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[인쇄계2016.05] New Technology-코닥

_인쇄기술정보_

by 월간인쇄계 2016. 7. 19. 12:21

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2008년 드루파 이후 가장 큰 주목을 받고 있는 인쇄 기술은 단연 프로덕션 잉크젯 시스템이다. 이 시스템은 20세기 인쇄산업 기술의 꽃이라 불리는 오프셋 인쇄를 대체할 방식으로 예견되며 미래 인쇄산업을 선도해 나갈 인쇄술로 부각되었다. 그리고 2016년 오늘, 잉크젯 시스템은 빠른 인쇄속도와 오프셋 인쇄 품질과 견줄만한 높은 품질, 다양한 종류의 피인쇄체 핸들링, 그리고 광범위한 어플리케이션이 가능하다는 이점으로 이러한 예측을 기정사실화 하고 있다. 

버사마크(Versamark)에서 프로스퍼(Prosper)로 이어지는 일련의 프로덕션 잉크젯 장비들을 선보이며 잉크젯 기술을 선도해 온 코닥은 지난 3월 제 4세대 연속 잉크젯 기술로 불리는 ‘코닥 울트라스트림 기술’을 발표했다. 이를 통해 코닥은 프로덕션 잉크젯 시스템에 있어 그 리더로서의 입지를 굳히며, 오프셋을 대체할 인쇄술이 잉크젯이란 대세론에 쐐기를 박았다. 그럼 이제부터 코닥이 야심차게 내놓은 코닥 울트라스트림 기술에 대해 탐구해 보도록 하자. 


프로덕션 잉크젯, 인쇄의 핵심 기술로 부상

코닥 울트라스트림(Kodak UltraStream) 기술은 상업 인쇄와 포장 인쇄 및 기타 인쇄 분야에서 인쇄의 핵심 기술로서 프로덕션 잉크젯 기술의 활용을 가능케 한 잉크젯 인쇄 시스템이다. 이 기술은 더 작아진 잉크 드롭 크기와 정확한 위치분사를 통해 더 높은 고해상도 이미지를 구현하며, 또렷한 선과 세밀한 선명도를 구현한다. 울트라스트림 기술은 새로운 표준을 확립하고 인쇄 업계의 어플리케이션 범주를 넓힘으로, 고속, 고해상 잉크젯 인쇄를 위한 새로운 시장을 개척하리라 기대되고 있다.


향상된 잉크 드롭 기술

코닥 울트라스트림 잉크젯 기술은 코닥 스트림 기술의 성공에 기반한 고속 디지털 인쇄를 위한 코닥의 4세대 연속 잉크젯(continuous inkjet, CIJ) 정류 방식의 기술이다. 스트림 기술은 폭 넓은 피인쇄체에서 최저 운전 비용으로 고해상도의 구현이 가능해 디지털 인쇄의 새로운 척도를 수립했다. 울트라스트림 기술은 이러한 기존의 디지털 잉크젯 스트림 기술을 한 차원 더 높여 대량 생산 속도와 이미지 당 최저 운전 비용은 그대로 유지하며, 오프셋과 비등한 화질로 피인쇄체의 범주를 더욱 넓혔다. 

연속 잉크젯 기술은 코닥의 여러 독자적 기술에 근간을 둔 핵심 개발을 통해 이러한 놀라운 결과를 이룩했다. 울트라스트림 기술의 중심에는 정밀한 실리콘 노즐이 있다. 이 노즐은 미세전자기계 시스템(microelectromechanical systems, MEMS- 마이크로 단위의 기계적 구조물과 전자 회로가 집적화 되어 결합된 초소형 정밀 기계 제작 기술)에서의 최신 산업적 진보와 상보성 금속 산화막 반도체(complementarymetal-oxide semiconductor, CMOS- P형과 N형의 MOS 트랜지스터를 합쳐서 만든 논리회로로서 연산속도는 늦지만 소비전력이 아주 작은 반도체) 기술, 그리고 간소하고 간결한 정전 드롭 선택 체계로 구성되어 있다. 이 실리콘 노즐 플레이트는 약 9 마이크론 직경을 갖는 2,560개의 노즐이 인치 당 600도트(dpi)로 직선 배열되어 있다. 각 노즐에는 환상 히터가 구멍 가장자리에 배치되어 있다(그림 1과 2).


▲ [그림 1] 입구 가장자리에 환상 히터가 달린 노즐


▲ [그림 2] 히터와 구멍을 확대한 모습


이 실리콘 노즐 플레이트는 프린트 헤드 매니폴드에 붙어 있어 일정한 압력과 유량률로 안정된 잉크 흐름을 만들어낸다. 물리학의 원리를 이용해 각 노즐 히터가 작동되면 이 안정된 잉크 흐름은 균일한 드롭으로 분사된다. 히터 작동 주파수는 400kHz 이상이며, 각 구멍마다 점도와 표면장력을 국지적으로 낮춤으로써 충분한 에너지를 주어 분출 필라멘트를 약화시킨다. 그 다음에는 초당 20미터의 속도로 드롭이 개별 형성된다. 노즐 표면에 잉크 분사 형성을 위해 필요한 에너지는 주변 온도로부터 5ºC 미만으로 상승시키는 저 에너지이다. 이는 유체에 결정핵을 생성하기 위해 100ºC에 온도 도달을 필요로 하는 써멀 DoD(Drop On Demand) 잉크젯 시스템보다 50배나 더 낮은 에너지이다.

