КАК УСТРОЕНЫ ЦИФРОВЫЕ ДУПЛИКАТОРЫ?
Дупликатор - это устройство для трафаретного копирования. Принцип работы этих устройств очень простой: предварительно «прошитый» автоматической иглой бумажный трафарет наматывается на вращаемый покрасочный цилиндр и затем многократно «прокатывавается» по тиражным листам, краска, выдавливаемая через отверстия трафарета, попадает на листы бумаги формируя на них «отпечаток».
Английское слово duplicate - означает воспроизводить, повторять в точности и соответствует реальной сущности этого типа устройств. Цифровые дупликаторы предназначены для решения проблемы оперативной и недорогой печати небольших и средних тиражей печатной продукции. Цифровые дупликаторы позволяют легко осуществлять тиражирование любых бумажных иформационных материалов с достаточно высоким (до 600 dpi) качеством печатной продукции. Изобретение этого устройства оказало существенное влияние на выпуск цифровых дупликаторов, поэтому название «ризограф» стало нарицательным подобно «ксероксу», и превратилось в общеупотребительное обозначение целого класса множительных машин. Конкурирующие компании называли свои устройства-дупликаторы «копи-принтерами», «мини-типографиями», «дупринтерами» и «дубликаторами», но эти названия менее популярны. Термин «цифровой дупликатор» (одно из значений английского слова duplicate - воспроизводить , повторять в точности) все же более соответствует реальной сущности этого типа устройств. Современный цифровой дупликатор (рис. 1) представляет собой весьма сложное электронно-механическое устройство, состоящее из четырех основных базовых компонентов:
- сканера (планшетного или протяжного),
- механизма создания трафаретной пленки («мастера»),
- механизма печати,
- механизма транспортировки бумаги.
Рис. 1. Общий вид дупликатора.
Принцип формирования изображения в дупликаторе
Реализованные в дупликаторах технологии более близки к офсетным машинам. Принцип формирования изображения использованный в дупликаторах значительно отличается от принципов заложенных в копировальных аппаратах, в которых печать тоже выполняется после сканирования оригинала. Во время процедуры изготовления мастера (рис. 2) старый мастер удаляется с барабана, пока термоголовка создает сканированное изображение на новый мастер, который затем устанавливается на барабан. Трафаретный лист, с отверстиями прожженными с помощью термоголовки, играет роль печатной формы, используемой в офсетной печати. Трафаретный лист также натягивается на красочный цилиндр (барабан), который в процессе формирования изображения находится в механическом контакте с печатным валиком и запечатываемым материалом. Нанесение изображения на запечатываемый материал, прокатываемый между двумя цилиндрическими поверхностями, осуществляется продавливанием краски через сетчатую поверхность красочного цилиндра и далее через прожженные термоголовкой отверстия в мастер-пленке.
Рис. 2. Процедура изготовления мастера.
Наиболее существенным ограничением данной технологии является «одноцветность» красочного цилиндра (невозможна полноцветная печать). На цифровых дупликаторах все же возможна многоцветная печать, выполняемая путем замены красочного барабана и повторного запечатывания тиража следующим цветом, но о высокой точности цветового совмещения и печати цветоделенных изображений тут говорить не приходится (минимальная погрешность приводки наиболее совершенных моделей дупликаторов составляет 0,25 мм). Компанией Riso еще в 2001 году был продемонстрирован двуцилиндровый двукрасочный цифровой дупликатор V8000, который обеспечивал достаточно хорошее качество цветовой печати.
Но все-таки дупликаторы ценят высоко по другой причине. Одним из главных преимуществ цифровых дупликаторов является их очень высокая скорость работы (большинство из них печатает 120 копий формата А4 в минуту, а дупликаторы фирмы Seiki - до 150 копий формата А4 в минуту). Этому способствуют исключительно прямой тракт прохождения бумаги, точно отлаженный механизм подачи бумаги и ротационный принцип работы печатной машины.
