CTP科技发展历程与运用状况
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本文作者：高峰邢晓坤作者单位：乐凯华光印刷科技有限公司
1引言
目前，直接制版技术（ctp）在全球范围内得到广泛认同及采纳，其未来发展受到业内的高度关注。CTP技术从1995年进入产业化应用，至今已经走过了17个年头，从技术发展诱导期进入了高速平稳增长期。本文主要对光敏CTP技术发展历程及应用现状进行分析梳理，旨在对我国CTP技术的研发与推广能有所裨益。
2光敏CTP技术研究与应用现状
目前，CTP在世界各国得到越来越广泛的应用，特别是西欧、美国等发达国家的CTP装机量更是高达70％以上（占制版机总量比例），全球应用的CTP制版机已经超过5万台。新闻报业是CTP应用的重要领域，全球10％以上的CTP用在新闻行业。欧洲应用量远多于其它地区，世界一大半新闻CTP都用于欧洲地区。与欧美相比，日本在新闻CTP应用方面，无论在时间上还是数量上都要相对落后一些，但近年来发展速度明显加快。CTP在我国报业的应用的情况与日本相似，2010年5％以上的CTP用在新闻报业上。目前，全球主要有四家公司拥有紫激光CTP技术，它们是日本富士胶片公司、德国爱克发公司、美国柯达公司、中国乐凯华光公司。富士公司的紫激光版材技术在上述四家公司中，最为成熟。版材各项性能比较平衡，突出高分辨率，感光度（90μj／cm2）略低，版材可以在200线／英寸的精度下再现2％～97％的网点；同时，还可以使用20μ的调频网加网，主要目的在于满足商业印刷的要求，版材的耐印力可达15万印；还采用特殊的显影加工技术，40L显影液的使用寿命从1000m2增加至2000m2。爱克发公司的紫激光CTP版采用与富士紫激光版截然不同的配方体系，具有感光度高（约50μj／cm2），中间调网点增大小、显影性能优良、耐印率高等优点，但分辨率低，广泛用于报业印刷。柯达公司也于2006年正式向全球推出紫激光版VioletNews和Violetprinting，突出优势是高感光度（约40μj／cm2），加网线数最高可达200lpi，耐印率最高可达20万印，但稳定性欠佳，适用于激光头功率超过30mW的紫激光制版机，可以满足不同的应用环境和印刷业务的需要。中国上海印刷技术研究所是国内最早涉足光聚合CTP版材研制的单位，其研制开发的适应488nm激光光源和532nm激光光源的光聚合版材通过上海市科委的技术鉴定。广东中科银实业有限公司是将银盐扩散版实现产业化的公司，近3年来共实现销量几十万平方米。乐凯华光从1998年开始研制光聚合CTP系列版材，经过持续的不懈努力，先后研制开发出PPA（488nm）、PPY（532nm）、PPV（410nm）、PPVS（410nm）版材。其中，PPVS于2009年实现产业化，进入批量正式生产阶段，近3年来共销售近300万m2。
3技术发展带动设备更新
直接制版机是负责将数字页面直接扫描输出在适当的介质上从而满足后续工序，如显影和印刷的要求。直接制版机主要分为光敏、热敏和其他扫描成像方式3大类，其中光敏直接制版机又细分为采用发光波长在390～410nm的半导体激光器（紫激光二极管———UV－LD）的紫激光直接制版机和采用传统高压汞灯、激光器的CTcP制版机。热敏直接制版机定位于搭载发光波长在830nm的半导体激光器（红外激光二极管———IR－LD）的制版系统。其他成像方式主要是采用喷墨成像的直接制版系统。
