淺談在3D曲面產(chǎn)品上的印刷技術(shù)

李立軍

【摘要】在平面上進行印刷的技術(shù)歷史非常的悠久，中國古代“四大發(fā)明”之一的“活字印刷術(shù)”即是其一。現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展更是把平面印刷技術(shù)推到了一個極高的境界，在實際工業(yè)生產(chǎn)中用“隨處可見”來形容，一點也不夸張。近現(xiàn)代國內(nèi)外的學(xué)術(shù)界對平面印刷技術(shù)的研究更是達到了登峰造極的程度，特別是近些年發(fā)展起來的數(shù)字噴墨印刷技術(shù)，更是將現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展和傳統(tǒng)印刷技術(shù)做了完美的整合，極大的推動了印刷技術(shù)在當(dāng)代的發(fā)展，滿足了人們?nèi)找嬖鲩L的精神文化追求。

【關(guān)鍵詞】印刷現(xiàn)狀 規(guī)則可展曲面產(chǎn)品 曲面網(wǎng)印 移印 無水膠印

無論是工業(yè)應(yīng)用還是生活產(chǎn)品，單純的平面產(chǎn)品越來越少，即使對于書籍這種流傳了數(shù)千年的產(chǎn)物，在當(dāng)今也發(fā)展出很多的特色產(chǎn)品，比如立體書，觸感書，有味道的書等。隨著人民生活水平的提高，以功能性為主的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計已遠遠不能滿足人民對于審美的要求。方方正正外形的產(chǎn)品正越來越多的被各種曲面和曲面組合體產(chǎn)品所代替，比較有代表性的如一些生活小家電和個人便攜電子產(chǎn)品。相應(yīng)的，對于這些產(chǎn)品表面的裝飾需求也越來越個性化，對各種裝飾技術(shù)的要求也越來越高。因筆者所從事的是電子消費產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，對此感觸頗深。特別是從2010年以來，工業(yè)設(shè)計被工業(yè)界所看重，加之跨國設(shè)計公司在國內(nèi)紛紛設(shè)立設(shè)計中心，工業(yè)設(shè)計達到了一個新的高度。在這種浪潮下，現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計將表面裝飾需求也推到了一個歷史的新高度，作為服務(wù)于這個行業(yè)的筆者而言，工作過程中可謂遇到了種種“難題”。每每遇客戶提出的新產(chǎn)品設(shè)計需求時，我們都要仔細評估比較，評選出更適合，更具效率和成本優(yōu)勢的技術(shù)組合。

毋容置疑，現(xiàn)代印刷技術(shù)在產(chǎn)品表面裝飾和標(biāo)識上的角色是無可替代的，小到一個商標(biāo)標(biāo)識，大到產(chǎn)品整面的圖文信息和保護涂層，各種印刷技術(shù)和印刷組合應(yīng)用層出不窮。熟悉每一種傳統(tǒng)印刷技術(shù)的原理，應(yīng)用和限制是選擇適合的印刷技術(shù)或開發(fā)印刷組合技術(shù)的基礎(chǔ)；開放性的思考，整合傳統(tǒng)印刷技術(shù)，進而開發(fā)出適合的創(chuàng)新應(yīng)用是關(guān)鍵。筆者所在行業(yè)對于印刷技術(shù)的需求對于傳統(tǒng)印刷界而言是歸屬到特殊印刷領(lǐng)域的，所以對于從事傳統(tǒng)印刷行業(yè)的技術(shù)人員來看有可能是陌生的領(lǐng)域。究其原因，就是筆者所需要做的是在各種非平面承印物上做印刷應(yīng)用。筆者雖非印刷科班出身，但對于各種印刷技術(shù)在特殊印刷領(lǐng)域的應(yīng)用也累計了一些實際的經(jīng)驗，適時的總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)對筆者自己是難得的提升機會，適度的分享經(jīng)驗和案例，也可對同行提供一些借鑒的意義。因筆者水平和認(rèn)知有限，文章中難免存在不足或錯誤，也歡迎同行和專家批評指正。