Лист бумаги из подающего лотка (рис. 3), захватывается приемным фрикционным механизмом, затем передается в механизм приводки и равнения, после чего попадает на красочный цилиндр и печатный валик. С помощью воздушной системы разделения, которая состоит из специальных «пальцев» и вентиляторов раздува, он отделяется от красочного барабана, укладывается на специальный транспортный ремень и выбрасывается в приемный лоток. В отличие от копиров дупликаторы могут бесперебойно работать в очень быстром темпе целые сутки. Стандартные показатели быстродействия аналоговых и цифровых копиров, находящихся в одной ценовой категории с цифровыми дупликаторами, гораздо ниже возможностей дупликаторов.
Цифровые дупликаторы обладают достаточно высоким разрешением сканирования и печати, достигающим в последних моделях 600 dpi и выше. В результате к привычным функциям воспроизведения текстовой, табличной или графической информации прибавилась возможность печати полутоновых изображений и фотографий. Перенос полученного сканером изображения на трафаретную мастер-пленку выполняется с помощью методик растрирования, представляющих каждую оцифрованную точку в виде элементарной растровой сетки (при этом неизбежны определенные потери информации). Однако алгоритмы стохастического и полутонового растрирования (эти технологии в той или иной степени применяются практически во всех аппаратах) позволяют «выжать» из трафаретной ротационной печати максимум возможного. Выбор подходящего аппарата подразумевает оценку таких критериев как качество печати, удобство обслуживания и стоимость эксплуатации.
Рис. 3. Принципиальная схема цифрового дупликатора
Работа системы подачи краски на мастер-пленку во многом определяет качество изображения. В ее состав, помимо тубы с краской, входит красочный насос (помпа), подающий краску на красочный валик, находящийся в механическом контакте с раскатным валиком (рис. 4). Из образующегося между ними красочного слоя, вращающийся валик забирает часть краски и переносит ее на внутреннюю поверхность красочного цилиндра, выполненную из металлической сетки.
Рис. 4. Принципиальная схема механизма подачи краски в цифровом дупликаторе
Пройдя сквозь эту поверхность, жидкая краска впитывается в нижний волокнистый слой растянутой по цилиндру трафаретной мастер-пленки (рис. 5), а затем краска, через прожженные термоголовкой в верхних слоях мастер-пленки отверстия, переходит на бумагу. Для обеспечения равномерности и насыщенности красочного слоя, по всей поверхности мастер-пленки и барабана (вне зависимости от типа печатаемого изображения), разработчики цифровых дупликаторов применяют различные методы. Некоторые из них применяют так называемый режим качественного (оптимизированного) старта, суть которого заключается в принудительной раскатке красочного слоя по внутренней поверхности барабана, вращающегося на холостом ходу без подачи бумаги. Этот режим необходим при длительном простое аппарата, либо в случае установки на красочный барабан новой мастер-пленки, нижний слой которой еще не успел пропитаться краской. Для ускорения печати в аппаратах Riso данная функция сопряжена с натягиванием одного кадра чистой мастер-пленки, но режим этот можно отключить, тогда выход на качественную печать обеспечивается простым увеличением тиража на 4 - 5 стартовых экземпляра.
Рис. 5. Структура трафаретной мастер-пленки (Duplo).
В устройствах же Duplo, Ricoh JP 5000, моделях группы NRG, MB DD35, MB DD45 и Unit CP 390 можно выбрать нужное число холостых оборотов барабана для раскатки красочного слоя без расходования мастера.
Для экономии мастер-пленки в Ricoh JP 5000, и в аппаратах NRG, моделях MB DD35, MB DD45 и Unit CP 390 на красочном барабане формата A3 закрепляется отрезанный специальным образом мастер формата А4. Единственное и главное условие - в автоподатчике должно находиться несколько сканируемых оригиналов, тиражи с первого и последнего из которых будут отпечатаны с помощью мастера стандартного размера. Ряд производителей предлагает приобрести для этого, в дополнение к стандартному красочному барабану, барабан меньшего формата (но его цена, естественно, должна быть оправдана экономией мастера). Кроме того, качественное нанесение изображения на запечатываемый материал в значительной степени зависит от равномерности и длительности контакта двух обжимающих его цилиндров.
