第一章 数字印刷技术概述

1.1 引言

1.1.1 印刷技术的起源与发展

1．印刷技术的起源

印刷技术作为中国古代四大发明之一，其历史悠久，影响深远，广义上的印刷可追溯到秦始皇的“玺印”，如图1-1所示，之后印刷技术又经历了印章刻印、碑文拓印、雕版印刷、胶泥活字印刷、木活字印刷等阶段。虽然中国的印刷技术起步最早，并显著推动了知识传播和文化教育的发展，但其影响只是局域性的。西方印刷技术是在汲取中国印刷技术的灵感和创意并加以改造创新的基础上形成，起步虽晚，但其影响的广度与深度远远超越了中国古代印刷技术。西方印刷技术的发展，作为一场思想上、技术上、文化上的革命，将世界的大门打开，推动了欧洲的宗教改革和启蒙运动，将西方社会思想、文化引入一个新的时代，改变了人与世界的面貌，将原本封闭的世界打开。

中国古代印刷的发展并不是简单的技术发明，而是一项经长期积累，在特定时代背景下由量变发展到质变的过程，如图1-2所示。

其时代背景体现在秦始皇实行的“书同文”政策，统一文字，为印刷技术的发展提供文字基础和政治支持。就印刷技术复制文字和图像的功能而言，最早的应用可以追溯到先秦时期的印章，随着政权统治的需要和宗教文化的兴盛，对宗教的宣扬和对百姓的思想教化成为印刷技术革新的推动力，继而出现了碑石拓印技术，虽然当时的复制技术为文化的留存与继承提供有力的手段，但汉字这种方块字的抄写十分不便，并不适用于大范围的传播，因此，在这一阶段人们急需一种新的复制技术来摆脱繁杂的抄写活动。

东汉时期，蔡伦发明并改进了纸张，如图1-3所示，这为印刷技术的发展提供更好的物质载体。造纸技术作为中国古代四大发明之一，与印刷技术的发展相辅相成。在碑石拓印技术出现后，开始使用碑石拓印技术篆刻儒家经典著作，在此过程中，纸为碑石拓印技术提供更好的载体，中国古代多样的书写形式和书写艺术以此方式记录并流传下来。《中国科学技术史》（造纸与印刷卷）中提到“石刻虽在东西方都有，但以纸拓印碑文则是中国特有的现象，日本和朝鲜虽然也有过拓印的记载，但据记载，其拓印技术出现很晚”。由此可以看出，造纸技术的出现是推动印刷技术快速发展的驱动力。造纸技术出现之后，随着隋朝开始的科举制度，以及隋唐时期佛教经典的广为流传，典籍复制需求呈增长趋势，雕版印刷技术在这种需求推动下应运而生。此外，中国古代的社会发展与周边国家相比处于领先水平，中国封建社会的繁荣和造纸技术、印刷技术的出现使人们在精神上对文化知识产生浓厚的兴趣和追求，这种强烈的需求也成为印刷技术发展的驱动力。

2．雕版印刷技术的发明

雕版印刷技术（如图1-4所示）的出现开启印刷的新时代。印章和碑石拓印技术的发明，以及造纸技术的出现和发展，为雕版印刷技术的出现提供基础。雕版印刷技术虽然是从早期的古典复制技术中汲取优点发展而来，但本质上还是一项新的技术发明。这一阶段印刷品的内容主要是宗教的佛像和佛经，据考证，最早的雕版印刷作品是唐咸通九年（868年）由王坑刻印的《金刚般若波罗蜜经》。唐代中期在经济、政治、文化等各方面繁荣昌盛，为印刷技术的发展提供良好的环境。雕版印刷技术是印刷技术中最早成型的技术形式，为活字印刷技术的出现提供技术支持。北宋时期理学流传广泛、工商业繁荣、人际交流活跃，为活字印刷技术发明提供有利条件。

