Полиструйная печать

Полиструйная печать — это технология цифровой печати, при которой изображение формируется на запечатываемой поверхности путём нанесения капель краски, выбрасываемых из множества сопел (форсунок) печатающей головки. Относится к классу струйных технологий и применяется для нанесения информации на различные материалы, включая бумагу, картон, пластик, текстиль и керамику.

Принцип работы

Основой полиструйной печати является массив микросопел, расположенных в печатающей головке. Каждое сопло управляется независимо и способно выбрасывать капли жидкого красителя (чернил) диаметром от 1 до 100 пиколитров. Процесс формирования капли и её переноса на носитель может осуществляться двумя основными способами: непрерывным (Continuous Inkjet, CIJ) и капельным по требованию (Drop-on-Demand, DoD).

Непрерывная струйная печать (CIJ)

В системах CIJ струя чернил под высоким давлением (до 100 бар) подаётся через сопло, где она разбивается на отдельные капли под действием пьезоэлектрического вибратора. Капли пролетают через систему электродов, где получают электрический заряд. Затем, проходя через отклоняющие пластины, заряженные капли направляются на запечатываемую поверхность, а незаряженные — собираются в возвратный желоб и отправляются обратно в резервуар. Этот метод обеспечивает высокую скорость печати (до 300 м/мин) и используется преимущественно для маркировки продукции, нанесения штрих-кодов и дат на упаковку.

Капельная печать по требованию (DoD)

В системах DoD капля формируется и выбрасывается только в момент, когда это необходимо для создания изображения. Существует два основных типа DoD-технологий:

• Пьезоэлектрическая (Piezo): в каждом сопле находится пьезокерамический элемент, который при подаче электрического напряжения деформируется, создавая перепад давления и выталкивая каплю чернил. Этот метод позволяет работать с широким спектром чернил (водные, сольвентные, УФ-отверждаемые, термотрансферные) и обеспечивает высокую точность позиционирования капли.
• Термоструйная (Thermal Inkjet, TIJ): в сопле расположен микронагреватель, который мгновенно нагревает часть чернил до температуры кипения (около 350 °C). Образующийся пузырь пара выталкивает каплю через сопло. После отрыва капли пузырь схлопывается, и в камеру поступает новая порция чернил. Технология TIJ широко применяется в бытовых и офисных принтерах, а также в промышленных системах маркировки.

История развития

Первые патенты на струйную печать были получены в середине XX века. В 1951 году компания Siemens (Германия) запатентовала устройство для непрерывной струйной печати. В 1970-х годах компания IBM (США) представила первый коммерческий струйный принтер IBM 4640, работавший по технологии CIJ.

Ключевым этапом стало изобретение в 1977 году пьезоэлектрической технологии DoD инженерами компании Epson (Япония). В 1984 году компания Hewlett-Packard (США) представила первый термоструйный принтер ThinkJet. В 1990-х годах полиструйная печать вышла на рынок широкоформатной печати (плоттеры), а в 2000-х — в промышленную сферу (печать на упаковке, текстиле, керамической плитке).

Классификация полиструйных печатных систем

По типу используемых чернил

• Водные (водорастворимые): на водной основе, низкая вязкость, применяются в офисной и домашней печати. Требуют специальной пористой бумаги для предотвращения растекания.
• Сольвентные: на основе органических растворителей (этилацетат, метилэтилкетон). Обладают высокой стойкостью к истиранию и атмосферным воздействиям, используются для наружной рекламы и интерьерной печати.
• УФ-отверждаемые: содержат фотоинициаторы, которые полимеризуются под воздействием ультрафиолетового излучения. Позволяют печатать на непористых поверхностях (стекло, пластик, металл) с высокой адгезией.
• Термотрансферные (сублимационные): при нагреве переходят из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу, и проникают в структуру полимерного покрытия. Используются для печати на текстиле, керамике, металле.
• Масляные: на основе растительных или минеральных масел, применяются в промышленных системах маркировки для печати на металле, стекле, пластике.

