CTP科技發展歷程與運用狀況

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本文作者：高峰邢曉坤作者單位：樂凱華光印刷科技有限公司

1引言

目前，直接制版技術（ctp）在全球范圍內得到廣泛認同及采納，其未來發展受到業內的高度關注。CTP技術從1995年進入產業化應用，至今已經走過了17個年頭，從技術發展誘導期進入了高速平穩增長期。本文主要對光敏CTP技術發展歷程及應用現狀進行分析梳理，旨在對我國CTP技術的研發與推廣能有所裨益。

2光敏CTP技術研究與應用現狀

目前，CTP在世界各國得到越來越廣泛的應用，特別是西歐、美國等發達國家的CTP裝機量更是高達70％以上（占制版機總量比例），全球應用的CTP制版機已經超過5萬臺。新聞報業是CTP應用的重要領域，全球10％以上的CTP用在新聞行業。歐洲應用量遠多于其它地區，世界一大半新聞CTP都用于歐洲地區。與歐美相比，日本在新聞CTP應用方面，無論在時間上還是數量上都要相對落后一些，但近年來發展速度明顯加快。CTP在我國報業的應用的情況與日本相似，2010年5％以上的CTP用在新聞報業上。目前，全球主要有四家公司擁有紫激光CTP技術，它們是日本富士膠片公司、德國愛克發公司、美國柯達公司、中國樂凱華光公司。富士公司的紫激光版材技術在上述四家公司中，最為成熟。版材各項性能比較平衡，突出高分辨率，感光度（90μj／cm2）略低，版材可以在200線／英寸的精度下再現2％～97％的網點；同時，還可以使用20μ的調頻網加網，主要目的在于滿足商業印刷的要求，版材的耐印力可達15萬印；還采用特殊的顯影加工技術，40L顯影液的使用壽命從1000m2增加至2000m2。愛克發公司的紫激光CTP版采用與富士紫激光版截然不同的配方體系，具有感光度高（約50μj／cm2），中間調網點增大小、顯影性能優良、耐印率高等優點，但分辨率低，廣泛用于報業印刷。柯達公司也于2006年正式向全球推出紫激光版VioletNews和Violetprinting，突出優勢是高感光度（約40μj／cm2），加網線數最高可達200lpi，耐印率最高可達20萬印，但穩定性欠佳，適用于激光頭功率超過30mW的紫激光制版機，可以滿足不同的應用環境和印刷業務的需要。中國上海印刷技術研究所是國內最早涉足光聚合CTP版材研制的單位，其研制開發的適應488nm激光光源和532nm激光光源的光聚合版材通過上海市科委的技術鑒定。廣東中科銀實業有限公司是將銀鹽擴散版實現產業化的公司，近3年來共實現銷量幾十萬平方米。樂凱華光從1998年開始研制光聚合CTP系列版材，經過持續的不懈努力，先后研制開發出PPA（488nm）、PPY（532nm）、PPV（410nm）、PPVS（410nm）版材。其中，PPVS于2009年實現產業化，進入批量正式生產階段，近3年來共銷售近300萬m2。

3技術發展帶動設備更新

直接制版機是負責將數字頁面直接掃描輸出在適當的介質上從而滿足后續工序，如顯影和印刷的要求。直接制版機主要分為光敏、熱敏和其他掃描成像方式3大類，其中光敏直接制版機又細分為采用發光波長在390～410nm的半導體激光器（紫激光二極管———UV－LD）的紫激光直接制版機和采用傳統高壓汞燈、激光器的CTcP制版機。熱敏直接制版機定位于搭載發光波長在830nm的半導體激光器（紅外激光二極管———IR－LD）的制版系統。其他成像方式主要是采用噴墨成像的直接制版系統。

