Принтеры и наночернила родом из Сибири

Рассказывая о непростом начале модернизации экономики России, мы не обошли вниманием и деятельность государственной корпорации РОСНАНО, вызывающую, скажем так, не только положительные отклики. Да, действительно, – недостатков хватает. Однако есть и положительные примеры. Например, в Новосибирске сегодня разрабатывают действительно уникальные принтеры с ультрафиолетовыми светодиодами и чернила для них. Причем принтеры эти уже нашли покупателей в доброй полусотне стран, что свидетельствует о достаточной серьезности проекта.

Об отечественных принтерах, способных печатать на любой поверхности, включая двери, чугунные радиаторы и даже воду, мы говорили с менеджером по проектам и химиком-разработчиком «Инновационной компании САН» Олегом Марковым.

Алла Аршинова: Олег, а почему взялись именно за принтеры?

Олег Марков: Мы начали работать в 1998 году и изначально занимались поставкой из-за рубежа материалов для производства наружной рекламы и светотехники. В 2003 году начали поставки в Россию и продажу широкоформатных китайских сольвентных принтеров марки Infiniti. Уточню, сольвентные принтеры – это те, что печатают чернилами на основе органических растворителей (т.е. сольвентными). Принцип работы таких чернил строится на том, что растворитель, смешанный с пигментными частицами, проникает в поверхность материала, оставляя на нем изображение.

Поскольку к принтерам требуются и расходные материалы, «САН» также поставляла из Китая и чернила. Но с ними постоянно возникали проблемы: то перебои с поставками, то с качеством что-нибудь нехорошее. После того, как однажды пришлось утилизовать несколько тонн непригодных для работы чернил, мы решили, что вполне можем делать их и в России. Это было в 2005-м. Пока готовилась производственная площадка, мы создали химическую лабораторию и взялись за разработку рецептур. Можно считать, что именно с этого момента мы и приступили к инновационной деятельности, потому что до нас никто в России не занимался разработками и производством чернил для струйной печати. На подготовку ушел год, и 20 июня 2006 года (мы очень хорошо помним эту дату) состоялся запуск первого в России завода по производству чернил.

Параллельно с этим мы подумывали о собственном производстве принтеров. Однако рынок сольвентных продуктов в России был уже довольно насыщенным, продажи шли на спад, а из-за сильной конкуренции существенно снизились цены. Требовался какой-то совсем новый продукт. И вот как раз в тот период начинала набирать обороты ультрафиолетовая печать, постепенно отвоевывая кусок рынка у сольвентной. Но в этой сфере практически все было «закрыто» патентами иностранных компаний. Нашими инженерами была предложена идея использовать в качестве источника УФ-излучения светодиоды, благо такого раньше никто не делал. Нам удалось опередить индустрию еще и потому, что в компании совместно работает два коллектива разработчиков. Первый – это инженеры, конструкторы, электронщики, программисты и механики. Второй коллектив – физики и химики. Как показал опыт, их взаимодействие достаточно продуктивно, и в конце 2006 года был готов первый рабочий образец УФ-светодиодного принтера.

Алла Аршинова: А как такой принтер устроен?

Олег Марков: Устройство всех струйных принтеров примерно одинаково, будь то маленький настольный или пятиметровый широкоформатный монстр. Во всех струйных принтерах есть управляющая электроника, устройство подачи материала, устройство перемещения блока головок, система подачи чернил, каретка с печатающими головками и, конечно, компьютерный интерфейс.

Основное отличие УФ-принтеров (международное название UV-LED) от остальных струйных заключается в том, что в них используются чернила, которые под воздействием ультрафиолетового излучения превращаются в полимер. В UV-LED принтерах в качестве источника излучения используются ультрафиолетовые светодиодные блоки, тогда как в остальных типах применяют лампы различных видов. Что касается нашей разработки, то мы первыми в мире создали работоспособную технологию печати с использованием УФ-светодиодов в качестве источника излучения для отверждения. Эта технология уже запатентована в России, а также подана международная патентная заявка, находящаяся в стадии рассмотрения.

Xerox, Sun Chemical, Fujifilm Sericol несколько лет пытались создать работоспособную технологию светодиодного отверждения. Но из-за разного рода физико-химических проблем им этого сделать не удалось. Дополнительным препятствием стали и организационные вопросы. Дело в том, что практически все компании, занимающиеся разработкой и производством принтеров, не имеют собственного производства чернил (подчеркнем – именно чернил, а не картриджей – прим. редакции). А те, кто производят чернила, не занимаются принтерами. Возможно, у них не было достаточного взаимодействия между коллективами разработчиков, что не позволяло оперативно устранять возникающие проблемы. Уже после нас принтеры с УФ-светодиодами выпустили компании Roland и Mimaki, но их область применения ограничена из-за отсутствия чернил с достаточно высокими характеристиками.