在談到非平面承印物時，我們可以將承印物的待印曲面結(jié)構(gòu)分成兩類：一類是規(guī)則可展曲面產(chǎn)品；另一類是規(guī)則不可展曲面產(chǎn)品。筆者在對一些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)歸類后，依照產(chǎn)品幾何形狀提煉出的分類如圖一所示。讀者可以從匯總后的產(chǎn)品幾何形狀中看到，外表面3D曲面形狀為圓柱形，圓錐形（含截錐形）這類產(chǎn)品的表面從幾何學(xué)和數(shù)學(xué)上是可以展開的，這類產(chǎn)品在日用品領(lǐng)域非常的多。而像球形，半球形，圓環(huán)等這一類是幾何學(xué)上或數(shù)學(xué)上曲面無法展開成2D曲面的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，這類產(chǎn)品也有很多，像足球，吊燈等。對于這類的產(chǎn)品表面裝飾，大多采用近似展開的方式進行。如果從印刷工藝角度看，第一類可展曲面的印刷工藝實現(xiàn)相對簡單，而對于第二類的產(chǎn)品則要困難的多。本文主要來討論第一類產(chǎn)品的印刷工藝。

在開始討論具體工藝之前，我們先理清什么是直接印刷技術(shù)，什么是間接印刷技術(shù)。直接印刷技術(shù)，顧名思義，就是將油墨直接印刷到承印物上的印刷工藝；相反，間接印刷技術(shù)就是需要一個媒介，將油墨先印到這個媒介上，再由媒介轉(zhuǎn)移油墨到承印物表面。圖二是常見的一些規(guī)格曲面結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品示例，從技術(shù)上分析，這些曲面產(chǎn)品所用到的印刷工藝可以采用直接印刷工藝，也可以采用間接印刷技術(shù)。而實際狀況是，工業(yè)領(lǐng)域選擇適合的工藝需要評估參考的因素有很多，技術(shù)能力是最基礎(chǔ)的一個?？赡芎芏嘧x者對于這類產(chǎn)品表面裝飾的第一印象是標(biāo)簽。確實，標(biāo)簽印刷屬于間接印刷技術(shù)之一，在日用產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用非常的廣泛，迄今仍然占據(jù)重要的市場份額。但是我們也看到，很多大的國際企業(yè)因應(yīng)個性化需求和成本壓力，已經(jīng)轉(zhuǎn)移到直接在包裝表面進行圖文印刷的直接印刷技術(shù)上。比如膠印，噴墨。圖三是常見采用的印刷此類產(chǎn)品的工藝技術(shù)。

這里我們拋開標(biāo)簽印刷，因為只要涉及標(biāo)簽就需要二次貼覆的過程，這不在我們討論的范圍。

曲面網(wǎng)印是一種直接印刷技術(shù)。這一類印刷工藝在實際生產(chǎn)用非常常見，對于曲面網(wǎng)印應(yīng)用而言，最近幾年也已經(jīng)有很多成熟的設(shè)備推出。工藝原理為：曲面網(wǎng)板與承印物以其一中心線為軸進行旋轉(zhuǎn)印刷，承印物的運動量和印版運動量要相同且同步，在其中心線上通過刮板的加壓運動實現(xiàn)在承印物表面上的印刷。相對于平面絲網(wǎng)印刷，通常承印物和印版都是固定的，這是最大的不同。絲網(wǎng)曲面印刷的印刷的過程如下：開始印刷前，承印物要先停在一特定的位置作為印刷起始點，然后刮板向下施壓，網(wǎng)版開始移動，印刷開始。如需印刷整個圓柱體外表面，則圓柱旋轉(zhuǎn)一周即完成印刷。印刷完成后，印版和刮板同步回到起始點側(cè)等待下一產(chǎn)品印刷。目前市場上的曲面網(wǎng)印設(shè)備有適合圓柱形，截錐形和曲平兩用型三種設(shè)備。

