Литография

Литография — это способ печати, основанный на принципе избирательного смачивания поверхности печатной формы, при котором печатающие и пробельные элементы находятся практически в одной плоскости. Технология относится к категории плоской печати и широко применяется в полиграфии для производства книг, журналов, плакатов, упаковки, а также в микроэлектронике (фотолитография) и изобразительном искусстве (авторская литография).

История

Изобретение

Литография была изобретена в 1796 году немецким актёром и драматургом Алоизом Зенефельдером. В поисках дешёвого способа тиражирования нотных записей и текстов он экспериментировал с известковым камнем и жирными чернилами. Зенефельдер обнаружил, что поверхность камня, покрытая жирным составом, после обработки кислотой и гуммиарабиком (раствором камеди) становится способной удерживать краску только на нанесённых жирных участках, а остальная поверхность отталкивает её. В 1799 году он получил патент на этот метод, а в 1818 году опубликовал книгу «Полный учебник литографии», закрепившую основы технологии.

Развитие в XIX веке

На протяжении XIX века литография активно развивалась. В 1820-х годах появились цветные литографии, в 1830-х — хромолитография, позволявшая создавать многоцветные изображения с использованием нескольких камней для каждого цвета. К концу века литография стала основным методом промышленной печати, вытеснив во многих областях высокую печать. Для тиражирования иллюстраций в книгах и журналах использовались литографические камни, а также цинковые и алюминиевые пластины.

XX век: офсетная печать

В начале XX века технология была усовершенствована: в 1904 году американец Айра Вашингтон Рюбель разработал офсетную печать, где краска с литографической формы переносится на промежуточный резиновый вал (офсетный цилиндр) и только потом на бумагу. Это позволило значительно повысить качество печати и срок службы формы, а также печатать на шероховатых поверхностях. Офсетная литография стала доминирующей технологией в полиграфии XX — начала XXI века.

Принцип действия

Физико-химическая основа

Основой литографии является различие в поверхностных энергиях печатающих и пробельных элементов. Печатная форма изготавливается из гидрофильного (смачиваемого водой) материала, чаще всего алюминия, цинка или известняка. На пробельные участки наносится коллоидный слой, удерживающий воду (увлажняющий раствор), а на печатающие — олеофильный (жиро-восприимчивый) слой на основе солей металлов или синтетических полимеров, который не смачивается водой, но хорошо воспринимает маслянистую краску.

При печати форма последовательно контактирует с увлажняющим валиком (пробельные элементы впитывают воду) и затем с красочным валиком (краска прилипает только к сухим печатающим элементам). После этого краска переносится на бумагу (или другую запечатываемую поверхность), часто через офсетный цилиндр.

Этапы технологического процесса

1. Изготовление формы: на металлическую пластину наносится светочувствительный полимерный слой. Через фотоформу (или лазером в современных CTP-системах) на слой проецируется изображение. Засвеченные участки полимера изменяют свои свойства и удаляются (или остаются) при проявлении, обнажая гидрофильный алюминий.
2. Закрепление формы: полученная пластина подвергается термообработке для стабилизации свойств.
3. Печать: форма устанавливается на печатный цилиндр машины. В процессе печати поддерживается баланс между подачей увлажняющего раствора и краски.
4. Сушка: отпечатанные листы проходят через сушильное устройство для закрепления краски.

Виды литографии

По типу печатной формы

• Каменная (классическая) литография: печатная форма — плоский камень (известняк). Используется в станковой графике и в художественной практике.
• Офсетная литография: печать с резинового вала, принимающего краску с металлической пластины. Основной промышленный метод.
• Цифровая литография: форма изготавливается непосредственно в печатной машине с помощью лазерной записи (технологии DI — Direct Imaging).

По количеству цветов

• Однокрасочная (монохромная) литография: печать одним цветом (обычно чёрным или тёмно-коричневым).
• Хромолитография (многоцветная): печать несколькими цветами с нескольких форм (по количеству красок). Каждая краска наносится с отдельной формы.
• Орнаментная литография: печать с использованием металлических красок (золото, серебро) и тиснения.

По способу нанесения изображения на форму

• Прямая (контактная): изображение переносится на форму через фотоформу при контактном копировании.
• Лазерная: запись изображения лазером непосредственно на пластине (CTP — Computer-to-Plate). Этот метод является современным стандартом.