Принтер NEO UV-LED Evolution

Алла Аршинова: Вы говорите, что принтер способен печатать на любых поверхностях. За счет чего это достигается?

Олег Марков: Печатать на широком спектре материалов, в том числе и с неоднородной поверхностью, позволяет как раз технология УФ-светодиодного отверждения, а так же специально разработанные наночернила, способные держаться практически на любых поверхностях. Принтер может запечатывать материалы толщиной до 20 см, а их вес может составлять до 100 кг.

Печать на неровных поверхностях возможна, но с существенным ухудшением качества. Это объясняется просто: чем дальше запечатываемый материал находится от печатающих головок, тем сильнее распыление чернил, что отрицательно сказывается на четкости и детализации конечного изображения.

Алла Аршинова: А разве в других струйных принтерах не используются наночернила? Знаете, сейчас любое «нано» очень ходовой продукт... Для вас использование приставки «нано» – это тоже PR-ход?

Олег Марков: (улыбается) Строго говоря, нано – это то, что менее 100 нм (0,1 мкм). Средний размер частиц в сольвентных и УФ-чернилах – 0,5 мкм, в лучших образцах – 0,3-0,2 мкм. Самые мелкие частицы пигмента используются в водных чернилах для настольных принтеров, около 130 нм. Размер частиц пигментов в наших чернилах – около 80 нм, а нанодобавок – около 20 нм. Так что задолго до того, как нано стало «модным» направлением в науке и технологиях, мы делали свои разработки, и уже потом стали сотрудничать с РОСНАНО, по их, кстати, предложению. Так что смею вас заверить, что PR здесь абсолютно не причём.

Печать на керамике

Алла Аршинова: Чем же вызвано хорошее сцепление чернил с материалом?

Олег Марков: Тем, что наночастицы чернил способны мигрировать в структуру запечатываемых материалов. Это возможно даже при работе, например, со стеклом, керамикой, металлом. Вторым фактором является состав чернил. Под воздействием УФ-излучения они становятся очень стойкими и хорошо закрепляются на поверхности любого материала.

Печать на холсте

Алла Аршинова: Известно, что к наноматериалам предъявляются особые требования биологической безопасности. Нет ли таких проблем с наночернилами?

Олег Марков: Осенью мы прошли экспертизу на безопасность продукта в НИИ Питания РАМН, которая подтверждает, что наши принтеры и чернила не вредят здоровью.

Безопасность объясняется тем, что наша продукция устойчива к воздействию факторов окружающей среды, в том числе и при высоких температурах. И допустить, что наночастицы попадут из принтера наружу – невозможно. Во-первых, потому, что в чернилах они находятся в связанном состоянии, и миграция в воздух исключена. Во-вторых, после отверждения чернил на носителе в виде изображения, происходит слипание наночастиц до микронного или субмикронного уровня. Поэтому они находятся в стабильном связанном состоянии, то есть внутри твердого полимера. И третья причина заключается в том, что прямой контакт потребителей с чернилами в жидком виде практически исключается. Ведь система подачи чернил полностью герметична.

Печать на капоте автомобиля

Алла Аршинова: Какое разрешение печати может быть обеспечено при помощи данной технологии?

Олег Марков: В настоящее время максимальное разрешение печати наших принтеров составляет 720х1440 dpi.

Алла Аршинова: На фоне цифр, демонстрируемых настольными струйниками – немного. А какое разрешение у ваших конкурентов?

Олег Марков: Аналогичное. Здесь мы на уровне текущих требований для своего класса.

Алла Аршинова: Хорошо, а что тогда с габаритами? Например, на столе ваш принтер уместится?

Олег Марков: Наш конкурент, компания Mimaki, выпускает миниатюрные настольные принтеры. Он гораздо больше по габаритам и весу, нежели обычный струйный принтер, но сейчас это самая компактная модель. Однако область применения такого принтера от Mimaki довольно ограничена ввиду узкого спектра запечатываемых материалов. У нас в разработке находится аналогичный малогабаритный принтер, который будет позволять печатать на тех же носителях, что и его "старшие братья", длина которых составляет 1,6 и 2,5 метра.

Алла Аршинова: Кто делает комплектующие для ваших принтеров?