根據有關統計數據我們綜合分析判斷，2011年在我國直接制版機的市場保有量為4050臺，其中，熱敏制版機2800～2900臺，占69．14％～71．60％，紫激光制版機700～750臺，占17．28％～18．52％，CTcP制版機500臺，占12．35％。這些數據僅供大家參考。值得一提的是，CTcP在我國直接制版市場占有12％以上的份額，這個比例明顯高于全球的統計數據，UV－CTP在中國為什么這么“火”［1］，這大概與我國目前是世界上最大的PS版制造和出口國有著密切關系。光敏CTP制版機多采用內鼓式或平臺式激光掃描裝置如圖1，分別應用于商業或報業制版系統。由于激光器體積小，通常紫激光CTP設備采用內鼓式成像結構。它是把滾筒作為承托印刷版的鼓，印刷版被固定在內輪廓的某個固定位置上。曝光時，聲光調節器根據計算機中圖像信息的明暗特征，對激光器光源所產生的連續激光束進行調制。調制后的激光束先照射到旋轉鏡上，隨著鏡子的旋轉，激光束就被折射到滾筒上，形成曝光圖像。調整聚焦就可以改變激光束的直徑，從而得到不同程度的分辨力；調整鏡子的轉速，則可以調節曝光時間。熱敏制版機和紫激光制版機在市場上的高占有率與它們在技術上的優勢是密不可分的，其中穩定且壽命較長的高功率激光光源是一個重要因素［2］。UV－LD的功率從上個世紀90年代末的數毫瓦，在2006～2007年進入到數百毫瓦的范疇，不到10年的時間提高了100倍。功率的提高意味著對版材敏感度要求的降低。在UV－LD的低功率時代（數毫瓦級），只有敏感度非常高的銀鹽CTP版材可以滿足高速掃描成像的要求；在中等功率時代（數十毫瓦級），光聚合CTP版材即可滿足相關要求；在高功率時代（數百毫瓦級別及以上級），傳統的PS版就可以滿足高速掃描成像的要求，因為UV－LD的發光波長正好處于傳統PS版敏感的光譜范圍內。

目前，市場上已經出現了采用高功率UV－LD（超過100mW）和高感度PS版的直接制版系統，必將成為CTcP的一個重要組成部分。但是UV－LD功率的發展是否依然維持直線上升狀態，目前還不能輕易下結論。IR－LD是一種比較成熟的近紅外固體激光光源，但由于光熱成像敏感度低，其功率分類比UV－LD普遍提高了2個數量級，即低、中和高功率定義在數百、數千和數萬毫瓦級。

目前，熱敏直接制版機普遍采用集成光源模塊和多光源模塊組合技術，激光功率處于數千毫瓦甚至數萬毫瓦的水平。先進的掃描技術是熱敏制版機和紫激光制版機引領市場的另一重要因素。目前，先進的熱敏直接制版機主要采用光柵光閥（GLV）分光技術和外鼓掃描技術。紫激光制版機主要采用內鼓掃描方式，向內圓弧彎曲且固定不動的版材與始終處于版材圓弧半徑中心、平穩高速旋轉的斜面轉鏡是技術的關鍵。內鼓成像的光路特點保證了激光束始終從圓弧彎曲的版材的半徑中心出發，使達到版材任何一點的光程完全相同，即減小了成像質量對光學系統的壓力，也提高了光學系統的成像質量。斜面轉鏡采用氣墊軸承轉子技術，不但轉速高，且轉動平穩、準確，磨損小，壽命長。UV－LD激光器在技術上的不斷進步和完善使紫激光直接制版機的市場占有率在過去幾年一直處于穩步上升狀態，從而導致熱敏直接制版機的市場占有率呈緩慢下降趨勢，但其在市場的主導地位一直沒有發生根本變化。近年來市場上推出的主流紫激光CTP機列入表1［3］。

4成像特質決定工作環境

光敏成像，更準確的應稱謂為光粒子成像，是光敏劑吸收光子后躍遷到其光化學活潑狀態（高能量狀態），繼而發生化學反應生產希望的產物的過程。原理上說，只要光子攜帶足夠能量或具有足夠短的波長即可引發希望的光化學反應，所生成的產物只與吸收的光子數量，即曝光量有關，與光子的空間數量密度，即功率密度或輻射強度沒有閾值要求，只要曝光量達到成像曝光量即可。最低成像曝光量是重要的成像特性，不同材料體系由于成像原理和增幅機制不同而各有其典型的敏感度范圍。銀鹽材料的最低成像曝光量一般為10－1～0μJ／cm2；光聚合材料的最低成像曝光量一般為101～2μJ／cm2；熱敏材料的最低成像曝光量一般為102mJ／cm2。前兩者屬于光量子成像系統，由于存在很高的增幅機制，敏感度明顯高于后者；后者在多數情況下屬于光熱成像系統，很少具有增幅機制或只存在及其有限的增幅機制，與前兩者相比敏感度低了3個數量級以上。