移印是一種直接印刷技術(shù)，印刷原理為將欲印刷之圖形先經(jīng)過蝕刻技術(shù)，在金屬鋼板上形成圖形凹陷，將制成的鋼板固定在移印機上，在移印機上安裝有一倒扣的墨杯，每次印刷前，氣缸帶動墨杯在鋼板圖形區(qū)域往復(fù)運動，以便墨杯中的油墨浸入蝕刻的凹槽中。鋼板凹槽完成注墨后，特制的硅膠膠頭移動到圖形區(qū)上方，在氣缸的帶動下下壓，將凹槽中的墨取走，鋼板縮回到設(shè)備中，膠頭下壓，將取得的油墨印刷到承印物表面，完成一次印刷過程。這樣的過程有時需要重復(fù)多次才可以達到所需的顏色或厚度要求。移印工藝可以在多種凹凸形狀的表面上印刷，可印刷的面積大小和產(chǎn)品凹凸的尺寸以及曲率直接相關(guān)，通常膠頭可以印的角度在120度以內(nèi)，大于這個角度時，印刷圖形變形明顯，圖形邊緣糊掉。據(jù)公開資料顯示，有廠商已經(jīng)成功應(yīng)用特殊膠頭，實現(xiàn)移印半個球面的工藝。當(dāng)前工業(yè)界移印應(yīng)用非常廣泛，主要產(chǎn)品為商標(biāo)和一些文字信息，究其原因還是出于成本考慮。

無水膠印是一種間接印刷技術(shù)，屬于柔版印刷技術(shù)。 此種方法通過設(shè)計專用的印刷機構(gòu)，實現(xiàn)在桶形和截錐形產(chǎn)品表面的印刷。印刷機構(gòu)如圖三中所示，圓柱表面隨印桶旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)將印桶上的圖形轉(zhuǎn)印的圓桶表面。這種印刷方式可以實現(xiàn)專色和多色疊印工藝，印刷效率高，而且容易實現(xiàn)自動化控制，應(yīng)用廣泛。

以上提及的常見三種印刷技術(shù)均需要預(yù)先制作相應(yīng)的印版，才能實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)換的目的。在直接印刷技術(shù)中，還有一種是數(shù)字噴墨技術(shù)，數(shù)字噴墨技術(shù)也需要制版，只不過是數(shù)字版，在制版的靈活性和便利性方面具有絕對的優(yōu)勢，數(shù)字噴墨印刷在近些年的印刷市場上逐漸展露鋒芒，特別是近些年的光固化噴墨打印，在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。當(dāng)前市場上數(shù)字噴墨印刷主要針對平面產(chǎn)品印刷和薄膜印刷。對于規(guī)則曲面產(chǎn)品，如規(guī)則圓柱體，截錐體等，數(shù)字印刷也有一些應(yīng)用。數(shù)字噴墨更適合個性化的表現(xiàn)。隨著噴墨技術(shù)的發(fā)展，噴印效果已經(jīng)可以媲美膠印產(chǎn)品了，但印刷效率低還是其硬傷。

間接印刷技術(shù)是將圖文信息先印到中間媒介上，然后由媒介再將油墨轉(zhuǎn)移到承印物上，代表的技術(shù)有IMF/IML， 水披覆，熱轉(zhuǎn)印，TOM等。間接轉(zhuǎn)印技術(shù)在曲面形狀產(chǎn)品上應(yīng)用也十分廣泛。這里因篇幅關(guān)系，就不做贅述了。

綜合以上，規(guī)則幾何形狀產(chǎn)品，即3D曲面可展開成2D幾何圖形產(chǎn)品的印刷工藝，目前已經(jīng)有相對成熟的技術(shù)可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。而對于非規(guī)則，即曲面不可展開的幾何形狀產(chǎn)品而言，尚沒有一種印刷技術(shù)或印刷技術(shù)組合可以完美實現(xiàn)在其表面上的印刷。筆者認(rèn)為，未來在規(guī)則曲面組合和非規(guī)則幾何體產(chǎn)品上的印刷技術(shù)要依托數(shù)字噴墨技術(shù)的發(fā)展會有比較大的機會實現(xiàn)，特別是異形噴頭和噴頭控制技術(shù)是未來數(shù)字噴墨技術(shù)發(fā)展的一個方向。另外一個低成本的非規(guī)則曲面印刷技術(shù)有可能會在印章技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展出來。特別是光敏印章技術(shù)的發(fā)展將印章技術(shù)應(yīng)用推到了一個新的階段，筆者亦看好光敏印章技術(shù)的發(fā)展。

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