3．活字印刷技术的发明

作为中国古代四大发明之一的印刷技术，特指宋代工匠毕昇发明的活字印刷技术（如图1-5所示）。毕昇发明的胶泥活字印刷技术将雕版印刷整版刻制改为单个字模组合拼版的方式，使印版更具灵活性，为日后的木活字、金属活字的出现提供基础。同时，活字印刷技术的出现加快图书的印制速度，增加图书的印刷数量，开启人们阅读的新方式，促进知识的交流和文化的传播。虽然毕昇发明的活字印刷技术是一项手工作业技术，但仍是一种技艺的创新，对政治、文化和经济发展起到巨大的推动作用，它引起中、西方的关注，为印刷后续蓬勃发展带来契机。

4．中国印刷技术的社会影响

中国印刷技术的发展不仅稳固政权、传播宗教，也促进社会各个方面的改变。

从政治层面上看，印刷技术的发展对于政治的稳固有直接的作用。印刷技术能够得到长足的发展，得益于上层建筑的支持。中国古代印刷技术不仅是一项以文化传播和交流为目的的技术，也是一种政治上的需求和权力的象征，一种思想教化的工具，如图1-6所示。

从文化角度看，当文字统一后，人们通过学习印刷品上的文字符号来获取知识，更好地认识世界。这一时期印刷技术带来的不仅是一项技术，更是一种文化的渗透，一种意识形态的觉醒，如图1-7所示，印刷技术的出现改变传统的经验性知识结构和内容，人们开始利用书籍来了解世界，增进交流，这种交往方式促进文化的活跃和知识的确定性。

从思想层面上看，中国古代印刷技术的发展对于思想的觉醒具有推动和启蒙作用。印刷技术的发展使人们获取知识的途径增多，知识的内容和形式更加丰富，加上推崇科举制度，这些共同促进民众思想意识的觉醒，印刷技术以一种工具的形式存在。从印刷技术的形成和演化过程来看，它不只是满足个人需求的手段，也是为满足特定社会需求而出现的具有文化属性的工具，如图1-8所示，它的出现，扩展人们的政治和文化视野，技术的介入影响人们的世界观和价值观。

5．中国印刷技术的海外传播

中国古代印刷技术的海外传播形式有两种，一种是引进与模仿，如朝鲜、蒙古、日本等国；另外一种是吸收与创新，如欧洲对印刷技术的改进，海外传播过程如图1-9所示。

中国古代的印刷技术最早传入的是日本。在日本大化革新后，至奈良朝属于盛世时期，通过模仿中国的制度和技术，特别是在唐初武则天统治时期的大量印刷佛经、建佛寺，被日本天皇模仿，由此推动印刷技术在日本的发展。传入日本四个世纪后，中国的印刷技术又传入朝鲜半岛。1966年在韩国庆州发现的雕版印刷品《无垢净光大陀罗尼经》，表明中国唐初武则天统治后期的印本佛经已传到新罗，推动朝鲜半岛印刷技术的发展。中国古代雕版印刷技术的西传是从蒙古伊利汗国开始的，从宋代开始的蒙古铁骑的对外扩张行为打开通往中亚、西亚之路，帮助中国古代雕版印刷技术的西传。13世纪雕版印刷技术传入欧洲，随蒙古的币制改革和纸牌的流行为西方社会所接受。中国古代的活字印刷技术，从毕昇的胶泥活字，到12～13世纪的锡活字，再到元代王祯改进的木活字，彻底改变传统的雕版印刷，技术的西传依靠往来元大都和欧洲之间的传教士、占星术士和旅行家，他们从欧亚大陆北部将这些木活字带到欧洲，促成德国、荷兰、法国先后试验活字印刷。在唐代，欧洲的基督教（当时称为“景教”）传入中国，伊斯兰教的少数教徒侨居或入籍唐朝，他们成为联系中西方文化的纽带，他们的所见所闻以及带回去的书籍成为谷登堡印刷技术的研究基础。此外，明代的郑和下西洋时期，中国向亚非诸国传播文化、宣贯教化、赠予图书，以此将中国的印刷品传播至东非沿岸，使得中国古代的印刷技术传播出去。印刷技术的世界性传播为文化交流和普及提供条件，也为技术的进步提供新的思路，架起由技术连接人与知识世界的桥梁。

