包裝設計與激光加工技術應用探析

禹 典

(鄭州工程技術學院 文化遺產與藝術設計學院,河南 鄭州 450044)

包裝設計(Packaging design)通過應用包裝設計的原理、材料選擇、圖形設計、色彩搭配、印刷技術等方面的知識并結合現代制作加工工藝技巧,設計出創新性的商品包裝容器結構和外觀裝飾,有利于促進商品的銷售。

激光加工技術(Laser processing)已廣泛應用于激光通信、激光測量、激光手術、激光加工等領域,并逐步融入經濟、社會、軍事的方方面面,是現代的最新科技之一。激光與器物加工相結合,構成了多種類型的激光加工技術,成為現代一種非常先進的制造技術,并產生了多種高效激光加工設備。這些設備和技術為優質精準、高效快捷、綠色環保和低成本的生產制造開創了廣闊的發展空間。

激光加工技術與生產領域的互相滲透已成為世界性的發展趨勢和必然。激光加工技術目前也已廣泛應用于藝術設計領域。作為一個新時代高科技技術的代表,激光加工技術在包裝設計領域的應用也越來越廣泛,越來越深入。

一、包裝設計的內容特點和應用現狀

包裝設計隸屬于工業設計領域,與其他工業設計門類一樣,是當代社會文化和經濟發展的縮影。在今天的中國,隨著經濟的高速增長和與國際交流的頻繁往來,時尚包裝已成為人們追逐的對象,體現各種群體的獨特情感需求。包裝設計是一種創造性思維和實踐活動,旨在通過美學原則的運用,融合傳統文化元素和現代潮流,運用各種材質和空間想象力,結合立體設計和藝術創造方法,設計出占有一定空間并具有實用價值和美感效果的容納結構。同時,包裝設計也是結合了市場營銷、消費心理、材料工藝、高科技、健康環保、立體和平面設計、人體工程學和工業技術美學等多種元素的復合產品。

當前,包裝設計的應用已經非常廣泛。不同的企業或產品理念,使得包裝設計的風格也有所不同。以年輕人為主要消費群體的產品,其包裝設計通常會更加時尚、個性化;而以高端消費為主要市場的產品,其包裝設計則通常更加注重奢華感和品質感。

二、激光加工技術的內容特點和應用現狀

激光加工技術的加工原理是利用激光器發射出的高強度、高亮度、方向性好、單色性好的激光,通過反射鏡、透鏡的聚焦,形成平行度很高的微細光束,照射在材料上,當激光束能量密度達到一定程度時,材料會極快地熔化或汽化,待材料表面的固態熔渣或汽化物剝離后,便形成所需形狀的加工件。激光加工技術借助電能、光能,通過對激光能量的控制和調節以實現對不同材料進行加工,屬于特種加工,主要包括激光切割、激光雕刻、激光畫線、激光焊接、激光打孔、激光打標等技術加工方法。加工特點為高精度、高效率、高質量和無接觸損傷等。激光切割是利用激光束的高能量和高可控性,對金屬、木板、塑料、紙板、皮革、紡織品等材料進行高速度、高精度的切割;激光雕刻是通過激光束對物質進行高精度的雕刻,可以實現文字、圖像等的加工,可以在木板、塑料、紙板、皮革、紡織品等材料的表面上雕刻,也可以在玻璃、水晶、塑料、有機玻璃等透明材料的內部進行雕刻;激光畫線則是使用激光束在材料表面繪制直線、曲線等;激光焊接技術是利用激光束對金屬、塑料、陶瓷等材料進行加熱和熔化,使其形成高質量的焊接接頭;激光打孔是通過激光束對物質進行高速、高精度的打孔,可以實現微小孔徑和高孔密度;激光打標通常是使用激光束將圖案、文字或代碼等信息刻印在物體表面上。激光切割、激光內外雕刻、激光畫線、激光打標廣泛應用于藝術品制作、藝術首飾打造、禮品定制、珠寶加工等藝術設計領域。在推動制造業和藝術品生產領域的發展和創新,助力藝術設計作品實現的過程中,激光加工技術的應用已經成為一種趨勢[1]。

三、包裝設計與激光加工技術的結合應用

包裝設計的類型有三個方面:包裝結構設計、包裝容器造型設計、包裝裝潢設計。包裝結構設計主要是盒狀結構,一般使用的是平面包裝材料;包裝容器造型設計用于各類瓶裝物的設計,主要使用的包裝材料有玻璃、塑料、金屬等;包裝裝璜設計主要集中在商標、文字、色彩、版式、形體、形態等范疇,這在各種包裝材料上都可以展現出裝潢效果。