Олег Марков: Конструктив принтера, дизайн, электроника, программы управления, интерфейсы, софт, светодиодные блоки – все это наши собственные разработки, по ним мы получили 16 патентов. Но так как в России уровень развития микроэлектроники и прецизионной механики довольно слабый, элементную базу для наших электронных блоков, некоторые узлы механической части принтера, а также управляемые электродвигатели и УФ-светодиоды мы закупаем за рубежом.

Алла Аршинова: Сразу вспоминается известная сцена в Кремле под названием «Наш продукт»... А какова доля российских деталей в конструкции?

Олег Марков: Электронику нам собирают на контрактном производстве в Новосибирске, корпуса и некоторые элементы системы подачи материала делают в Томске. Изготовление некоторых узлов мы отдаем на аутсорсинг. В то же время многие узлы и детали, а так же светодиодные блоки мы производим самостоятельно. И итоговая сборка сборка тоже осуществляется на наших мощностях.

Алла Аршинова: Хорошо, давайте абстрагируемся от сборки и от самого факта «первородства» вашей технологии. Кроме того, что она уникальная, о каких преимуществах UV-LED принтеров можно говорить по сравнению с конкурирующими классами устройств?

Олег Марков: Начнем с главного. Чтобы печать на стекле, дереве и других материалах была выгодной, нужно делать по нескольку тысяч копий одного и того же изображения. Иначе просто не окупите изготовление шаблона-клише. Струйная же печать дает возможность сделать каждое последующее изображение отличным от предыдущего. А это сейчас очень востребовано. Представьте, какой простор открывается, к примеру, для производителей сувенирной продукции или дизайнеров интерьеров. К тому же традиционные способы печати позволяют наносить изображения на очень ограниченный список материалов, поверхностей и изделий.

Еще традиционными методами невозможно сделать индивидуальный интерьер с полноцветными изображениями. В некоторых случаях элементы интерьера все же можно запечатать традиционными методами, но себестоимость будет в разы выше. Ведь лампы в процессе печати могут нагревать изделие свыше 100 °С, что существенно ограничивает спектр пригодных материалов. Так, например, температура плавления некоторых материалов составляет 90 °С, а размягчения – выше 60 °С. А вот УФ-светодиоды при печати практически не излучают тепла, и это позволяет применять наши принтеры на нетермостойких и легкоплавких материалах.

Отдельно стоит поговорить об экономичности. В принтер обычно ставят две УФ-лампы, при этом КПД у них менее 1%, а мощность каждой из них около киловатта. Между тем, КПД светодиодов составляет до 25 %, потребляемая мощность – 250 ватт на блок. Срок службы лампы составляет от 500 до 1000 часов, в то время как светодиодные принтеры без замены соответствующих блоков работают от 50 000 до 100000 часов. И еще, в отличие от ламповых, они не выделяют вредный для здоровья газ озон и не содержат ртути. Получается, что преимущества не только на уровне возможностей, но и, если хотите, на уровне эффективности технологии.

Покупатели наших принтеров обычно используют их для нанесения полноцветных изображений на элементы декора внутренней отделки помещений, печати по мебели, стеклам и зеркалам. Интересные результаты получаются при нанесении изображений на кафельную плитку и керамогранит. Многих первый раз очень удивляет, когда в принтер вместо бумаги или чего-то подобного отправляется дверь или радиатор отопления. Мы же к этому привыкли.

Недавно к нам обратился необычный заказчик – церковь Покрова Божией Матери в городе Отрадный (Самарская область). Для нее специалисты казанской Студио-САН нанесли изображение лика святой на небьющееся матовое стекло. Каждый фрагмент запечатываемого окна – это тройной стеклопакет размером 1,7 х 1,50 метра при толщине короба 15 сантиметров. Каждый весит около 80 кг, что для многих других принтеров «тяжеловато». Наш справился.

Печать на зеркале

Алла Аршинова: А насколько стойки и долговечны используемые чернила?

Олег Марков: Есть несколько факторов долговечности изображения. Это светостойкость, стойкость сцепления с материалом, стойкость к агрессивным средам, воздействию влаги, низким температурам, перепадам температур и механическому воздействию. Согласно заключению Кемеровского государственного университета, стойкость отпечатков нашими чернилами в условиях наружной эксплуатации в сибирских условиях составляет около трех лет, внутренней – более 5 лет.

Алла Аршинова: И очень важный вопрос – сколько стоят принтеры и отпечатки, на них сделанные?

Олег Марков: Я бы не хотел касаться вопроса цен в рамках этой беседы, потому что именно сейчас у нас идет изменение политики ценообразования. Ваш ресурс популярный, даже в рейтинге РОСНАНО он стоит на первом месте среди Hi-Tech ресурсов. Если сейчас назову цифры, после публикации придется жестко им следовать.