注：锡活字的发明归属问题上，目前仍然存在着一定的争论，主要集中在发明者是中国人还是韩国人的问题上，目前韩国1377年兴德寺的金属活字本——《白云和尚抄录佛祖直指心体要节》被部分韩国学者和国际组织认为是世界上最早的金属活字印本，在中国元代王祯的《农书》里附的《造活字印书法》写到：“近世又铸锡字，以铁条贯之，作行，嵌于盔内，届行印书。”中就提到了锡活字，据潘吉星等学者考证，这里的“近世”指的是元以前的南宋，历史事实证明中国锡活字印刷出现时间最迟应该在南宋，也就是12～13世纪，早于韩国。

6．西方印刷技术对中国印刷技术的改进

德国谷登堡的印刷技术被认为是西方印刷技术真正意义上的开端，其发明的基础来源于从阿拉伯商人带来的中国书籍，距中国宋代毕昇的胶泥活字制作工艺已有四百年的历史。谷登堡对活字印刷技术的改进如图1-10所示，具体体现在以下几个方面。

（1）谷登堡改造了压榨机，通过压榨机螺旋下压的方式实现压印，成为复制文字的机器，如图1-11所示。相比于中国古代的印刷技术，谷登堡印刷技术改变传统的纯手工作业模式，开始利用机器代替部分人工操作。这标志着机械复制技术的出现和人力解放萌芽的开始。

（2）谷登堡对纸张和油墨进行改进。传统的欧洲书写方式是羽毛墨水笔，这种笔的笔尖尖锐，极易划破纸张，从中国传入的纸张不适应欧洲的书写方式，谷登堡改进纸张使之能够适用于欧洲人的书写习惯，传统的油墨在印制的过程中会晕开，使字迹变得模糊，谷登堡改用烟灰、琥珀和亚麻籽油制作出稳定的油墨来解决上述问题，这为他的金属活字印刷技术提供基础材料，进一步推动印刷技术在欧洲的发展。

（3）谷登堡更换毕昇活字印刷的泥活字以及后期王祯的木活字、陶活字等材料，改为金属活字，比之前的活字保存更久，重复使用率更高。中国的活字印刷字模需要反复的刻印，操作十分复杂，谷登堡将其改为浇铸字模的方式，字模磨损后，很快浇铸新的字模，省时省力。金属活字铸造过程是利用硬金属雕刻冲模，将冲模压在相对软的金属上制成铸模，将加热融化的铅注入铸模中形成一个活字。为批量印刷提供可能，这是谷登堡印刷技术的独特之处。

谷登堡印刷术的成功是西方字母体系独特优势的体现。相比于中国汉字的多笔画、部首的会意字，西方字母体系只有少数的字母，可以进行随意的搭配构成词语，在字模的数量上占绝对的优势，仅需要将所需的字模组合排版即可。这种排版印刷的书籍比汉字排版整齐、美观。

谷登堡对印刷工艺的改进与创新，促进了印刷技术的新发展。

7．西方印刷技术的演变与传播

西方印刷技术在历经一系列的变革和技术演变后，不再局限于文字印刷，开始了插图、装饰和乐谱的印制。印刷机本身也在不断地进步，从最早的亚麻压榨机，经历版台加滑轨的木版印刷机、增加“夹纸框”的安曼印刷机、带有压盘升降和版台进退动作的布劳印刷机，再到装有“滚压装置”的滚筒印刷机等，这些印刷机的动力都来源于印刷工匠。自斯蒂文和伽利略时代以来，力学改变人对机器的理解，人们在不断探索研制能够减轻人类劳动强度，方便操作，满足批量生产需求的印刷机，力学被应用到印刷领域，将人的“手臂”进行了延伸，开启机械复制阶段。17～18世纪的海上贸易推动经济的发展，揭开工业革命的序幕，为印刷技术发展提供新的市场和原材料产地。蒸汽动力的发展成熟，推动了印刷行业的发展，1810年，凯尼格制作第一台动力印刷机，由此，蒸汽动力开始替代印刷工匠的手工劳动。谷登堡印刷技术的出现为文艺复兴提供有力的传播工具，加快知识的传播，将文艺复兴时期的文学艺术理论传遍整个欧洲。这一时期的印刷技术传播广泛，除欧洲各国之间相互传播外，19世纪初期，由于传教士在华办报馆、传教，将西方印刷技术回传到仍停留在活字印刷初期的中国，开启中国的铅字印刷时代。从中国古代到西方近代，可看作是印刷技术的萌芽与兴起时期，谷登堡改进的压榨机则是手工劳动向机械化转变的开始。

