3D網點制版參數與金屬易拉罐網點擴大關系的研究

肖穎，麻祥才，金琳，李賢峰，劉駿，王曉紅

3D網點制版參數與金屬易拉罐網點擴大關系的研究

肖穎1，麻祥才1，金琳1，李賢峰2，劉駿3，王曉紅4

（1.上海出版印刷高等專科學校，上海 200093；2.上海致彩實業有限公司，上海 201802； 3.北京漢德圖像設備有限公司，北京 102600；4.上海理工大學，上海 200093）

采用激光直接雕刻3D網點制版方式實現金屬易拉罐網點擴大的控制。以鋁質易拉罐為承印材料，改變3D網點的形狀、戴帽、雕刻側峰角度等參數后進行制版和印刷，對印品的網點擴大進行測量和分析，以確定最佳的制版參數。圓方形網點在50%中間調的表現優于圓形網點的，“戴帽”網點的還原效果優于“無戴帽”網點的，雕刻側峰角度80°的網點比雕刻側峰角度50°的網點擴大值小。在實際生產中，當加網線數和加網角度確定后，選擇圓方形“戴帽”網點和較大雕刻側峰角度有利于改善金屬易拉罐的網點擴大。

激光直雕；3D網點；制版參數；網點擴大

金屬包裝因具有色彩豐富、保護性能良好等特點被廣泛應用于食品、飲料和日化等快速消費品領域[1]，其材料主要包括鍍錫薄鋼板、無錫薄鋼板、鋁合金薄板、鍍錫薄鋼板等。這些材料以板狀、箔狀或容器狀進行印刷后再次加工成型，以滿足不同客戶群體的需求[2]。在各類金屬包裝中，易拉罐是一類常見的液體包裝容器，其印刷方式主要為凸版膠印[3]。由于材料本身無吸收性，容易導致印刷過程中的網點擴大嚴重，因此，如何有效控制這類印刷品的網點擴大是業內關注的焦點之一。

易拉罐是使用鋼基底樹脂凸版進行印刷，其制版方法與柔性版的制版方法相同，即傳統陰圖菲林或激光直接成像（CDI）制版。這2種制版方式均需進行背曝光、主曝光、沖洗、干燥、后曝光、去黏曝光等步驟[4]，印版表面的網點再現質量受曝光能量以及曝光時間等因素的影響較大，此外網點結構也無法實現三維參數的變化，最終導致印品的網點擴大值較難控制[5]。激光直接雕刻技術是利用激光能量直接將滾筒表面的鋅層蒸發后形成網穴，網穴的面積、深淺均實現可變，此后這一技術也逐漸應用于橡膠凸版的雕刻[6-7]。相較于菲林和CDI制版技術，采用激光直雕技術制成的印版用水沖洗、干燥后就可直接上機印刷，更加有利于網點擴大的控制[8]。

激光直接雕刻制版技術[9]借助激光技術，凹版版輥的網穴形狀、深度可實現個性化特征，凸版網點的三維立體各參數也均可改變，有效滿足客戶對印刷品質量提升和防偽的需求。目前，國內外關于該技術的研究主要集中在激光系統的類型和能量、橡膠版的種類、柔性版印刷術的應用[10]等，而對其制版工藝優化與印刷品網點還原質量之間關系的相關研究較少；在對印版表面三維形貌描述模型及其應用的研究，也僅集中在三維形態變化的分析[11]。對金屬易拉罐的研究，國內外則主要集中在印刷圖像的變形、圖像缺陷的檢測[12-13]，并未有激光直雕制版參數對產品網點擴大控制方面的研究。

文中以市場常見的鋁質易拉罐為承印對象，采用激光直接雕刻技術，改變3D網點的形狀、側峰角度、戴帽及高度等制版參數制作鋼基凸版并進行印刷，獲得易拉罐印品表面的網點面積率，分析網點還原和擴大情況，研究制版參數與產品表面網點再現質量的關系，為探索金屬易拉罐網點擴大值的有效控制提供切實可靠的方法。

1 實驗方案設計

1.1 3D網點相關介紹

網點形狀指單個網點的幾何形狀，即網點的邊緣形態或50%網點所呈現的幾何形態[14]，目前激光雕刻常用的3D網點是圓形網點和圓方形網點[15-16]。3D網點分為上下2個部分，上半部分就是網點的“帽子”，如果最終生成的網點含有“帽子”，則稱為“戴帽”，反之則為“無戴帽”，如圖1所示。

圖1 3D網點結構示意圖

網點雕刻深度是指網點頂部到網點根部與底基層交界處的高度值。網點雕刻側峰角度，也稱網點坡度，是網點的斜邊邊緣與印版底基層之間形成的夾角，其作用是增加印版上網點，尤其是孤立網點的穩定性，以提升最終產品的印刷質量，如圖2所示。

1.2 測試文件的設計

考慮到實驗應與實際生產要求相一致，因此在測試文件設計上涵蓋了印刷質量控制的全部要素，如圖3所示。由于本文是研究制版參數與產品網點擴大的關系，因此僅選擇文件中梯尺對應的百分比采集相關數據。