Могу только сказать, что уровень цен на принтеры, в сравнении с конкурентами (среди принтеров аналогичного класса), более низкий, при лучших возможностях и универсальности. А уровень цен на наночернила аналогичен уровню цен обычных чернил у конкурентов. ( Темним, темним, а между тем рекламный баннер на сайте компании предлагает купить за 3,6 миллиона рублей «станок и уникальную технологию бизнеса» – прим. редакции).

Если говорить о себестоимости печати, то это понятие довольно расплывчато, так как она складывается из аренды помещения, амортизации, расходов на чернила, зарплаты сотрудникам, расходов на электрическую энергию и прочего. Практически все перечисленные составляющие являются переменными. Если говорить только о расходах на чернила, то печать одного квадратного метра будет стоить примерно 50-100 рублей, в зависимости от изображения.

Алла Аршинова: Недавно прошла новость о том, что ваш принтер позволил нанести изображение даже на поверхность воды. Это рекламный ход, или есть практическое применение такой технологии?

Олег Марков: Знаете, все началось с телепередачи «Прожекторперисхилтон», ведущие которой пошутили про наш принтер, что раз он может печать на любых поверхностях, то должен печатать и на воде (пошутили – это очень мягко сказано. Скорее, основательно приложили – прим. редакции). Мы подумали, что в отношении нашей технологии законы физики и химии этому не противоречат, и решили попробовать. Поставили блюдо, начали печатать, и все получилось с первого раза. Мы регулярно публикуем новости о разработках нашей компании, но СМИ обычно не стремятся их перепечатывать. Новость про печать на воде, по сути, – нонсенс, и видимо, из-за этого она стала очень популярна.

Печать на воде

Как применять эту возможность, мы не задумывались. Но в различных интернет-форумах уже предложили свои варианты, например, использовать печать на воде в рекламных роликах. Вопрос применения больше должен беспокоить не нас, а клиентов, ведь мы только производители.

Алла Аршинова: Кстати, а сколько продержалась «напечатанная» на воде картинка?

Олег Марков: Физика процесса такова, что еще жидкие чернила удерживаются на поверхности воды за счет межфазного натяжения, а затем отверждаются ультрафиолетом, превращаясь в тонкую пленку, которая удерживается на поверхности воды за счет разницы плотностей. Эту вполне эластичную пленку можно снять с поверхности воды, положить назад в воду, и она будет плавать. Мы не проводили исследований стойкости изображения напечатанного на воде, но результаты испытания наших отпечатков к воздействию влаги позволяют предположить, что держаться изображение на воде может достаточно долго, от нескольких месяцев до нескольких лет.

Я вам больше скажу – наши принтеры могут и объемные изображения печатать. Так же, как и на настоящих 3D-принтерах, картинка разбивается на слои, потом принтер их наращивает, и в результате образуется рельеф. Дело тут не только в принтере, но и в технологии печати рельефа в целом. Все важно в комплексе: и умение подготовить правильно изображение под объемную печать, и чернила, которые могут наращивать слои в процессе печати, и источник УФ-излучения.

Почти трехмерная печать

Алла Аршинова: Каким будет следующий шаг в развитии технологии?

Олег Марков: Область нашей деятельности не ограничивается UV-LED. Мы занимаемся внедрением цифровой струйной печати в высокотехнологичные сферы производства. Например, уже разработаны принтеры и чернила для печати полноцветных изображений на триплексных пленках. Это позволяет производить многослойное безопасное стекло с полноцветным изображением внутри. Оптические свойства таких стекол, разумеется, не ухудшаются.

Также мы создали чернила для прямой печати полноцветных изображений по керамике и стеклу, со стойкостью изображения в несколько десятков лет. Еще один результат нашей работы – принтер для печати электропроводными чернилами элементов макро- и микроэлектроники, печатных плат и RFID-меток.

Печать электропроводными чернилами

В данный момент мы разрабатываем чернила для печати элементов солнечных батарей на основе кремния. Есть идеи применения цифровой струйной печати и в других высокотехнологичных областях.

От редакции: мы умышленно оставили за кадром детали сотрудничества с РОСНАНО и добрые слова нашего собеседника в адрес Анатолия Борисовича Чубайса и других сотрудников госкорпорации. Право же, главное не это, а сам факт разработки и выпуска в России действительно высокотехнологичных продуктов, да еще и придуманных у нас раньше всех в мире. Наверное, все не так гладко, как говорит Олег Марков, но компания есть, она работает в Новосибирске, а не в привычно «продвинутой» Москве, и нацелена в будущее.

Пусть таких примеров будет больше.