淺談在3D曲面產品上的印刷技術

李立軍

【摘要】在平面上進行印刷的技術歷史非常的悠久，中國古代“四大發明”之一的“活字印刷術”即是其一。現代工業技術的發展更是把平面印刷技術推到了一個極高的境界，在實際工業生產中用“隨處可見”來形容，一點也不夸張。近現代國內外的學術界對平面印刷技術的研究更是達到了登峰造極的程度，特別是近些年發展起來的數字噴墨印刷技術，更是將現代計算機技術的發展和傳統印刷技術做了完美的整合，極大的推動了印刷技術在當代的發展，滿足了人們日益增長的精神文化追求。

【關鍵詞】印刷現狀 規則可展曲面產品 曲面網印 移印 無水膠印

無論是工業應用還是生活產品，單純的平面產品越來越少，即使對于書籍這種流傳了數千年的產物，在當今也發展出很多的特色產品，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產品設計已遠遠不能滿足人民對于審美的要求。方方正正外形的產品正越來越多的被各種曲面和曲面組合體產品所代替，比較有代表性的如一些生活小家電和個人便攜電子產品。相應的，對于這些產品表面的裝飾需求也越來越個性化，對各種裝飾技術的要求也越來越高。因筆者所從事的是電子消費產品的研發和生產，對此感觸頗深。特別是從2010年以來，工業設計被工業界所看重，加之跨國設計公司在國內紛紛設立設計中心，工業設計達到了一個新的高度。在這種浪潮下，現代工業產品的設計將表面裝飾需求也推到了一個歷史的新高度，作為服務于這個行業的筆者而言，工作過程中可謂遇到了種種“難題”。每每遇客戶提出的新產品設計需求時，我們都要仔細評估比較，評選出更適合，更具效率和成本優勢的技術組合。

毋容置疑，現代印刷技術在產品表面裝飾和標識上的角色是無可替代的，小到一個商標標識，大到產品整面的圖文信息和保護涂層，各種印刷技術和印刷組合應用層出不窮。熟悉每一種傳統印刷技術的原理，應用和限制是選擇適合的印刷技術或開發印刷組合技術的基礎；開放性的思考，整合傳統印刷技術，進而開發出適合的創新應用是關鍵。筆者所在行業對于印刷技術的需求對于傳統印刷界而言是歸屬到特殊印刷領域的，所以對于從事傳統印刷行業的技術人員來看有可能是陌生的領域。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用。筆者雖非印刷科班出身，但對于各種印刷技術在特殊印刷領域的應用也累計了一些實際的經驗，適時的總結經驗和教訓對筆者自己是難得的提升機會，適度的分享經驗和案例，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構分成兩類：一類是規則可展曲面產品；另一類是規則不可展曲面產品。筆者在對一些產品結構歸類后，依照產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）這類產品的表面從幾何學和數學上是可以展開的，這類產品在日用品領域非常的多。而像球形，半球形，圓環等這一類是幾何學上或數學上曲面無法展開成2D曲面的產品結構，這類產品也有很多，像足球，吊燈等。對于這類的產品表面裝飾，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相對簡單，而對于第二類的產品則要困難的多。本文主要來討論第一類產品的印刷工藝。

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，什么是間接印刷技術。直接印刷技術，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，間接印刷技術就是需要一個媒介，將油墨先印到這個媒介上，再由媒介轉移油墨到承印物表面。圖二是常見的一些規格曲面結構的產品示例，從技術上分析，這些曲面產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。而實際狀況是，工業領域選擇適合的工藝需要評估參考的因素有很多，技術能力是最基礎的一個。可能很多讀者對于這類產品表面裝飾的第一印象是標簽。確實，標簽印刷屬于間接印刷技術之一，在日用產品領域應用非常的廣泛，迄今仍然占據重要的市場份額。但是我們也看到，很多大的國際企業因應個性化需求和成本壓力，已經轉移到直接在包裝表面進行圖文印刷的直接印刷技術上。比如膠印，噴墨。圖三是常見采用的印刷此類產品的工藝技術。

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

曲面網印是一種直接印刷技術。這一類印刷工藝在實際生產用非常常見，對于曲面網印應用而言，最近幾年也已經有很多成熟的設備推出。工藝原理為：曲面網板與承印物以其一中心線為軸進行旋轉印刷，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在承印物表面上的印刷。相對于平面絲網印刷，通常承印物和印版都是固定的，這是最大的不同。絲網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等待下一產品印刷。目前市場上的曲面網印設備有適合圓柱形，截錐形和曲平兩用型三種設備。

移印是一種直接印刷技術，印刷原理為將欲印刷之圖形先經過蝕刻技術，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域往復運動，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品凹凸的尺寸以及曲率直接相關，通常膠頭可以印的角度在120度以內，大于這個角度時，印刷圖形變形明顯，圖形邊緣糊掉。據公開資料顯示，有廠商已經成功應用特殊膠頭，實現移印半個球面的工藝。當前工業界移印應用非常廣泛，主要產品為商標和一些文字信息，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，屬于柔版印刷技術。 此種方法通過設計專用的印刷機構，實現在桶形和截錐形產品表面的印刷。印刷機構如圖三中所示，圓柱表面隨印桶旋轉，實現將印桶上的圖形轉印的圓桶表面。這種印刷方式可以實現專色和多色疊印工藝，印刷效率高，而且容易實現自動化控制，應用廣泛。

以上提及的常見三種印刷技術均需要預先制作相應的印版，才能實現圖形轉換的目的。在直接印刷技術中，還有一種是數字噴墨技術，數字噴墨技術也需要制版，只不過是數字版，在制版的靈活性和便利性方面具有絕對的優勢，數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，在很多領域得到應用。當前市場上數字噴墨印刷主要針對平面產品印刷和薄膜印刷。對于規則曲面產品，如規則圓柱體，截錐體等，數字印刷也有一些應用。數字噴墨更適合個性化的表現。隨著噴墨技術的發展，噴印效果已經可以媲美膠印產品了，但印刷效率低還是其硬傷。

間接印刷技術是將圖文信息先印到中間媒介上，然后由媒介再將油墨轉移到承印物上，代表的技術有IMF/IML， 水披覆，熱轉印，TOM等。間接轉印技術在曲面形狀產品上應用也十分廣泛。這里因篇幅關系，就不做贅述了。

綜合以上，規則幾何形狀產品，即3D曲面可展開成2D幾何圖形產品的印刷工藝，目前已經有相對成熟的技術可以實現工業化生產。而對于非規則，即曲面不可展開的幾何形狀產品而言，尚沒有一種印刷技術或印刷技術組合可以完美實現在其表面上的印刷。筆者認為，未來在規則曲面組合和非規則幾何體產品上的印刷技術要依托數字噴墨技術的發展會有比較大的機會實現，特別是異形噴頭和噴頭控制技術是未來數字噴墨技術發展的一個方向。另外一個低成本的非規則曲面印刷技術有可能會在印章技術基礎上發展出來。特別是光敏印章技術的發展將印章技術應用推到了一個新的階段，筆者亦看好光敏印章技術的發展。

參考文獻：

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