根据有关统计数据我们综合分析判断，2011年在我国直接制版机的市场保有量为4050台，其中，热敏制版机2800～2900台，占69．14％～71．60％，紫激光制版机700～750台，占17．28％～18．52％，CTcP制版机500台，占12．35％。这些数据仅供大家参考。值得一提的是，CTcP在我国直接制版市场占有12％以上的份额，这个比例明显高于全球的统计数据，UV－CTP在中国为什么这么“火”［1］，这大概与我国目前是世界上最大的PS版制造和出口国有着密切关系。光敏CTP制版机多采用内鼓式或平台式激光扫描装置如图1，分别应用于商业或报业制版系统。由于激光器体积小，通常紫激光CTP设备采用内鼓式成像结构。它是把滚筒作为承托印刷版的鼓，印刷版被固定在内轮廓的某个固定位置上。曝光时，声光调节器根据计算机中图像信息的明暗特征，对激光器光源所产生的连续激光束进行调制。调制后的激光束先照射到旋转镜上，随着镜子的旋转，激光束就被折射到滚筒上，形成曝光图像。调整聚焦就可以改变激光束的直径，从而得到不同程度的分辨力；调整镜子的转速，则可以调节曝光时间。热敏制版机和紫激光制版机在市场上的高占有率与它们在技术上的优势是密不可分的，其中稳定且寿命较长的高功率激光光源是一个重要因素［2］。UV－LD的功率从上个世纪90年代末的数毫瓦，在2006～2007年进入到数百毫瓦的范畴，不到10年的时间提高了100倍。功率的提高意味着对版材敏感度要求的降低。在UV－LD的低功率时代（数毫瓦级），只有敏感度非常高的银盐CTP版材可以满足高速扫描成像的要求；在中等功率时代（数十毫瓦级），光聚合CTP版材即可满足相关要求；在高功率时代（数百毫瓦级别及以上级），传统的PS版就可以满足高速扫描成像的要求，因为UV－LD的发光波长正好处于传统PS版敏感的光谱范围内。
目前，市场上已经出现了采用高功率UV－LD（超过100mW）和高感度PS版的直接制版系统，必将成为CTcP的一个重要组成部分。但是UV－LD功率的发展是否依然维持直线上升状态，目前还不能轻易下结论。IR－LD是一种比较成熟的近红外固体激光光源，但由于光热成像敏感度低，其功率分类比UV－LD普遍提高了2个数量级，即低、中和高功率定义在数百、数千和数万毫瓦级。
目前，热敏直接制版机普遍采用集成光源模块和多光源模块组合技术，激光功率处于数千毫瓦甚至数万毫瓦的水平。先进的扫描技术是热敏制版机和紫激光制版机引领市场的另一重要因素。目前，先进的热敏直接制版机主要采用光栅光阀（GLV）分光技术和外鼓扫描技术。紫激光制版机主要采用内鼓扫描方式，向内圆弧弯曲且固定不动的版材与始终处于版材圆弧半径中心、平稳高速旋转的斜面转镜是技术的关键。内鼓成像的光路特点保证了激光束始终从圆弧弯曲的版材的半径中心出发，使达到版材任何一点的光程完全相同，即减小了成像质量对光学系统的压力，也提高了光学系统的成像质量。斜面转镜采用气垫轴承转子技术，不但转速高，且转动平稳、准确，磨损小，寿命长。UV－LD激光器在技术上的不断进步和完善使紫激光直接制版机的市场占有率在过去几年一直处于稳步上升状态，从而导致热敏直接制版机的市场占有率呈缓慢下降趋势，但其在市场的主导地位一直没有发生根本变化。近年来市场上推出的主流紫激光CTP机列入表1［3］。
4成像特质决定工作环境
光敏成像，更准确的应称谓为光粒子成像，是光敏剂吸收光子后跃迁到其光化学活泼状态（高能量状态），继而发生化学反应生产希望的产物的过程。原理上说，只要光子携带足够能量或具有足够短的波长即可引发希望的光化学反应，所生成的产物只与吸收的光子数量，即曝光量有关，与光子的空间数量密度，即功率密度或辐射强度没有阈值要求，只要曝光量达到成像曝光量即可。最低成像曝光量是重要的成像特性，不同材料体系由于成像原理和增幅机制不同而各有其典型的敏感度范围。银盐材料的最低成像曝光量一般为10－1～0μJ／cm2；光聚合材料的最低成像曝光量一般为101～2μJ／cm2；热敏材料的最低成像曝光量一般为102mJ／cm2。前两者属于光量子成像系统，由于存在很高的增幅机制，敏感度明显高于后者；后者在多数情况下属于光热成像系统，很少具有增幅机制或只存在及其有限的增幅机制，与前两者相比敏感度低了3个数量级以上。