В цифровых дупликаторах диаметр печатного валика обычно существенно меньше диаметра красочного барабана (в офсетных машинах соблюдается равенство диаметров печатного и офсетного цилиндров). Впервые нарушили эту традицию разработчики Riso в аппарате SR 7200, который был оснащен одинаковыми по размеру красочным и печатным цилиндрами. Затем специалисты Ricoh, установили в свои дупликаторы формата A3 прижимной (печатный) барабан с системой захвата и сопровождения печатного листа равный по диаметру красочному барабану. Площадь контакта цилиндров с запечатываемым материалом увеличилась, что существенно повысило равномерность переноса краски и качество приводки. Данное конструктивное решение реализовано в большом числе аппаратов Ricoh JP 5000, всех устройствах NRG, дупликаторах MB, а также в Unit CP 390.
Вопрос обеспечения равномерности подачи краски по ширине листа является один из наиболее важных в процессе ротационной печати, и решается регулировкой величины зазора между раскатным и красочным валиками. В большинстве случаев это прерогатива сервисных инженеров, но в некоторых дупликаторах пользователь сам может скорректировать зазор, например, аппараты Duplo оснащены специальными ручными регуляторами, ступенчато корректирующими этот зазор по обеим сторонам красочного валика, увеличивая или уменьшая подачу краски в нужные области печатаемого изображения (примерно, как регулировочные винты красочного аппарата в офсетной машине). А вот инженеры фирмы Riso пошли другим путем, и снабдили свою систему подачи краски двумя консольными шнеками, постоянное вращение которых в красочном слое обеспечивает равномерное распределение краски по всей длине красочного валика.
Без надежной системы подачи, транспортировки и приема бумаги, которая исключает возможность отмарывания, недопускает замятий, хорошо справляется с проблемой двойного листа и обеспечивает точное равнение формирование качественного изображения невозможно. Эти требования обеспечиваются корректировкой прижимных усилий фрикционных механизмов подачи бумаги, увеличением числа подающих роликов и рядом других способов.
Рис. 6. Принципиальная схема механизма захвата бумаги (Ricoh JP 5000).
Для точного позиционирования оттисков в моделях Riso, Ricoh JP 5000, дупликаторах NRG, MB и Unit CP 390 применен механизм осевого смещения красочного цилиндра с минимальным шагом 0,25 мм. В результате, обеспечивается достаточно точная поперечная настройка положения мастера. Раньше подобные операции, в большей степени ассоциируемые с ориентацией мастера относительно печатного листа, нежели с понятием приводки, с гораздо большей погрешностью выполнялись простым перемещением подающего лотка. Пользуясь большими габаритами печатного цилиндра своих дупликаторов, Ricoh оснастила их дополнительным механизмом захвата бумаги (рис. 6), который повышает стабильность позиционирования поступающих листов относительно мастера, но эта система эффективно работает лишь с бумагой низкой и средней плотности. Аналогичными устройствами оснащены все основные модели группы NRG, аппараты Ricoh JP 5000, а также все устройства Unit CP 390 и MB. Во всех аппаратах в том или ином виде реализованы системы «воздушной подушки» в приемных лотках, обеспечивающие окончательное высыхание краски в процессе падения отпечатков. У аппаратов Riso выходные лотки оборудованы специальными упорядочивателями бумаги («доминошками»), чье выдвижение замедляет падение листов, кроме того, за счет отщелкивания «доминошек» только с одной стороны лотка можно скомпенсировать наклон листов при падении, вызванный наличием на одной из сторон отпечатков фоновых заливок или фотографий. Есть аналогичные устройства и в дупликаторах Ricoh, MB, NRG, Unit. У дупликаторов Dupio применена простая и очень эффективна система торможения листа под названием ProStacker (лист плавно опускается в специальный пластмассовый короб без привычных боковых прорезей). Чрезвычайно полезным механизмом сталкивания и равнения выходной стопы оснащаются устройства Dupio с увеличенной емкостью приемного и подающего лотков (модели DP-43SH и DP-63SH). Как и офсетные машины, они комплектуются напольными приемными лотками с подвижными боковыми стенками, периодическое возвратно-поступательное движение которых обеспечивает точное равнение стопы с максимальным размером 3000 листов. Эта функция совершенно необходима при организации технологических цепочек с участием листоподборщиков, резаков и другого послепечатного оборудования.
