曲面印刷裝備的現狀及發展趨向*

王賢洵，鄉碧云，王昌佑

（1.廣東隆興包裝實業有限公司，廣東潮州 515638；2.順德職業技術學院，廣東順德 528300）

曲面印刷裝備的現狀及發展趨向*

王賢洵1，鄉碧云2，王昌佑1

（1.廣東隆興包裝實業有限公司，廣東潮州 515638；2.順德職業技術學院，廣東順德 528300）

綜述了曲面印刷設備的概念和技術發展現狀，分析了曲面印刷設備未來的發展方向和方法，基于研究和應用高速表面凸版印刷機器，創新新一代數字設備的核心集成技術，改變高速表面凸版印刷機械行業外國發達國家壟斷的現狀，改變國內低效高耗、勞動力昂貴、自動化程度低的現狀，實現表面絲網印刷油墨覆蓋設備產業升級，建立工業優勢，積累和增加國內高端印刷設備的技術能力和市場競爭能力。

曲面印刷；產業優勢；油墨污染；核心技術

0 前言

最早的印刷技術是基于平面印刷設計的，隨著包裝產品的設計追求多種形態，對印刷設備也提出了相應的要求。曲面印刷裝備是印刷裝備的一種，其特點是應用于曲面物體上印刷而非平面上印刷，主要應用于圓柱、錐面、罐面、圓柱瓶蓋等物品表面上印刷字體和圖案等。曲面印刷方法來源于平面印刷，但又有其特別要求，因此，曲面印刷設備的發展與平面印刷設備的發展息息相關又有自身的特點。本文綜合介紹了曲面印刷設備的現狀，對世界現有各種先進印刷設備優缺點進行分析，以期尋找出曲面印刷設備未來發展的方向和方法。

1 曲面印刷設備的分類和現狀

印刷設備按照印版工藝可分為絲印和版印，版印又可分為凹版和凸版；按照可印刷顏色分類有單色機和多色機；按照操作方式分類為手動、半自動、全自動。

單色手動機屬于最低端設備，價格低廉，一般只需萬元左右，適用于印刷單色字體的簡單場合；由于價格低廉且簡單易用，在很多家庭式作坊企業仍大量采用。

半自動多色（一般2色或4色）機屬于中等偏低檔次設備，價格一般在幾萬元至10萬元內，能印刷幾種顏色字體對品質要求不高的場合。

自動多色（一般4色至8色）機屬于高端產品，價格10萬元以上，最高的進口設備價格達千萬元，能滿足各種印刷要求。

由于絲印設備價格低廉，且使用歷史較長，目前國內印刷設備仍然以絲印設備為主流，同行對圓柱形瓶蓋的表面彩印廣泛采用曲面絲印模式[1]。國內圓柱形瓶蓋曲面絲（網）印設備主要廠家集中在廣東珠三角地區的東莞市、深圳市以及浙江省、香港等地。絲印設備雖然價格低廉，但存在效率低、操作難、人工多、故障率大等缺陷，極大制約該類設備的發展，一些高端企業要求選擇更好的印刷設備，凸版曲面印刷設備能較好地解決曲面絲印設備的不足，已經成為高端凸印設備的發展主流，目前中國有能力生產圓柱形凸版曲面印蓋機只有香港、臺灣個別廠家，而大陸尚未有正式的曲面凸印設備生產廠家；國際上意大利、美國、荷蘭、瑞典等發達國家一直是曲面印刷機設備的全球裝備及技術領導者，如荷蘭多福（VAN DAM）公司、美國波利太浦（POLY?TYPE）公司、意大利安色（Omso）公司等三大曲面印刷機制造知名企業，它們開發、生產的裝備代表當今國際最先進曲面印刷機設備的技術水平。

凸版曲面膠印模式的圓柱形曲面印蓋機在全球范圍內生產制造企業甚少，其先進設備仍舊被國外發達國家所左右，設備價格十分昂貴，如意大利進口6色瓶蓋印刷機（型號：event400，印刷速度400 p/min）每套折算人民幣就高達1 200多萬元，一般企業很難具備購買能力。

目前國內一些印刷設備企業開始研究具有自主知識產權的國產凸版曲面膠印設備，多項技術已取得很大突破，2012年廣東省部產學研項目“高效環保的高速凸版曲面印蓋機”研發的UV油墨及光油二次印刷、二次固化技術的凸面膠版曲面印刷設備，已經達到300 p/min印刷速度，接近國際先進設備水平，預測加工約為進口裝備價格的1/10。該設備一旦取得成功形成批量生產，將大大改變目前國內企業的裝備水平、提高生產效率。