8．印刷机械化

谷登堡在毕昇发明活字印刷的基础上发明的金属活字印刷技术，从德国传到意大利，再传到法国，1477年传至英国时，已经传遍整个欧洲。一个世纪以后传到亚洲各国，1589年传到日本，次年，传到中国。谷登堡的铸字、排字、印刷方法，以及他首创的螺旋式手扳印刷机，在世界各国沿用了至少300余年。这一时期，印刷工业的规模都不大，印刷厂多为手工作业，随着社会的发展，以手工为主的印刷生产模式无法满足人们对印刷品数量不断增长的需求。印刷机械化的到来缓解了该需求，印刷机械化的进程与塞纳菲尔德密切相关，1798年，奥国（今捷克的布拉格）作曲家塞纳菲尔德（1771—1834年）发明石版印刷技术（Lithography），利用水与脂肪互斥原理在平面上印刷，这是平版印刷技术（Planography）的开端。同时塞纳菲尔德发明木制石版印刷机，将其命名为化学印刷（Chemical Printing），后称为石版印刷。现在的平版胶印的原理就是来自石版印刷原理。石版印刷技术（Lithography）一词，原为希腊文字“石（Litho）”和“写（Graphein）”组合而成，现已成为平版印刷技术的代名词。印刷进入机械化时代的标志是1812年德国柯尼希研制的第一台圆压平凸版印刷机，印刷速度比原有平压平结构的印刷机有了显著的提高，之后经过不断改进又衍生出停回转、一回转、二回转、往复回转等结构。1847年，美国霍伊发明圆压圆印刷机，印刷速度在圆压平的基础上有更大的提升，1860年，美国制造出第一批轮转机，之后德国相继生产双色快速印刷机，报纸印刷用的轮转印刷机，1900年制造出6色轮转机。从1812年起，经过一个世纪，工业发达国家相继完成印刷工业的机械化。工程师们在努力研发印刷速度更快能够用于印刷生产的轮转印刷机的时候，有些工程师开始对小批量复制技术进行研究，1881年，旅居英国的匈牙利人盖斯特泰纳用铁笔在涂蜡的纤维纸上刻写使纤维出现微孔，然后将油墨置于纤维纸上，再用滚筒辊压使油墨透过涂蜡的纤维纸上的微孔实现小批量的印刷，这种印刷技术被称为油印。印刷技术的飞跃要归功于偶然被发明的胶印技术，20世纪初轮转印刷机已经广泛用于印刷生产工业，1904年，威廉·罗贝尔为提高较硬的钞票纸印刷网点图像质量，将柔软的橡皮布装到直接印刷的平版印刷机的压印滚筒上，印刷时，纸张未输入而机器空转一转，印版上的图文没有印在纸上，而是印在橡皮布上，在随后的纸张输入后，纸的两面都印上了图文，威廉·罗贝尔仔细查看“印错”的印张，发现从橡皮布上间接印刷的图文质量，比直接从印版上印刷的图文质量明显好，针对这一现象他继续试验，进一步的试验证明他这一发现的有效性，之后，威廉·罗贝尔全身心地投入到“间接印刷技术”的研制中，把原机器改装，在直接印刷的两个滚筒之间增加一个胶皮滚筒，发明了胶印机。威廉·罗贝尔把这种有胶皮滚筒的间接印刷方式称为“胶印”，如图1-12（a）所示。在威廉·罗贝尔发明三滚筒的胶印之前，已经有经过胶皮滚筒转印的间接铁皮凸印机，如图1-12（b）所示，只是没有人尝试将间接铁皮凸印机用于纸张的印刷。