Цифровые дупликаторы, оснащаются ЖК-панелями управления и встроенными процессорами, отвечающими за управление и диагностику. Поэтому необходимо остановиться и на вопросах обеспечения качества изображения аппаратно-программными средствами. Прежде всего это относится к алгоритмам сканирования и построения растра, закладывающим основы для создания мастера с помощью встроенной термоголовки. Практически все устройства предусматривают настройку так называемой контрастности (плотности мастера). Ее суть в определении программного «порога чувствительности», при превышении которого отсканированная точка перестает считаться «белой», но имеются и более тонкие средства. Например, в аппаратах Riso, можно регулировать степень детализации отображения светлых и темных областей отпечатка фактически меняя так называемую «точку белого» и задавая значения гаммы-функции для светов и теней (что очень полезно при печати полутоновых изображений). Большие возможности в управлении разнообразными режимами растрирования предоставляет компьютерный интерфейс цифрового дупликатора, который (за исключением аппаратов Riso, где он является стандартным компонентом) устанавливается только по требованию покупателя. Как правило, компании-производители предлагают несколько вариантов интерфейсов, различающихся по типу исполнения (внешний или встроенный) и поддерживаемым функциям. Наличие интерфейса и сетевой платы превращает цифровой дупликатор в мощный сетевой принтер для тиражной печати, подготовка заданий для которого выполняется в приложениях электронной верстки. Фирма Riso вывела на рынок серию устройств RP (Riso Printer), стандартно оснащенных встроенным компьютерным интерфейсом RisoRinc 3. Кроме того, фирма планирует начать поставки для аппаратов RP внешних интерфейсов SC 7900, поддерживающих работу с языком PostScript. Функциональные возможности подобных интерфейсов достаточно обширны и полезны с полиграфической точки зрения. Поставляемый компанией Dupio внешний интерфейс DuRIP Pro, оснащенный широко известной системой растрирования HPS (Harlequin Precision Screening), предоставляет возможность прямой печати PostScript-файлов с помощью условно-бесплатной утилиты PrintFile и даже способен работать с нестандартными алгоритмами растрирования (если они могут быть реализованы в процессе прожига мастер-пленки). Другой пример - интерфейс UC5 (UC5e во встроенном исполнении), предлагаемый со всеми аппаратами NRG и дупликаторами MB, поддерживает работу с PostScript-и PDF-файлами, позволяет задавать значение линиатуры, обеспечивает создание четырех типов растровой точки, а также формирование сложного растра с помощью так называемых «суперячеек» (в расширенной версии).
Алгоритм Error Diffusion.
Печать полутоновых изображений на цифровом дупликаторе - уже давно реализована, особенно на аппаратах с высоким разрешением. Делается это с помощью алгоритмов стохастического растрирования, обычно обозначаемых терминов Error Diffusion. Суть их - в сглаживании градиентов яркостей соседних пикселов, что позволяет имитировать так называемую contone-печать, характеризующуюся высокой равномерностью полутоновых переходов. Яркость каждого отсканированного пиксела корректируется в зависимости от величины яркости соседних (условно говоря, «размазывается» по изображению). Скорректированные значения отображаются на растровую таблицу Error Diffusion, чьи данные используются для построения растровой сетки (в нашем случае - для прожига элемента растра мастер-пленки). Помимо собственно полутоновой печати, алгоритм Error Diffusion часто применяется в комбинированном режиме текст/фото, поскольку, сглаживая полутоновые переходы, он не оказывает воздействия на текстовые участки изображения.
Рис. 7. Логическая схема реализации алгоритма растрирования (Error Diffusion).
