优势将不复存在。此外复杂工艺都设有开机费,若工艺较多,图书的数字印刷成本也将大幅增加。
3结语
考虑到现阶段高速喷墨印刷的生产成本问题,对于图书出版企业来说,笔者认为在较长一段时间内,数字印刷方式和传统印刷方式将两者并存、相互补充。所以为了更快地实现图书生产向以销定产的方向转变并且更好地推动图书出版企业出版经营模式的创新,在图书策划的初期就需要对产品未来的市场有相对准确的预测,对图书类型也要有明确的定位,充分考虑在图书的生命周期中,确保采用数字印刷方式和传统印刷方式相互转换的顺畅,围绕数字印刷生产的优势特点来设计。
参考文献
[1]滕泰.供给侧的觉醒:从财富原点再出发[M].北京:化学工业出版社,2016.
[2]贾康,苏京春.供给侧改革:新供给简明读本[M].北京:中信出版社,2016.
[3]刘筱霞,陈勇常.数字印刷技术[M].北京:化学工业出版社,2016.