3D打印柔性印版方法研究

孫倩

實驗

1.實驗設(shè)備

主要利用軟件及設(shè)備：Pro-Engineer制圖軟件、3D打印機(jī)MakerBot Replicator 2 Desktop 3D Printer、柔性印刷適性儀IGT-F1 AIC2-5T2000、半自動電子標(biāo)簽封裝機(jī)。

2.實驗過程

本文利用3D打印進(jìn)行制版的方法，先利用三維軟件設(shè)計出預(yù)印刷的版，包括版基的長、寬、高及版面上的各種凸起或凹下的圖文，設(shè)置版材的大小及天線圖文的厚度，使用3D打印機(jī)，噴出PLA聚乳酸版材，噴出版面上的圖文。

①帶有凸起的天線印版的IGTF1 AIC2-5T2000的印版滾筒尺寸為內(nèi)徑35mm，外徑64mm，高50mm的圓柱體，天線印版厚2mm（由此計算傳統(tǒng)印版的天線柔版變形率為4.97%）。

②3D打印機(jī)可以在附帶的3D打印軟件MakerBot MakerWare中預(yù)覽打印效果圖，用CAD和Pro-Engineer等畫圖軟件設(shè)計出來的圖形，預(yù)先在打印機(jī)直連電腦中顯示、調(diào)整方向等。

③3D打印具體流程如下：

拆封→安裝材料管道→連接USB和電源→調(diào)準(zhǔn)打印平臺→裝配PLA材料→加熱擠出機(jī)→觀察材料擠出情況→插入SD卡→選擇打印文件→自動打印→得到打印結(jié)果

④3D快速打印成型的天線印版到這里就得到了成品，在柔印印刷適性儀上，把網(wǎng)紋輥取下，換上天線印版凸起的3D打印網(wǎng)紋輥，開始進(jìn)行RFID電子標(biāo)簽天線的柔性印刷實驗。

最后，把柔印出來的天線用鼓風(fēng)干燥機(jī)干燥，溫度160℃，干燥時間20分鐘。然后對電子標(biāo)簽進(jìn)行封裝以及性能測試。

對比分析

一直以來，柔性版印刷過程中印刷圖文總存在偏差問題，不同印版的變形需要進(jìn)行印前預(yù)補償處理。柔性印版由于自身的特點對印刷質(zhì)量有一定的影響：

①柔性印版主要是由感光樹脂版、橡膠版等材料制成的凸版，這就賦予它彈性大、版材厚的特點；

②即使是一個制作得十分完美的柔性印版，它被安裝在圓柱形滾筒上后，在印刷壓力的作用下，印版上圓周方向的圖文尺寸會被拉長，圖文軸向尺寸也必然產(chǎn)生偏差；另外，印版的變形量隨印版的厚度變化而變化，又隨印刷機(jī)滾筒半徑的大小而變化。

③國內(nèi)柔印行業(yè)目前還是以有機(jī)溶劑制版為主，其中仍在普遍使用的混合溶劑四氯乙烯和正丁烷毒性較強，不利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

④象征柔性版領(lǐng)域最高端技術(shù)之一的無縫套筒技術(shù)，也往往采用溶劑制版的方式，制版效率較低，嚴(yán)重影響整個生產(chǎn)流程。柔印設(shè)備經(jīng)常需要更換印版，費事耗力，操作性和安全性較差。

本文利用柔印工藝的優(yōu)勢：節(jié)約導(dǎo)電油墨，印刷壓力小，對印版造成的累積損傷小，工藝簡單等，印制完成RFID電子標(biāo)簽天線，印刷后的天線附著力強、電阻率低、導(dǎo)電性能穩(wěn)定。其中，3D打印柔性印版，是一種印版與滾筒一體化的柔性版直接制版方法，改善了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題：

①直接在3D設(shè)計圖中將印版以及圖文設(shè)計為圓筒形，省去安裝步驟，提高操作性和安全性，不發(fā)生安裝引起的彎曲變形。

②將天線圖文包絡(luò)在印版上，使圖文與印版一體化、印版與滾筒一體化、印版上的圖文內(nèi)容固定，減小了印前變形量的補償步驟，提高圖文復(fù)制的準(zhǔn)確度。本文采用滾筒式的制版方法，圖文部分包裹在圓柱形的印版滾筒上，能夠解決網(wǎng)點擴(kuò)大和圖像伸長等圖文變形問題。

③3D打印制版過程中能真正實現(xiàn)材料的零污染、零浪費，有利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

④3D快速打印成型的方式使印版和滾筒一體化后，改變了傳統(tǒng)的單張柔性版制版方法，也能超過無縫套筒技術(shù)的精度和要求。

3D打印縮短制版周期，實現(xiàn)柔性印版的定制化和個性化，但是由于材料的限制，3D打印柔性版彈性差、硬度高，上機(jī)印刷時面臨著承受壓力不能過大的問題；3D打印也不能打印出精細(xì)度高的天線線型，且每打印一個樣品時會預(yù)先打印一個支撐，使得凸出的天線印版部分在PLA聚乳酸沒來得及固化時受重力的影響產(chǎn)生輕度的變形。分析也說明，3D打印柔性版需要更多的改進(jìn)，同時也存在更大的進(jìn)步空間。

宏觀來看，3D打印材料包括金屬材料（黑色金屬中的不銹鋼、高溫合金，有色金屬中的鈦、鎂鋁合金、鎵、鎵銦合金，稀貴金屬中的金、純銀、黃銅等），因此通過3D打印實現(xiàn)的柔性印版，可選材料豐富，且滿足一定的強度、剛度、耐潮濕性等要求。3D快速打印擁有設(shè)計靈活、復(fù)制精確、創(chuàng)造快速的優(yōu)點，通過省去曝光、顯影等中間過程，提高了制版效率，從而縮短整個生產(chǎn)流程。更重要的是，該方法能實現(xiàn)柔版印刷綠色化，并進(jìn)一步拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

作者單位：天津科技大學(xué)包裝與印刷工程學(xué)院