5紫激光CTP明显的技术优势［4］
紫激光CTP明显的技术优势主要表现在：低廉的激光器维护成本、可靠的设备稳定性、优越的出版速度以及稳定的显影环境和最低的显影液成本。
5．1高精度成像质量
405nm紫激光特性是光点的大小可以控制到1μm，该物理特性很好地保障了紫激光CTP的成像品质，配合高精度的内鼓式结构及光聚合紫激光CTP版材，用户可以从容应对3001pi调幅加网和20μm调频加网的制版精度要求，完全满足印刷企业对制版质量提升的渴求。目前，紫激光CTP版材已经完全实现了国产化，并向国内外销售。从设备结构上讲，内鼓式成像结构本身在成像原理上要优于外鼓式的螺旋式成像原理，在平网和极细线条的复制方面为用户提供更高的精度保证。
5．2低廉的激光器维护成本
405nm的紫激光波长短，属于冷光源，光源的稳定性更好，适用于光聚合紫激光版材曝光成像的激光器。功率只有30～60mW，仅为热敏CTP激光器功率的千分之一，如此小的激光器功率完全可以确保紫激光CTP的激光器做到瞬时开关———激光器仅在版材曝光时才点亮打开，其它时间激光器则完全处于关闭状态。因此，理论上讲在紫激光CTP设备8～10年的使用周期内根本无须更换激光器。相对于热敏CTP的大功率激光器而言，仅激光器一项，紫激光CTP每年将为企业节约非常可观的激光器更换成本。没有了高昂的激光器维护成本，解除了企业的后顾之优。
5．3可靠的设备稳定性
在设备长达8～10年的使用周期，紫激光CTP将为用户节约多个激光器的高昂更换成本，从而确保设备长期可靠稳定地运行。并且，由于光聚合紫激光CTP版材的感度只有几十μJ／cm2，因此，在设备8～10年的周期内，紫激光CTP将有非常恒定的生产效率。而在热敏CTP的使用过程中，设备的出版效率会随着激光器功率的衰减而逐渐下降。此外，内鼓式的机械结构在紫激光成像过程中版材和滚筒都静止不动，使得设备的稳定性获得长期有效的保证，完全避免了外鼓式热敏CTP经常发生的卡版、飞版及螺旋式成像所带来的平网不匀等现象，同时也进一步保障了制版成像的精度。
5．4优越的出版速度
生产中设备实际的出版速度快是紫激光CTP的又一重大优势。富士公司“多激光AOD（A－coustoOpticalDeflectors———声光偏转器）”成像技术在紫激光CTP上的成功应用，大幅提升了CTP设备的出版速度。每小时40张商业精度对开版材的出版能力，是普通热敏CTP设备的3倍左右。对于急件、快件而言，则有了更好的应对手段，这是热敏CTP所无法匹及的。1台富士紫激光CTP，完全可以轻松满足企业后端8～10台四色胶印机用版量的需要，从而在CTP设备的拥有台数和印刷生产能力之间实现最佳配套。5．5稳定的显影环境和最低的显影液成本光聚合版材特有的砂目结构和涂布工艺使得显影液的使用周期大大延长，在所有CTP版材的冲洗药液中，紫激光光聚合版材的药液宽容度无疑是最大的———显影液可以6周左右更换一次，相对于所有热敏CTP版材2～3周的药液更换周期而言，将为用户节约大量的冲洗成本。目前紫激光CTP用户的显影液更换周期大约都在6周左右，这其中不乏曾经用过热敏CTP的用户。相对于以往热敏的应用，用户普遍反应光聚合紫激光带来了大量冲洗成本的节约。显影液更换周期长不仅带给用户使用成本上的极大节约，与此同时，由于药液更换周期长达两个月以上，大大提高了工艺稳定性，大幅度降低了操作者的劳动强度。
6CTP版材的应用促进行业向前发展