По области применения

• Офисная и домашняя печать: принтеры и МФУ для документов и фотографий. Обычно используют термоструйные или пьезоэлектрические головки с водными чернилами.
• Широкоформатная печать: плоттеры для наружной рекламы, баннеров, постеров. Используют сольвентные, УФ-отверждаемые или латексные чернила.
• Промышленная маркировка: системы для нанесения штрих-кодов, дат, логотипов на упаковку, этикетки, детали. Работают по технологии CIJ или DoD с быстросохнущими чернилами.
• Печать на текстиле: принтеры для прямой печати на ткани (Direct-to-Garment, DTG) или сублимационной печати. Используют водные или сублимационные чернила.
• Печать на керамике: промышленные принтеры для нанесения рисунка на керамическую плитку, посуду. Используют керамические чернила на основе пигментов и фритты.
• 3D-печать: некоторые технологии аддитивного производства (например, PolyJet от Stratasys) используют полиструйную печать для послойного нанесения фотополимерных смол.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокое разрешение: современные головки способны формировать капли размером до 1,5 пиколитра, что обеспечивает разрешение до 2400 dpi и выше.
• Бесконтактность: печатающая головка не касается поверхности, что позволяет наносить изображение на неровные, хрупкие или вогнутые/выпуклые материалы.
• Широкий спектр материалов: возможность печати на бумаге, картоне, пластике, стекле, металле, текстиле, керамике, дереве.
• Гибкость: лёгкая смена изображения без изготовления печатных форм (клише), что делает технологию экономически эффективной для малых и средних тиражей.
• Высокая скорость: промышленные системы могут печатать со скоростью до 1000 м²/ч и более.
• Экологичность: многие современные чернила (водные, УФ-отверждаемые) не содержат летучих органических соединений (ЛОС) или содержат их в минимальных количествах.

Недостатки

• Чувствительность к качеству чернил: засорение сопел может привести к дефектам печати (полосы, пропуски). Требуется регулярная очистка головок.
• Ограниченная долговечность: водные чернила могут выцветать на солнце, сольвентные — выделять запах, УФ-отверждаемые — быть хрупкими на изгиб.
• Стоимость расходных материалов: оригинальные чернила и печатающие головки могут быть дорогими.
• Зависимость от температуры и влажности: условия окружающей среды влияют на вязкость чернил и скорость их высыхания.

Применение в России

В Российской Федерации полиструйная печать широко применяется в следующих отраслях:

• Полиграфия: печать книг, журналов, брошюр, каталогов, этикеток, упаковки. Крупнейшие типографии используют промышленные струйные машины для печати переменных данных (например, адресов, штрих-кодов).
• Реклама: производство баннеров, плакатов, постеров, вывесок, интерьерной печати. Лидеры рынка — компании «Территория печати», «Печатный Дом», «Самсон».
• Промышленность: маркировка продукции (дат, партий, штрих-кодов) на предприятиях пищевой, фармацевтической, химической промышленности. Используются системы CIJ и DoD от производителей Videojet, Domino, Markem-Imaje.
• Текстильная промышленность: печать на ткани для одежды, домашнего текстиля, сувенирной продукции. Технология DTG (Direct-to-Garment) активно применяется в шоу-румах и на небольших производствах.
• Керамическая промышленность: печать на керамической плитке, посуде, сувенирах. Крупные производители, такие как «Керама Марацци», «Шахтинская керамика», используют итальянские и испанские струйные принтеры.

Перспективы развития

Основные направления развития полиструйной печати включают:

• Повышение разрешения и скорости: разработка новых печатающих головок с большим количеством сопел (до 10 000 и более) и частотой каплеобразования до 1 МГц.
• Разработка новых чернил: создание экологически чистых, быстросохнущих, устойчивых к истиранию и выцветанию составов.
• Интеграция с цифровыми технологиями: использование искусственного интеллекта для коррекции дефектов печати, автоматической калибровки головок, оптимизации расхода чернил.
• Развитие 3D-печати: полиструйная технология позволяет создавать многоцветные, многофункциональные объекты с различными механическими свойствами (гибкость, твёрдость, прозрачность).
• Применение в электронике: печать печатных плат, датчиков, солнечных батарей, органических светодиодов (OLED) с использованием проводящих и полупроводниковых чернил.

Источники

• Техническая документация производителей печатающих головок (Epson, Konica Minolta, Ricoh, Kyocera, Xaar).
• «Струйная печать: теория и практика» / под ред. А. В. Смирнова. — М.: Издательство МГУП, 2015.
• «Цифровая печать: технологии и оборудование» / В. И. Шишов. — СПб.: Профессия, 2018.
• Материалы конференций «Цифровая печать и упаковка» (Москва, 2020–2024).
• Патентные базы данных USPTO и Роспатента по классу B41J (струйные печатающие устройства).