5紫激光CTP明顯的技術優勢［4］

紫激光CTP明顯的技術優勢主要表現在：低廉的激光器維護成本、可靠的設備穩定性、優越的出版速度以及穩定的顯影環境和最低的顯影液成本。

5．1高精度成像質量

405nm紫激光特性是光點的大小可以控制到1μm，該物理特性很好地保障了紫激光CTP的成像品質，配合高精度的內鼓式結構及光聚合紫激光CTP版材，用戶可以從容應對3001pi調幅加網和20μm調頻加網的制版精度要求，完全滿足印刷企業對制版質量提升的渴求。目前，紫激光CTP版材已經完全實現了國產化，并向國內外銷售。從設備結構上講，內鼓式成像結構本身在成像原理上要優于外鼓式的螺旋式成像原理，在平網和極細線條的復制方面為用戶提供更高的精度保證。

5．2低廉的激光器維護成本

405nm的紫激光波長短，屬于冷光源，光源的穩定性更好，適用于光聚合紫激光版材曝光成像的激光器。功率只有30～60mW，僅為熱敏CTP激光器功率的千分之一，如此小的激光器功率完全可以確保紫激光CTP的激光器做到瞬時開關———激光器僅在版材曝光時才點亮打開，其它時間激光器則完全處于關閉狀態。因此，理論上講在紫激光CTP設備8～10年的使用周期內根本無須更換激光器。相對于熱敏CTP的大功率激光器而言，僅激光器一項，紫激光CTP每年將為企業節約非常可觀的激光器更換成本。沒有了高昂的激光器維護成本，解除了企業的后顧之優。

5．3可靠的設備穩定性

在設備長達8～10年的使用周期，紫激光CTP將為用戶節約多個激光器的高昂更換成本，從而確保設備長期可靠穩定地運行。并且，由于光聚合紫激光CTP版材的感度只有幾十μJ／cm2，因此，在設備8～10年的周期內，紫激光CTP將有非常恒定的生產效率。而在熱敏CTP的使用過程中，設備的出版效率會隨著激光器功率的衰減而逐漸下降。此外，內鼓式的機械結構在紫激光成像過程中版材和滾筒都靜止不動，使得設備的穩定性獲得長期有效的保證，完全避免了外鼓式熱敏CTP經常發生的卡版、飛版及螺旋式成像所帶來的平網不勻等現象，同時也進一步保障了制版成像的精度。

5．4優越的出版速度

生產中設備實際的出版速度快是紫激光CTP的又一重大優勢。富士公司“多激光AOD（A－coustoOpticalDeflectors———聲光偏轉器）”成像技術在紫激光CTP上的成功應用，大幅提升了CTP設備的出版速度。每小時40張商業精度對開版材的出版能力，是普通熱敏CTP設備的3倍左右。對于急件、快件而言，則有了更好的應對手段，這是熱敏CTP所無法匹及的。1臺富士紫激光CTP，完全可以輕松滿足企業后端8～10臺四色膠印機用版量的需要，從而在CTP設備的擁有臺數和印刷生產能力之間實現最佳配套。5．5穩定的顯影環境和最低的顯影液成本光聚合版材特有的砂目結構和涂布工藝使得顯影液的使用周期大大延長，在所有CTP版材的沖洗藥液中，紫激光光聚合版材的藥液寬容度無疑是最大的———顯影液可以6周左右更換一次，相對于所有熱敏CTP版材2～3周的藥液更換周期而言，將為用戶節約大量的沖洗成本。目前紫激光CTP用戶的顯影液更換周期大約都在6周左右，這其中不乏曾經用過熱敏CTP的用戶。相對于以往熱敏的應用，用戶普遍反應光聚合紫激光帶來了大量沖洗成本的節約。顯影液更換周期長不僅帶給用戶使用成本上的極大節約，與此同時，由于藥液更換周期長達兩個月以上，大大提高了工藝穩定性，大幅度降低了操作者的勞動強度。