2 目前國內外各類曲面印刷設備的分析

（1）絲印曲面印刷裝備因價格低廉，目前國內使用最廣泛，其優點是價格低廉，但缺點是顯而易見的：首先是印刷速度低，最大速度只有4 000～5 000 P/h，而意大利event400的印刷速度400 p/min，即24 000 p/h，相差5～6倍；其次是操作難，由于自動化水平低，需要操作工人經過較長時間的訓練才能熟悉掌握；印刷質量差、故障多等也是該類設備的顯著缺點。

（2）凸面膠印曲面印刷裝備，使得印刷速度得到極大提高，意大利的印刷裝備可以說是代表了目前世界的最先進水平，最大速度可達24 000 p/h。但也有其缺點，首先是價格昂貴，一般中小印刷企業難接受；設備的自動化水平高、技術含量高既是優點同時也是缺點，需要企業有較高層次的技術人員來管理，這也是目前國內大部分印刷企業無法做到的，從而限制了其推廣應用；印刷過程同樣存在油墨粉塵和氣體揮發污染環境問題，目前仍未得到很好解決。

3 曲面印刷設備發展方向及一些前沿方法

綜合分析國內、國際曲面印刷設備的狀況和優缺點，認為曲面印刷設備的發展方向必須在價格和性能上取得突破和平衡，才能為市場所接納，獲得更廣泛的應用。

（1）手動、半自動設備由于價格極其低廉，在對印刷品質要求不高的場合仍然能得到采用。但隨著勞動力成本的增加，企業逐步歸于規模化，且消費者對產品設計和包裝越來越重視，產品企業對包裝印刷的質量要求越來越高，家庭作坊式包裝印刷將逐步被市場淘汰，簡單的印刷設備占有的市場份額也將越來越少。同時由于其技術含量較低，價格低廉，產品發展成熟，不可能有新的突破，基本沒有太多的研究和改進價值。

（2）數控自動化高速印刷設備將是未來發展的主流，價格在百萬元等級、性能接近國際先進水平、采用凸面印刷方式將是未來曲面印刷設備的最佳發展方向。需要從如下幾點進行研究。

1）首先價格水平要定位準確，按照目前發展中國家的人工成本，如果設備價格太高，如進口的產品價格達千萬元，從企業投資效益比較很少企業能夠接受和采用，百萬元等級是較為合理的；

2）按照性價比原則，印刷效率和速度需要較目前普通的自動印刷機（目前絲印自動印刷設備最大印刷速度一般在3 000～3 500 p/min水平）提高5倍以上，也就是說需要達到15 000 p/min以上的印刷速度才具備性價比優勢；印制、固化、上光等工藝環節要在一套設備上自動完成，不需人工參與。

3）印刷質量較目前產品要有本質的提高。

4）設備質量（可靠性）要有本質的提高。

（3）在工藝技術上要解決環境污染問題，盡量減少油墨對環境的污染。社會對日益突出的環境污染問題越來越重視，法律法規對職業病防治要求和成本越來越高，勞動者對自身的健康越來越重視等因素，必然要求生產環境越來越環保。由于印刷過程必須使用油墨、油漆等化學產品，環境污染必然存在，如何盡最大可能較少環境污染或者減少生產過程對勞動者的健康影響，是新型產品研究和設計必須重視和重點考慮的一部分。通過優化工藝環節，減少環節或把多個環節封閉于一體是解決工藝過程環境污染的最好方法。2012年省部產學研重點項目“高效環保的高速凸版曲面印蓋機”就特別注意環境保護的研究，研究人員通過研究發現傳統的絲網印刷采用的是揮發性油墨，這種油墨有快干的特點，但由于其易揮發性，容易產生空氣污染問題，產生化學污染，嚴重危害工作人員身體健康。在新一代環保機研制中，采用UV油墨印刷，幾乎達到無污染，從而解決環境污染問題。

（4）采用UV油墨印刷雖然解決了環保問題，但必須解決油墨固化，才能進行下一個印刷顏色，對多色印刷存在：印刷-固化-印刷-固化的一系列工藝過程，如果在解決了環保問題后不解決工藝問題，勢必影響印刷效率。如果對這些工藝過程進行簡單的加法組合，勢必需要設計很多傳動機械，就會造成設計的機器機械結構復雜，影響設備可靠性。研究團隊經過深入研究，創新設計出“UV油墨及光油二次印刷、二次固化”的多工位同步傳動系統，形成新一代同類設備的核心傳動框架技術，從根本上解決了目前國外先進的圓柱形曲面印蓋機都存在的印刷后需要進行上光、再固化流程冗長，從而造成效率低、過程能耗大、增加工序人員、增加設備（烘干隧道裝置）的難題[2-3]。