圖2 3D網點戴帽、雕刻深度和側峰角度示意圖

圖3 3D網點雕刻測試

1.3 3D網點雕刻參數的設置

在加網線數和角度的選擇上，文中使用目前市場上易拉罐產品常用的110 dpi加網線數和45°加網角度。在確定加網線數和角度后，網點形狀選擇圓形網點和圓方形網點，網點雕刻側峰角度設置為50°和80°，均為實際生產常用參數。通過改變3D網點的網點形狀、戴帽和雕刻側峰角度等雕刻參數對測試文件進行制版，共計有8種組合方式，如圖4所示。帽高設定為自動變化模式，1%網點的帽高設定為最大值50 μm，雕刻系統會依次遞減自動計算。

圖4 3D網點雕刻參數的組合

1.4 實驗儀器

選擇Flint Group nyloprint WS 83型樹脂版，使用SPGPRINTS AGRIOS 5112型激光直接雕刻機進行雕刻，TXW600一體機進行主曝光、洗版、烘版和后曝光。考慮易拉罐印刷是在產線上從鋁卷的沖杯、拉伸、印刷到包裝一次性完成，因此用打樣取代印刷步驟。選用ISGO–CANmini 8081 A+打樣機進行打樣，由于易拉罐產品是采用網點扣套方式進行印刷，各色版之間的相互影響基本不存在，所以只需進行單色打樣，且控制打樣設備的印刷壓力與實際產線的印刷壓力一致即可達到研究目的。選用與實際產線一致的INX專色藍墨進行打樣。

激光直接雕刻制版完畢，使用ZEISS LSM 800高分辨激光共聚焦顯微鏡配合ZEN 2.6分析軟件對印版上的3D網點進行掃描與成像、重構與分析。使用愛色麗Xrite SP62獲取易拉罐打樣產品上的網點信息。

1.5 制版與打樣參數的設定

易拉罐產品進行激光雕刻制版的參數見表1。打樣時，選擇330 mL規格的易拉罐，打樣機的包襯材料的壓縮量控制在3絲（100絲=1 cm）左右。

2 實驗結果與討論

2.1 印版表面3D網點的還原特征

為進行比對研究，本文拍攝了8種組合方式制成的8張印版中2%、5%、10%、25%、50%、75%、90%的7種3D網點結構圖，考慮到篇幅問題，這里以網點雕刻側峰角度為50°的5%圓形網點進行分析說明。

由于激光直接雕刻3D網點的步驟是在版材全面主曝光完成之后進行，交聯固化后的樹脂在激光作用下發生融解并氣化。在網點側面由于受熱量可擴散的空間小，熱能過分集中導致側面出現過燒或掛渣現象，網點坡度的融邊效果會發生波動。圖5為共聚焦顯微鏡對印版中5%圓形網點進行掃描成像并重構后的3D網點結構圖和頂部特征圖，圖5中可以直觀看出，相較于“無戴帽”網點，“戴帽”網點的頂部尺寸更小。

這一現象進一步從圖6中的網點二維輪廓擬合圖中得以證實，“戴帽”網點頂部尺寸比“無戴帽”網點頂部尺寸約小20%～30%。此外，在圖6中“無戴帽”和“戴帽”網點參數圖中還能直觀地看到“無戴帽”網點實際側峰角度分別為27.312 9°和35.267 8°，而“戴帽”網點實際側峰角度分別為39.772 7°和44.082 7°，“戴帽”網點還原雕刻側峰角度更接近于制版前設定的50°側峰角度，這是由于網點戴帽后彼此間距增大，激光燒蝕后熱量擴散的空間增加，減少了掛渣現象。

表1 激光雕刻制版的參數

Tab.1 Parameters of laser engraving plate making

圖5 重構后的3D網點結構和頂部特征

圖6 3D網點分析結果

綜合圖5和圖6可知，在制版過程中“戴帽”3D網點的坡度更為陡峭，網點頂部尺寸更小。用顯微鏡對8張印版上圓形3D網點剩余的2%、10%、25%、50%、75%、90%，以及圓方形3D網點的7種網點面積百分比結構圖進行掃描和重構分析，同樣符合圖5和圖6的分析結果。這說明在相同印刷條件下，網點頂部尺寸更小、側峰角度更陡峭的印版更有利于控制印刷過程中的網點擴大，改善產品的階調再現。

2.2 易拉罐印品表面網點百分比數據分析

使用分光光度計測量8張印版打樣后易拉罐表面對應部位的網點百分比，并計算出對應的網點擴大值，如表2所示。

表2 網點百分比數據

Tab.2 Dot percentage data %

將表2中雕刻參數的網點百分比標準值外加0%和100%定為橫坐標，計算出的印品網點擴大值為縱坐標繪制折線圖，出現相同網點雕刻側峰角度、“戴帽”網點與“無戴帽”網點、相同網點形狀這3類情形，如圖7、圖8和圖9所示。