6CTP版材的應用促進行業向前發展

CTP版材對直接制版技術的發展和應用產生了重要的影響。直接制版技術出現之前，光量子成像是主流，主要使用倍率YAG激光（發光波長532nm，又稱為綠激光）和氬離子激光（發光波長為488nm，又稱為藍激光）。由于激光功率不高，對版材敏感度要求非常苛刻。因此，銀鹽材料是首選的成像材料體系，主要有銀鹽和PS版復合版材，以聚酯片基為基材的向上擴散銀鹽版材和以鋁板為基材的向下擴散銀鹽版材等幾種類型。1997～1998年，光熱成像直接制版設備，特別是搭載IR－LD激光器的光熱成像直接制版設備得到市場的廣泛采納，市場占有率已經超過光量子成像直接制版設備，成為市場主流。20世紀90年代末出現了半導體紫激光（UV－LD，發光波長390～410nm），隨著其輸出功率的快速穩步提高和配套的內鼓掃描成像技術給光量子成像注入了新的生命活力，進入本世紀后光量子直接制版設備的市場份額呈現了上升的態勢。2003～2004年，隨著UV－LD激光器功率進入數十毫瓦時代，以光聚合材料為代表的具有高增幅機制的感光高分子材料開始進入光量子成像直接制版領域并迅速成為主流版材成像系統。也就是從這個時候開始，UV－LD激光器與感光高分子的搭配基本上成為光量子直接制版技術的不二選擇。同時，針對UV－LD激光器的感光高分子材料體系和針對IR－LD激光器的熱敏成像材料體系逐漸成為了CTP版材的主流。

隨著IR－LD激光器功率進一步提高，傳統PS版也有可能會成為主要的CTP版材。CTP版材的發展大致可以分為4個階段：顯影前需要預熱的第1代版材，顯影前無需預熱的第2代版材、免化學處理的第3代版材和免處理的第4代版材。第1代和第2代版材在掃描曝光后需要使用堿性水溶液進行顯影處理，顯影廢液含有有害的化學成分，必須經過恰當處理才能排放或廢棄。第3代和第4代版材在掃描曝光后可以使用中性水進行顯影處理或無需顯影即可上機印刷，顯影廢液的廢棄處理壓力小或者根本不產生廢液，屬于綠色環保性版材。目前在第2代和第3代版材之間，又出現了一個稱為低化學處理CTP版材，也有學者稱其為所謂的2．5代版材［5］，這種版材在掃描曝光后依然還需要使用堿性水溶液進行顯影，但是堿和其他化學成分的濃度已經大幅度降低，廢液處理壓力小于第2代版材。目前我國CTP版材的主流處在第2代和2．5代，正在向第3代和第4代邁進。

免化學處理版材是一種使用中性水顯影的版材，要求版材非印刷區的光敏涂層必須分散或溶解在中性水中以滿足顯影要求。目前市場上主要有兩種材料體系，一種是采用熱熔成像原理的非均相光熱成像系統，屬于中性水可分散的材料體系，應用于光熱成像CTP版材，另一種是采用中性水可溶的成膜樹脂的感光性高分子成像材料系統，屬于中性水可溶解的光敏成像材料體系，應用于光量子成像CTP版材。免處理版材應該是在掃描曝光后無需任何顯影處理即可上機印刷的版材，因此要求激光掃描曝光后能夠在版材的曝光區和非曝光區產生足夠的親和性反差，以滿足非圖文區親水和圖文區親油的要求。目前市場上主要有2種版材，一種是采用熱燒蝕原理以硅樹脂為非圖文表面的光熱成像版材，是一種典型的無水膠印CTP版材。這種版材的光敏涂層由硅樹脂、吸熱層和具有良好親油性能的聚酯涂層構成。硅樹脂涂層處在版材的表層，構成斥油表面。金屬層吸收激光后溫度迅速升高并發生氣化反應，使表層的硅樹脂涂層成為碎片氣化離開版材表面，親油的聚酯底層裸露成為親油表面。這是一款具有實際意義的免處理版材，無需任何顯影處理，主要應用在直接成像印刷機中。但是，該版材曝光產生的化學氣體和碎片會對直接制版的光學系統形成污染，需要在激光曝光部位加裝抽濾系統以便及時處理；另一種是在激光掃描曝光后，圖文區和非圖文區之間的親和性反差還不能完全滿足印刷需要的親油和親水要求，依然需要采用適當方法將非圖文區的感光涂層去掉的版材，最常見的處理方法是利用印刷機開機前潤版水的浸潤作用和油墨的粘連作用將非圖文區光敏涂層轉印到過版紙上，從而達到將非圖文區的感光涂層去除使更加親水的鋁版基裸露出來成為親水表面的目的。因此，這種版材在激光掃描曝光后需要在印刷機上完成“顯影”處理，但這種顯影處理不需使用專門的顯影機且在印刷機上自動完成。這種版材與免處理版材的定義還有一定的差距。