印刷技术从中国先秦时期的印章到木活字印刷技术在中国的不断探索和尝试中完成了基础阶段的发展，印刷技术的进一步发展开始于中国印刷技术的海外传播，正是这种传播成就了印刷技术的发展和印刷业的繁荣，印刷技术的第二次飞跃归功于德国人谷登堡发明的铅活字印刷技术，该技术对世界印刷行业产生了巨大的影响，1904年胶印技术发明后，中国的铅活字印刷技术仍然继续使用了90多年，回顾印刷技术的发展史，可以总结其发明历程如表1-1所示。

1.1.2 印刷机的发展

印刷机作为一种能够大量复制图文的设备被广泛使用，如今印刷机种类繁多，各自有不同的发展历程，打印机以及最早的打字机在一定程度上可以认为是一种印刷设备，但鉴于打印机和打字机与数字印刷机的发展关系更加紧密，在此我们暂不做讨论，只讨论作为生产设备的传统印刷机的发展，打印机和打字机放在数字印刷机的发展中予以讨论。

印刷技术的发展必定伴随着印刷机的发展，传统印刷机的发展从毕昇的活字印刷开始，虽然印刷的发明可以追溯到先秦时期的印章，但能够进行较大批量复制并对后续印刷工业发展造成影响的，目前较为一致地认为是毕昇所发明的胶泥活字印刷技术，如图1-13所示。但毕昇的活字印刷技术在当时完全是手工生产的方式，所用的拣字盘和排字架只是一种盛放和排列活字的工具，还不能称作印刷机。1297年，当时清德地方法官王晨出版了一篇关于农业和农耕实践的书《农书》，王晨设计一个转台，供排字员使用，提供更快的印刷速度，但这个转台仍然不能称为印刷机。就目前考证来看，第一台印刷机是由德国人谷登堡发明的，因此谷登堡的贡献不仅是在毕昇发明的胶泥活字印刷基础上进行了改进，更是1439年发明的一种木制凸版印刷机，如图1-14所示。谷登堡在欧洲用于压榨萄葡或橄榄所用的立式压榨机的基础上，改制成世界上第一台木制印刷机。该机器采用压印方法（与雕刻版的刷印方式有所区别），底座台上固定已排好字的活字版，上面的压印板用铁制螺旋杆控制，可上可下，螺杆下有拉杆，以人力推动提供印刷时所需的压力。用羊皮包羊毛的软垫蘸墨，将墨刷在活字版上，再铺上纸，摇动螺杆拉杆，通过压印板压力印出字迹。1476年，英国的威廉·卡克斯顿将谷登堡的发明带到了英国。1812年，德国人弗里德里希·科尼希研制成第一台圆压平凸版印刷机，此时印刷机的动力仍然为人力。弗里德里希·科尼希将旋转滚筒引入印刷工艺，发明轮转印刷，安德里亚斯·鲍尔与弗里德里希·科尼希在英格兰成功制成一台功能完整的印刷机，如图1-15所示。这台印刷机的出现是印刷机械领域的巨大飞跃，1814年11月29日，在谷登堡发明手动印刷机360年后，弗里德里希·科尼希与安德里亚斯·鲍尔共同研制的新型蒸汽驱动双滚筒印刷机首次在伦敦成功印刷《泰晤士报》。弗里德里希·科尼希与安德里亚斯·鲍尔推出滚筒印刷机的意义并不仅仅在于以机器替代人工，更深层次的意义在于从技术上满足了低收入阶层接触文化知识的迫切需求并为信息化社会的建立做出了突出贡献。3年后，两位先驱创办了世界上第一家印刷机工厂——科尼希鲍尔快速印刷机制造厂。由于在19世纪，技工自主创业是社会潮流，这使得位于弗兰克尼亚（德国中南部地区）的该印刷机制造工厂直接或间接地成为所有其他德国印刷机制造商的摇篮。1814年成功印刷《泰晤士报》的双滚筒印刷机的出现是500多年印刷发展历史中的一项里程碑。这台印刷机印刷速度可达1100印张/时，与谷登堡手动印刷机240印张/时相比，生产效率提高了近五倍，印刷速度更快、成本更低、信息更具时效性。弗里德里希·科尼希发明的轮转印刷技术，即通过旋转滚筒引导纸张以及后来出现的众多其他类型的单张纸或卷筒纸承印物，以及采用机械供墨形式进行直接或间接（在胶印时通过一个橡皮布滚筒）印刷，现在依然为模拟印刷所采用。200多年前在伦敦安装的第一台印刷机最初仅用于报纸印刷，之后用于书籍、杂志等其他产品印刷。“泰晤士报印刷机”最初仅印刷纸张的一面（单面印刷），随后，弗里德里希·科尼希为其双面印刷机申请了专利。此后，印刷机越来越精密，生产效率越来越高，印刷质量也不断提高。1833年弗里德里希·科尼希的妻子范妮·科尼希与合伙人安德里亚斯·鲍尔研制了一台卷筒纸轮转印刷机。德国、英格兰、奥地利和美国的印刷机制造商共同努力不断推动印刷机制造技术的改进。美国的霍伊在1847年发明了卷筒纸轮转印刷机，延续弗里德里希·科尼希的最初构想，高宝在1876年向马格德堡报交付了第一台卷筒纸轮转印刷机，如图1-16所示。此后不久，美国印刷机制造商开发了折页三角板，为折叠报纸的出现和印刷性能的不断改进铺平了道路。1888年，高宝向圣彼得堡交付了第一台四色轮转印刷机。19世纪90年代初，高宝公司又推出了首台用于印刷彩色印品的专用印刷机。高宝公司也涉足钞票印刷，技术领先其他钞票印刷机供应商长达60年。