（5）采用版印技術代替絲網印刷技術，傳統的印刷是以絲印為主，在單色印刷中絲印機由于價格優勢仍然有一定市場。隨著市場的要求越來越高，包裝印刷正向多色發展，目前市場上絲網印刷最大能實現5色印刷，在多色印刷過程中，絲網印刷難以解決套色精度的問題決定了其在多色印刷技術發展中的發展前景；同時絲網印刷工藝過程是一色印刷后需進行固化處理再印刷下一色的過程，對多色印刷來說需要很多重復的工藝設備，造成印刷速度限制，目前最先進的絲網多色自動印刷機最大印刷速度也只能達到5 000 p/min，幾乎是極限值。因此，目前多色高效高性能的印刷機都是采用版色印刷技術，版色印刷可分為凸版和凹版。

（6）解決超多色（8色以上）印刷難題，目前較先進的印刷設備也只能8色印刷，不能滿足一些高端印刷的需求；現在國內不少廠家與研究院正在研制9色及以上的高端裝備。

（7）采用電腦控制系統代替傳統的PLC控制器，將有助于解決一系列的工藝控制難題。目前的絲印全自動印刷機，由于技術性能限制，在價格上一般定為在10～20萬元，因此在選擇控制系統時必然受到價格因素的限制，無法采用價格較高性能優良的數控系統，大多采用PLC或非專業數控系統，在自動化程度和可靠性方面均受到影響，從而影響整機的質量。在發展高端印刷設備時，由于價格定位較高，控制系統應該選擇高性能的專業數控系統作為控制核心，既保證控制性能又提高整機的可靠性。

4 新一代曲面印刷裝備的示范應用

“高效環保的高速凸版曲面印蓋機”項目通過研究開發出UV油墨及UV光油的二次印刷、二次固化的多工位同步傳動系統新一代核心傳動模式，以及具有高效、快速的送料、消除靜電、檢料、出料、排障功能的圓柱形印件輸送檢測系統，并以精確數顯基座多向調節系統、快速UV光油印刷及固化系統、高效UV油墨傳墨系統等技術改造裝備的印刷固化系統，形成對圓柱形曲面膠印印蓋機裝備的傳動系統、輸送檢測系統、印刷固化系統等三大系統的自主創新技術，同時實施裝備關鍵影響因素的核心技術分析系統，最終實現研發裝備的高速、高效、自動化運行和承印產品質量穩定等特征，使裝備印刷速度達到18 000個/小時，印刷顏色最高9色，裝備技術達到國際先進水平，在國內外高速圓柱形瓶蓋凸版曲面膠印裝備領域形成新一代的自主核心技術[4]。在技術性能上接近世界先進水平，在價格上實現百萬元級別，具有極大的市場優勢。

［1］王子美，劉瑞芳，唐正寧.柔性版印刷：原理與實踐：第一卷［M］.北京：化學工業出版社，2007.

［2］王賢淮，陳忠，王昌佑.錐形塑杯曲面膠印機印刷差速分析與鼓輪設計［J］.現代制造工程，2009（6）：129-131.

［3］范達姆機械有限公司.用于印刷錐形物體的印刷設備：中國，200380108498［P］.2006-02-15.

［4］王賢洵，王賢淮，王昌佑，等.高速凸版曲面印蓋機同步傳動系統的開發［J］.順德職業技術學院學報，2013（13）：1-4.

The Current Situation and Development Trend of Curved Surface Printing Equipment

WANG Xian-xun1，XIANG Bi-yun2，WANG Chang-you1
（1.Longxing Packaging Industrial Co.，Ltd.，Chaozhou515638，China；2.Shunde Polytechnic，Shunde528300，China）

Summarized the concept and technology development situation of surface printing equipment，analyzed the development direction and method for surface printing equipment in the future.Based on the research and application of high speed surface relief printing machine，innovating new generation digital equipment at the core of the integrated technology，to change the high speed surface relief printing machine industry monopoly by foreign developed countries，realized screen printing ink cover surfaces contaminated equipment industrial upgrading，established industrial advantages， accumulating and increasing domestic high-end packaging equipment technical ability and the market competition ability.

flexographic printing；industrial advantages；ink contamination；core technology

TS803

A

1009－9492(2014)02－0001－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.001

王賢洵，男，1977年生，廣東潮安人，工程師。研究領域：曲面膠印機的機電一體化技術。

(編輯：阮 毅)

*廣東省部產學研項目（編號：2012B091000001）

2013－10－22