울트라스트림 기술의 저에너지 요건은 확실하게 입증된 탄탄한 드롭 생성 방식을 제공한다. 이 기술에서 노즐의 수명은 3조 드롭에 달한다(그림 3 참고). 연속 잉크젯 드롭은 크기가 동일하고, 글자와 선의 두께가 균일하며, 기본적으로 한 인쇄기에서 다른 인쇄기로 오랜 기간 운영해도 컬러의 안정성이 뛰어나다.


▲ [그림 3] 울트라 스트림 기술의 분사


프린트 선택

드롭 선택은 잉크 드롭의 단순한 정전 방식을 통해 이루어진다. 잉크를 저장하고 있는 플레이트는 분사 대열과 직선으로 배열되며 충전 전압은 일정한 주파수로 적용된다. 입자들은 실리콘 노즐 플레이트에서 CMOS의 정밀성을 이용하여 충전 전압에 의해 단계적으로 분사된다. 거의 비슷한 시간에 분사된 입자들이 이 충전 플레이트 앞에 형성되고, 반대 전하가 입자들에 적용된다. 이 전하는 접지 표면에 분사된 입자들을 편향시켜 잉크 드롭이 연속 잉크젯 시스템을 통해 포착, 재순환되게 한다. 드롭 분리 단계(타이밍)가 플레이트에 아무 전하도 없는 상태로 변하면, 관련 드롭이 전하를 띄지 않는다. 전하를 띠지 않는 드롭은 편향하지 않고, 프린트 드롭이 되어 바로 피인쇄체에 떨어져 이미지를 만들어낸다. 전하 분사와 비전하 분사가 이렇게 번갈아 가며 바이너리 디지털 인쇄 기법을 만들어낸다. 이 인쇄 속도는 200kHz 이상으로, 잉크젯 기술 중 단연 최고 속도이다(그림 4 참고). 울트라스트림 기술은 산업을 선도하는 분사 생성 속도를 충분히 활용하도록 구성되어 있으며, 4피코-리터 입자 이하로 분사되어 용지 교차 방향으로 600 dpi 해상도, 용지 방향으로 1,800dpi 해상도로 이미지를 만들어낸다. 이 해상도는 분당 500피트(152미터/분) 이상의 속도에서 1,200×1,200dpi로 인쇄되는 이미지 품질과 동등하다.

▲ [그림 4]

잉크와 피인쇄체

정밀한 드롭 생성과 프린트 선택 외에도, 최고의 이미지 품질을 달성하려면 코닥의 독자적인 미세 가공된 안료 잉크가 필요하다. 이 혁신적인 안료는 기존 안료와 비교했을 때, 나노기술 입자 크기를 일정하고 미세하게 분포시킨다(그림 5 참고). 환경친화적인 수성 잉크는 이러한 나노기술 안료를 이용하여 오프셋 잉크보다 더 넓은 색 공간을 만들어낸다. 이것은 잉크의 투명도를 통해 이루어지며 그 잉크 레이다운을 통해 피인쇄체로부터 광반사가 일어나게 된다. 또한 코닥의 안료 잉크는 피인쇄체에 내구성을 제공하며, 내수성이 뛰어나 오랜 세월이 흘러도 태양광으로 인한 변색에 강하다.

울트라스트림 기술과 더불어, 코닥은 보다 까다로운 어플리케이션들을 위한 다섯 개, 여섯 개, 또는 일곱 개의 컬러 스테이션 확장을 위해 안료 잉크의 혁신을 이루고 있다. 코닥이 개발한 저비용의 용지 처리기술과 화학반응을 이용하면 대부분의 수성 안료 잉크보다 더 폭 넓은 피인쇄체 범주의 활용이 가능해진다. 코닥의 독자적 수성 잉크에 함유된 저 습윤제는 보다 빠른 건조는 물론, 까다로운 피인쇄체에서 더 뛰어난 친화성을 발휘한다. 이러한 피인쇄체에는 광택지를 포함, 여러 다양한 코팅지와 비코팅지들이 있으며, 연신폴리프로필렌(한번 만들어진 필름을 재가열하면서 한쪽 방향으로 잡아당기든지 또는 양쪽 방향으로 잡아당겨 만드는 필름)과 같은 연성 포장재와 비닐과 같은 불침투성 재질들도 있다.