由圖7 a可以看出，網點雕刻側峰角度為50°時，圓方形“戴帽”網點的網點擴大值最小，圓形“戴帽”網點次之，而“無戴帽”的圓形網點和圓方形網點擴大值均較大。由圖7 b可以看出，在網點雕刻側峰角度為80°時，無論圓形網點和圓方形網點是否戴帽，各自印品的網點擴大值均相差不大。觀察圖7a、b，還可以發現雕刻側峰角度為80°的網點比雕刻側峰角度為50°的網點整體擴大值小。

觀察圖8a，對“無戴帽”網點而言，網點雕刻側峰角度為80°的圓方形網點和圓形網點的擴大值明顯小于網點雕刻側峰角度為50°的網點擴大值，尤其是高光和亮調的區域尤其明顯。由圖8 b可以看出，對“戴帽”網點而言，網點雕刻側峰角度為50°的圓方形網點的擴大值最小，其余3種類型網點的擴大值相差不大。觀察圖8a、b，同樣發現“戴帽”網點的擴大值整體比“無戴帽”網點的擴大值小。

圖 7 2種網點雕刻側峰角度下的印品網點擴大值

圖8 “戴帽”網點與“無戴帽”網點下的印品網點擴大值

觀察圖9發現，無論是圓方形網點還是圓形網點，制版時選擇網點戴帽后的印品擴大值均小于不戴帽網點的。在圖9a中，網點雕刻側峰角度為50°的圓方形“戴帽”網點的印品網點擴大值最小；在圖9b中，網點雕刻側峰角度為80°的圓形“戴帽”網點的印品網點擴大值最小。此外，還能發現這2種網點無論有無戴帽，其印品的網點擴大程度變化總體比較接近，這意味著在激光雕刻3D網點制版過程中，網點形狀并非影響網點擴大值的主要因素。

通過數字放大鏡拍攝打樣后易拉罐表面2%、5%、10%、25%、50%、75%、90%部位的網點圖片，每個部位可獲得8張圖片，同樣考慮篇幅問題，還是以5%的網點為例進行分析，如圖10所示。觀察圖10a—h能發現，“無戴帽”網點特征的印版印刷易拉罐產品時網點擴大更明顯，網點清晰度略差，這也印證了圖5—9的分析結果。

圖9 2種網點形狀下的印品網點擴大值

圖10 不同制版參數5%網點的印刷效果

優化參數后的打樣實物圖片見圖11。

圖11 優化參數后的打樣實物

3 結語

本文首次對金屬印刷中鋁質易拉罐印刷的激光直接雕刻3D網點制版參數與產品網點擴大值之間的關系進行實驗研究，可以得出如下結論：

1）在激光雕刻過程中采用給網點“戴帽”的方式來控制產品網點的擴大值，對圓形網點和圓方形網點都有效。

2）實驗數據表明影響易拉罐產品網點擴大的主要因素為網點雕刻側峰角度和網點戴帽參數，與網點形狀的關聯度不緊密。

3）當“戴帽”網點的加網線數、網點形狀和加網角度確定后，網點雕刻側峰角度為80°有利于改善易拉罐產品的網點擴大值。

此外，還可通過調整曝光次數、調整印版類型、改變激光聚焦的直徑和能量，建立激光直接雕刻3D網點狀態與金屬易拉罐印刷品網點還原特性的關系模型，進一步優化產品表面網點的再現質量。

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Relationship between 3D Dot Plate Making Parameters and Dot Gain of Metal Cans

XIAO Ying1, MA Xiang-cai1, JIN Lin1, LI Xian-feng2, LIU Jun3, WANG Xiao-hong4

(1. Shanghai Publishing and Printing College, Shanghai 200093, China; 2. Shanghai T.C. Industrial Co., Ltd., Shanghai 201802, China; 3. Hand Graphic Equipment Co., Ltd., Beijing 102600, China; 4. University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

The work aims to realize the control on dot gain of metal cans by laser direct engraving 3D dot plate making. With aluminum can as the printing material, plate making and printing were carried out by changing the parameters such as the shape of 3D dot, capping and engraving side peak angle. The dot gain of printed products was measured and analyzed to determine the best plate making parameters. The performance of rounded square dot in the middle tone was better than that of round dot, and the reduction effect of "capped" dot was better than that of "un-capped" dot. The dot gain value of dot with engraving side peak angle of 80° was smaller than that of dot with engraving side peak angle of 50°. When the number of screening lines and screening angle are determined, it is suggested to select rounded square "capped" dots with large engraving side peak angle, which is conducive to improving the dot gain of metal cans in actual production.

laser direct engraving; 3D dot; plate making parameters; dot gain

TS813

A

1001-3563(2023)05-0203-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.05.026

2022?02?23

新聞出版署智能與綠色柔版印刷重點實驗室和招標課題（KLIGFP–03，ZBKT202001）；國家新聞出版署2019年度優秀重點實驗室資助項目（Z6E–0404–20–01–01y）

肖穎（1973—），女，碩士，副教授，主要研究方向為印刷工藝與包裝印刷技術。

責任編輯：曾鈺嬋