CTP版材对直接制版技术的发展和应用产生了重要的影响。直接制版技术出现之前，光量子成像是主流，主要使用倍率YAG激光（发光波长532nm，又称为绿激光）和氩离子激光（发光波长为488nm，又称为蓝激光）。由于激光功率不高，对版材敏感度要求非常苛刻。因此，银盐材料是首选的成像材料体系，主要有银盐和PS版复合版材，以聚酯片基为基材的向上扩散银盐版材和以铝板为基材的向下扩散银盐版材等几种类型。1997～1998年，光热成像直接制版设备，特别是搭载IR－LD激光器的光热成像直接制版设备得到市场的广泛采纳，市场占有率已经超过光量子成像直接制版设备，成为市场主流。20世纪90年代末出现了半导体紫激光（UV－LD，发光波长390～410nm），随着其输出功率的快速稳步提高和配套的内鼓扫描成像技术给光量子成像注入了新的生命活力，进入本世纪后光量子直接制版设备的市场份额呈现了上升的态势。2003～2004年，随着UV－LD激光器功率进入数十毫瓦时代，以光聚合材料为代表的具有高增幅机制的感光高分子材料开始进入光量子成像直接制版领域并迅速成为主流版材成像系统。也就是从这个时候开始，UV－LD激光器与感光高分子的搭配基本上成为光量子直接制版技术的不二选择。同时，针对UV－LD激光器的感光高分子材料体系和针对IR－LD激光器的热敏成像材料体系逐渐成为了CTP版材的主流。
随着IR－LD激光器功率进一步提高，传统PS版也有可能会成为主要的CTP版材。CTP版材的发展大致可以分为4个阶段：显影前需要预热的第1代版材，显影前无需预热的第2代版材、免化学处理的第3代版材和免处理的第4代版材。第1代和第2代版材在扫描曝光后需要使用碱性水溶液进行显影处理，显影废液含有有害的化学成分，必须经过恰当处理才能排放或废弃。第3代和第4代版材在扫描曝光后可以使用中性水进行显影处理或无需显影即可上机印刷，显影废液的废弃处理压力小或者根本不产生废液，属于绿色环保性版材。目前在第2代和第3代版材之间，又出现了一个称为低化学处理CTP版材，也有学者称其为所谓的2．5代版材［5］，这种版材在扫描曝光后依然还需要使用碱性水溶液进行显影，但是碱和其他化学成分的浓度已经大幅度降低，废液处理压力小于第2代版材。目前我国CTP版材的主流处在第2代和2．5代，正在向第3代和第4代迈进。
免化学处理版材是一种使用中性水显影的版材，要求版材非印刷区的光敏涂层必须分散或溶解在中性水中以满足显影要求。目前市场上主要有两种材料体系，一种是采用热熔成像原理的非均相光热成像系统，属于中性水可分散的材料体系，应用于光热成像CTP版材，另一种是采用中性水可溶的成膜树脂的感光性高分子成像材料系统，属于中性水可溶解的光敏成像材料体系，应用于光量子成像CTP版材。免处理版材应该是在扫描曝光后无需任何显影处理即可上机印刷的版材，因此要求激光扫描曝光后能够在版材的曝光区和非曝光区产生足够的亲和性反差，以满足非图文区亲水和图文区亲油的要求。目前市场上主要有2种版材，一种是采用热烧蚀原理以硅树脂为非图文表面的光热成像版材，是一种典型的无水胶印CTP版材。这种版材的光敏涂层由硅树脂、吸热层和具有良好亲油性能的聚酯涂层构成。硅树脂涂层处在版材的表层，构成斥油表面。金属层吸收激光后温度迅速升高并发生气化反应，使表层的硅树脂涂层成为碎片气化离开版材表面，亲油的聚酯底层裸露成为亲油表面。这是一款具有实际意义的免处理版材，无需任何显影处理，主要应用在直接成像印刷机中。但是，该版材曝光产生的化学气体和碎片会对直接制版的光学系统形成污染，需要在激光曝光部位加装抽滤系统以便及时处理；另一种是在激光扫描曝光后，图文区和非图文区之间的亲和性反差还不能完全满足印刷需要的亲油和亲水要求，依然需要采用适当方法将非图文区的感光涂层去掉的版材，最常见的处理方法是利用印刷机开机前润版水的浸润作用和油墨的粘连作用将非图文区光敏涂层转印到过版纸上，从而达到将非图文区的感光涂层去除使更加亲水的铝版基裸露出来成为亲水表面的目的。因此，这种版材在激光扫描曝光后需要在印刷机上完成“显影”处理，但这种显影处理不需使用专门的显影机且在印刷机上自动完成。这种版材与免处理版材的定义还有一定的差距。