Построение и работу алгоритма Error Diffusion (рис. 7), используемого в цифровых дупликаторах, рассмотрим его на примере 6-разрядной отсканированной строки изображения (63 градации яркости). Каждый элемент которой должен быть преобразован либо в 0, либо в 1 (вспомним, что на мастер-пленке возможны только два варианта - либо есть отверстие, либо нет). Для большего упрощения возьмем лишь одномерное преобразование (в нашем случае по ширине сканируемого листа),тогда как в реальных условиях оно выполняется одновременно по двум координатам. Состояние первого пиксела (черный или белый) определяется ближайшей к нему границей градационного поля (см. рис. 7) - в нашем случае он остается «белым». Для определения состояния второго его численному значению добавляется разница между яркостью первого пиксела и нижней градационной границей (то есть фактически значение яркости первого пиксела). Величина яркости второго добавляется к значению яркости третьего. Поскольку уровень яркости четвертого (52) расположен ближе к верхней градационной границе, то разница 63 - 52 = 11 уже вычитается из значения яркости пятого пиксела. В результате обработки получаем итоговую строку растровой сетки, показанную в нижней части рисунка.
Краски и бумага.
Выбор дупликатора и возможности цифровых дупликаторов во многом определяются какими красками и на какой бумаге аппарат способен надежно печатать. При стандартной комплектации (лотки на 1000 листов на подаче и приеме) диапазон плотностей запечатываемого материала, как правило, также стандартен - от 47 до 210 г/м2. Разработчики аппаратов Seiki указывают плотность запечатываемого материала - 40 г/м2, а представители Duplo - 35 г/м2 (реализуется с помощью хорошо себя зарекомендовавшего трехроликового механизма подачи листа и системы удаления листа с возможностью позиционирования боковых «пневматических пальцев»). Печатая на папиросной бумаге, следует помнить, что одно дело - копирование простого текстового объявления, другое - печать насыщенного краской изображения, когда почти прозрачный на вид лист может либо намертво прилипнуть к красочному барабану либо, либо вылетев из дупликатора свернуться в трубочку. В случае использования дополнительных фронтальных лотков большой емкости, когда тракт подачи бумаги уже трудно назвать прямым, допустимый диапазон плотностей, естественно, сужается. Кроме того, дупликаторы, в силу свойств используемой краски, категорически не допускают работы с мелованной, а тем более глянцевой бумагой - краска на таком носителе, скорее всего, вообще никогда не высохнет.
Проблема краски. Достаточно важна и другая сторона печатного процесса - набор предлагаемых производителями дупликаторов красок. Красочные цилиндры (барабаны) стоят около 1000 долларов
(рис. 8), поэтому надо помнить, что после установки в новый цилиндр тубы с краской поменять «цвет цилиндра» можно лишь путем его глубокой очистки, выполняемой сервисным инженером, тем не менее, печать в две или три краски на дупликаторах - очень распространенное явление. Самый аскетичный красочный набор предлагает своим клиентам компания Seiki. Более широкий простор для фантазии получают владельцы других аппаратов, которые в дополнение к стандартному набору из 11-16 цветов имеют возможность приобрести краску из палитры Pantone. Большинство поставщиков оговаривает минимальный объем такого заказа (дистрибьюторы Rex Rotary - 4 банки, Duplo - 24 банки, Riso - 50 банок).
Рис. 8. Красочный барабан цифрового дупликатора Duplo
Проблема стоимости.
Стоимость весьма актуальный вопрос, который далеко не в последнюю очередь интересует покупателя цифрового дупликатора. Подобно принтерам и копирам, дупликатор потребует постоянно приобретать расходные материалы, стоимость которых составляет заметную долю затрат на его обслуживание, но в отличие от них, себестоимость его отпечатка снижается с ростом тиража и в среднем составляет от 6 до 9 копеек за лист формата А4. Минимальный тиражный порог, ниже которого печать становится невыгодной равен 50-100 копий. Самый дорогой расходный материал это мастер-пленка, и чем на большее количество копий один ее кадр расходуется, тем меньше себестоимость отпечатков (все производители гарантируют 4000 качественных копий любой сложности на один мастер). Что же касается стоимости краски, то, учитывая ее средний расход на лист А4 стандартного заполнения, вклад этого компонента в себестоимость копии примерно постоянен и выходит на первое место только при тысячных тиражах. В себестоимость копии входит и стоимость владения аппаратом, которая может существенно возрасти, если владелец дупликатора не представляет насколько серьезный аппарат он приобрел, и как с ним следует обращаться.