По области применения

• Промышленная (полиграфическая) литография: массовое производство печатной продукции — книг, журналов, газет, рекламных материалов, упаковки.
• Художественная (станковая) литография: создание авторских эстампов (оттисков), тираж которых ограничен и подписан художником. Применяется в изобразительном искусстве.
• Фотолитография: технология, используемая в микроэлектронике для создания микросхем. С её помощью на подложку (кремниевую пластину) наносится рисунок проводников и элементов.

Применение

В полиграфии

Литография является основным способом печати для большинства видов печатной продукции. Она обеспечивает высокое качество воспроизведения растровых изображений, чёткость линий, возможность печати на широком спектре материалов — от тонкой бумаги до картона и плёнки. Офсетная печать доминирует в издательском деле (книги, журналы, газеты), рекламном производстве (буклеты, каталоги, плакаты) и изготовлении упаковки.

В изобразительном искусстве

Художественная литография — одна из самых популярных техник станковой графики. Она позволяет художнику создавать широкие тональные градации, имитировать текстуру камня или бумаги, передавать фактуру. В этой технике работали многие известные мастера: Эжен Делакруа, Оноре Домье (создавший знаменитые политические карикатуры), Анри де Тулуз-Лотрек (его афиши для «Мулен Руж» стали классикой), Пабло Пикассо, Марк Шагал, Кузьма Петров-Водкин, Василий Кандинский и многие другие. В России в XIX веке широко использовались литографированные иллюстрации в книгах (например, работы Александра Агина к «Мёртвым душам» Н.В. Гоголя).

В микроэлектронике

Фотолитография — процесс, основанный на литографическом принципе, но в масштабах микрона и нанометра. Она применяется для производства интегральных схем, процессоров, микроконтроллеров. Через фотошаблон на кремниевую подложку, покрытую светочувствительным фоторезистом, проецируется рисунок микросхемы. После проявления, травления и удаления резиста на поверхности образуются токопроводящие дорожки и элементы структуры. Современные литографические машины (степперы и сканеры) способны создавать элементы размером в несколько нанометров.

В других областях

• Картография: изготовление топографических и специальных карт, атласов.
• Этикетка и упаковка: печать на гибких материалах (самоклейка, фольга, полипропилен) с использованием флексографской печати (также вариант плоской печати).
• Специальная печать: изготовление ценных бумаг, голограмм, рельефных изображений.

Оборудование

Основные элементы литографического оборудования:

• Печатная машина: офсетная, может быть листовой (подаёт бумагу листами) или рулонной (бумага подаётся с рулона). Состоит из системы подачи бумаги, формного цилиндра, офсетного цилиндра, печатного цилиндра (принимает оттиск), увлажняющего и красочного аппаратов, системы вентиляции и сушки.
• Формное оборудование: копировальные рамы для контактной записи, СТР-устройства (для лазерной записи пластин), проявочные машины для обработки пластин.
• Системы управления: компьютеризированные системы, контролирующие подачу краски, увлажнение, натяжение полотна (в рулонных машинах) и качество печати.
• Вспомогательное оборудование: резальные машины, фальцевальные устройства (для складывания листов), ниткошвейные и клеевые машины для изготовления книг.

Экологические аспекты

Традиционная офсетная литография использует увлажняющий раствор, содержащий изопропиловый спирт (IPA), который является летучим органическим соединением и наносит вред окружающей среде. Современные технологии направлены на снижение содержания спирта (до 1–3 %) или его полное исключение (бесспиртовое увлажнение). Также используются водные краски на основе растительных масел (например, соевых) взамен минеральных. Утилизация использованных печатных форм и красящих материалов также подлежит контролю.

Перспективы

Несмотря на активное развитие цифровой печати, офсетная литография сохраняет лидирующие позиции при средних и больших тиражах благодаря высокой скорости и низкой стоимости оттиска. В то же время происходит интеграция цифровых технологий: гибридные печатные машины, способные комбинировать офсетный и цифровой методы печати на одном листе. В микроэлектронике идёт разработка методов наноимпринтной литографии и экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUV) для уменьшения размеров элементов микросхем.

Источники

1. Зенефельдер А. Полный учебник литографии. — М., 1818 (переизд. 1996).
2. Полиграфия: энциклопедическая хроника. — М.: Книга, 2002.
3. Козаков А.В. Офсетная печать: технология и оборудование. — СПб.: Профессия, 2005.
4. Литография в искусстве: каталог выставки. — Государственный Эрмитаж, 2015.
5. Материалы журнала «Компьюарт»: раздел «Литография и офсетная печать» (2000–2023).