20世纪初，发明家爱迪生对当时的油印技术进行了研究，他把铁笔与马达配合起来，通过控制马达使铁笔在蜡纸上刻写图文，制成油印蜡纸。虽然这种方法当时未得到广泛重视，更未能投入实际应用，但其原理却启发了后人。1888年，盖斯特泰纳用打字机代替铁笔，将打字机上的色带卸下，使字直接打在蜡纸上，在蜡纸上留下字迹，然后卸下蜡纸，铺于纸上，涂墨压印，获得了成功。10余年后，奥地利人克拉博发明了旋转式油印机，极大地提高了油印速度，旋转式油印机如图1-17所示。

1900年，霍伊在其发明的单色轮转机的基础上研制成六色轮转印刷机；1904年底，德国的卡斯帕·赫尔曼和美国的艾拉·华盛顿·鲁贝尔根据印刷铁皮的有胶皮滚筒的间接凸印的发明思路，在美国哈里斯公司帮助下，把一台单张纸滚筒型凸印机，改造成适合胶印的印刷机，并于1905年初，在美国俄亥俄州成立哈里斯自动印刷厂，成为继威廉·罗贝尔之外的胶印机制造厂，卡斯帕·赫尔曼继续研发多色印刷机、卷筒纸胶印机、双面印刷的卷筒纸印刷机。1907年5月，卡斯帕·赫尔曼回到了德国，他获得了一项柏林帝国专利局的专利，专利提出了胶皮滚筒对胶皮滚筒（B-B）的双面卷筒纸胶印机的构思及制造方法，如图1-18所示。1912年6月依据专利试制出了世界上第一台卷筒纸胶印机“Universal”，速度达到8000张/时，如图1-19所示。从德国人谷登堡发明活字印刷机到美国人鲁贝尔发明胶版印刷机的发明及发展过程见表1-2。