Цифровые дупликаторы, особенно их последние модели до предела оснащены электроникой (всевозможные датчики определения размера бумаги, датчики фиксации заполнения бункера с отработанным мастером и расхода мастер-пленки, датчики контроля двойного листа и прохождения листа в механизме равнения и т. д.). Устройства крайне чувствительны к нестабильности питающего напряжения (например к внезапным скачкам в сети, возникшим из-за включения сварочного аппарата). Если отсутствует источник бесперебойного питания, то возможно придется приобретать новую процессорную плату стоимостью свыше 1000 долларов. Аппараты требуют высокой культуры обслуживания (эксплуатация аппарата требует постоянно снимать технологическую панель и производить чистку пылесосом, удалять бумажную пыль. Поэтому, учитывая сложность внутреннего устройства дупликатора, следует заранее узнать какие сервисные услуги оказывает продавец. Качество сервисных услуг в сочетании с грамотным обращению с аппаратом хозяина в значительной мере определяет стоимость владения прибором. Все российские поставщики дают годовую гарантию, а дистрибьюторы Seiki три года гарантии без ограничения числа отпечатков и Unit Copier, заключающая трехлетние сервисные контракты. Многие ограничивают законное трудовое рвение пользователя числом сделанных с момента продажи отпечатков. Целый ряд компаний (дистрибьюторы Ricoh, Rex Rotary и Riso) делают бизнес на восстановлении отработавших свой ресурс аппаратов. По прошествии определенного времени можно либо купить новый дупликатор с зачетом стоимости старого, либо забрать полностью восстановленный аппарат, с постановкой на гарантию (данная услуга пользуется большим спросом). По информации сервисных центров, в России успешно работают аппараты, прошедшие по два или три условно заявляемых производителями ресурса.
Автоматизации этапов печатного процесса.
Скоростной цифровой дупликатор заставляет задуматься об автоматизации и других этапов печатного процесса. Все поставщики предлагают для этого целый набор готовых технологических решений.
Автоматический резак, полезен тем, кто для экономии мастер-пленки, использует один мастер формата A3 для печати сразу двух копий А4. Очень удобен встраиваемый в дупликатор механизм разделения тиражей (в аппаратах Ricoh JP 5000, моделях NRG и MB DD 45 безленточный разделитель входит в стандартную поставку). При выполнении многотиражных работ очень полезен автоподатчик оригиналов (АПО). С его помощью в дупликаторах Ricoh, Riso, NRG, MB и Unit можно применить печать разного числа копий с одного или нескольких оригиналов (режим классов). Большую помощь оказывают листоподборщики, степлеры, брошюровщики, термо-клеевые машины и т. д.. Компания Dupio, изначально специализировалась на выпуске послепечатного оборудования и выполняет его настройку для работы со своими дупликаторами. Предлагаются комплексные решения на базе техники таких известных фирм как IDEAL, KAS, Lamirel, Maping, NAGEL, Watkiss и других. Цифровой дупликатор является основой для создания мини-типографии, но необходимо учитывать, что его эффективное использование требует решения и ряда технических и организационных проблем (например, поддержание в помещении необходимого уровня температуры и влажности, периодическое обслуживание, чистка аппарата пылесосом и т. п.).
На российском рынке цифровых дупликаторов обычно представлены аппараты девяти основных торговых марок: Dupio, Riso, Gestetner, MB, Nashuatec, Rex Rotary, Ricoh, Seiki и Unit (торговые марки Nashuatec, Rex Rotary и Gestetner являются собственностью Ricoh и группы NRG), среди них представлены и относительно недорогие аппараты формата А4, и устройства формата A3 с разрешением сканирования и печати 600 dpi, и выше, оснащенные встроенным компьютерным интерфейсом, приемными и подающими лотками большой емкости.