▲ [그림5] 기존 잉크와 코닥 잉크 비교사진

장점

울트라스트림 기술은 코닥이 보유한 연속 잉크젯 기술과 코닥 프로스퍼 제품 라인에 적용된 코닥 1세대 스트림 기술을 통해 입증된, 신뢰할 수 있는 대용량 프로덕션 시스템이다. 프로스퍼 기술은 여러해 동안의 시장 검증을 마쳤으며, 연간 900억 이상의 이미지를 제작하고 있다. 울트라스트림 기술은 365일 24시간 생산이 가능할 만큼 높은 신뢰도를 갖고 있다. 연속 잉크젯이 제공하는 일정한 잉크 흐름은 노즐의 이상 분출과 막힘을 방지하며, 이미지 커버리지와 속도에 중요한 프린트 헤드의 수명을 이례적으로 연장시킨다. 일반적인 DoD 시스템은 노즐이 항상 젖어 있어야 하는데, 이것은 가동 시간 단축과 잉크 낭비를 불러오며, 잉크 커버리지와 속도가 증가하면 잉크젯 헤드의 수명이 줄어드는 원인이 된다. 울트라스트림 기술은 노즐에 압력을 가해 생성된 높은 드롭 속도 덕분에 정밀한 드롭 배치 정확도로 분사를 균일하게 생성한다. 따라서 노즐 플레이트를 피인쇄체로부터 보호할 수 있으며, 프린트 헤드의 수명을 단축시키는 오염원을 줄일 수 있다. 울트라스트림 프린트는 부수체가 없다. 인쇄를 할 때 배경 분사 범위가 상당한 DoD와 달리, 울트라스트림 기술은 선명하고 또렷하며 불필요한 도트가 전혀 없다. 코닥의 안료 잉크는 효율적인 프로세스를 통해 내부적으로 제작되므로 시장에서 가장 저렴한 잉크이다. 울트라스트림 연속 잉크젯 기술은 열거된 많은 성능상의 이점들 외에도,프린트 헤드를 다시 손질해 사용할 수 있어 조립상에 거의 모든 컴포넌트들을 다시 재활용할 수 있어 친환경이라는 점이 큰 장점이다.


어플리케이션

탁월한 품질과 타의 추종을 불허하는 생산성, 매력적인 경제성 등을 고려했을 때, 코닥 울트라스트림 기술은 그래픽 커뮤니케이션과 산업용 어플리케이션 전반에 걸친 파급 범위가 매우 넓다 하겠다. 기존의 잉크젯 시장들, 예컨대 출판인쇄 시장과 상업용 시장의 경우, 울트라스트림 기술이 고해상도 인쇄 품질에 대한 이들 시장의 갈증을 해소해준다면, 훨씬 더 큰 페이지 볼륨으로의 이동 현상을 가져올 것이다. 뛰어난 도트 배치 정밀도는 잡지나 카탈로그처럼 고급 인쇄 분야를 겨냥해 개발되었다. 이 분야는 인쇄 품질의 저하 없이 유연성과 개인 맞춤형 인쇄를 가능케 할 수 있는 솔루션을 오랫동안 기다려왔으며, 이에 대한 시장의 욕구를 충족시키기 위해 울트라스트림이 탄생하게 된 것이다.

이 기술은 산업용 어플리케이션으로 그 경계를 확장했다. 홈 데코 시장은 사실상 한계 없는 인쇄가 가능하며, 각기 다른 인쇄 장비에서 인쇄한 인쇄물의 컬러 매치를 확실히 할 수 있는 와이드 포맷 솔루션을 필요로 한다. 울트라스트림 기술은 그 이상을 해낼 수 있다. DoD 프린트 헤드가 고갈과 공기주입으로 잉크 흐름이 중단되어 다시 인쇄 속도를 조절해야 하는 것과 비교했을 때, 연속 잉크젯은 어떤 커버리지 수준에서도 일정한 고속의 생산성을 발휘한다. 또한 코닥의 독자적 나노입자 잉크는 투명한 나노입자 링크 레이어와 거의 이상적인 CMYK 색소의 스펙트럼 곡선 덕분에 탁월한 색 공간과 낮은 메타메리즘(분광 분포가 다른 2개의 빛의 색이 같은 색을 보이는 현상)이 가능하다.


▲ 프로덕션 디지털 인쇄의 어플리케이션 범주


현재까지 울트라스트림 기술을 활용할 수 있는 시장의 예로 포장, 라벨, 잡지, 카탈로그, 홈 데코 등이 언급되고 있지만, 울트라스트림 기술이 가진 잠재력은 이러한 분야들을 뛰어 넘을 것이다.

탄력적인 인쇄 너비, 고정 또는 횡단 프린트 헤드, 오프셋 수준의 인쇄 품질, 고속 드롭 배치, 믿을 수 있는 고생산성 속도로 다양한 용지 및 플라스틱 재질에서도 가변 데이터를 인쇄할 수 있는 능력 등 울트라스트림 기술은 인쇄산업의 혁명을 가져올 기회의 문을 열고 있다. 코닥은 그래픽 커뮤니케이션부터 데코 인쇄와, 심지어 기능 인쇄 분야에 이르기까지 다양한 디지털 인쇄 분야에서 OEM 사들과 완성형 통합업체들이 울트라스트림 기술을 시험해 볼 것을 권장한다.

이 기술은 시장에서 코닥 스트림 기술과 공존하며 서로 다른 플랫폼 옵션으로 각각의 응용 요건에 부응하게 될 것이다.


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