筆者主要從創意設計與技術兩個層面呈現激光加工技術對包裝設計產生的影響,據查閱相關資料,目前包裝設計領域所涉及的激光加工技術可分為二類:二維激光加工技術和三維激光加工技術。二維激光加工技術是指切割、畫線、雕刻、打標平面圖案、圖形、文字和Logo,三維激光加工技術是指在水晶、玻璃等透明材料內雕出具有立體效果的圖案、圖形、文字和Logo。

(一)包裝結構設計與二維激光加工技術的應用

激光切割、畫線、雕刻技術非常適合運用到平面包裝材料上。使用CO2非金屬激光切割機進行加工,其原理是極高能量密度的微細激光束通過一系列的光學系統聚焦在包裝材料的表面,使表面層在極短的時間內被物理熔化甚至汽化,用空氣壓縮機形成的高壓氣體將熔化或氣化的殘物從切縫中吹走,從而在包裝材料表面留下光滑而質感精美的標記、圖案、文字。這些標記、圖案、文字的設計可以通過常見的設計軟件:1.coreldraw,常用的平面設計軟件;2.Photoshop,無可替代的圖形圖像處理軟件;3.Adobe Illustrator,機動靈活的設計幫手;4.AutoCAD,二維處理能力突出;5.ArtiosCAD,非常全面的結構設計軟件。通過設計軟件完成后,以dxf格式保存,然后導入激光加工設備配套的軟件系統,在計算機上根據包裝材料的特性選定激光參數、加工路徑數據,控制激光束的有效位移,精確地輸出可識別的加工數據。由于激光具有單色性好、方向性強、相干性高、發散角小、能量高、密度大等特點,用于平面包裝材料加工時,具有比傳統工藝速度快、精度高、切割切口光滑、切縫窄、曲線擬合精確平滑等特點。CO2非金屬激光切割/雕刻的加工工藝有矢量切割和點陣掃描(雕刻),根據加工工藝參數不同可分為畫線法、切割法(鏤空法)、淺雕法、深雕法。

(二)包裝容器造型設計與三維激光加工技術的應用

三維激光加工技術一般指的是激光內雕技術,使用三維建模軟件來設計出具有立體感和層次感的圖案和紋理,也可使用三維相機取得人物和自然風景建立模型,然后將模型生成點云數據后導入激光內雕機操控系統中進行加工,由于使用的材料是水晶、玻璃等透明材料,激光束穿透材料,由計算機控制高度定位空間位置,使材料產生巨細的汽化爆裂點,以微細白色的點將圖案、圖形、文字和Logo構成絢麗多姿的立體畫面。激光內雕技術在包裝容器造型設計上的應用主要是各類高級瓶裝酒類、飲料、香水產品容器。選用激光內雕技術:一是提高產品的層次,增添個性化的風格;二是提升產品裝飾效果,增強一定的高檔感和吸引力;三是有效防止串貨和偽造,增加產品的信譽度。

(三)包裝裝潢設計與二維激光加工技術的應用

包裝裝潢設計是根據產品特點、視覺結構、市場需求等因素,創意設計外包裝的裝潢裝飾,以吸引消費者的注意力,增加產品的附加值和識別度。設計者可以使用二維繪圖軟件設計出各種圖案、圖形、文字和Logo,然后將它們導入與激光加工設備相配套的加工軟件中,使用激光打標機或非金屬激光切割機通過計算機控制激光束高精度定位,分別采取激光打標、畫線、切割、淺雕、深雕,在包裝材料上實現非常精細的標刻、雕刻和切割,可以刻印產品防偽標志或二維碼,清晰且不易磨損。從美學角度上,激光灼燒形成的色澤具有獨特的視覺表現力,可形成標志性的造型語言,從而讓包裝具有更加精美的魅力效果。[2]

(四)包裝設計對激光加工技術的應用趨勢

隨著經濟的發展,品牌的個性化形象越來越受到消費者的關注和追捧,激光加工技術也更頻繁地應用在包裝結構設計、包裝容器造型設計、包裝裝潢設計中。包裝設計通過圖像、圖形、色彩、字體等元素的有機結合,提升產品的視覺吸引力和品牌形象,而激光加工技術則為包裝設計產出更多元、更具創意和個性化的設計效果提供更多的可能性。傳統的包裝設計主要依靠印刷、拼貼等手段實現視覺效果,這些手段的局限性在于無法實現復雜的幾何形狀、紋理、雕刻等效果。而激光加工技術則能夠根據設計者的需求,精確地把包裝材料切割出各種形狀,如圓形、三角形、多邊形等,同時還能夠在包裝材料上雕刻出各種細節,如品牌字體、圖案、圖像等。這些效果不僅能夠增強包裝設計的立體感和質感,更能夠為品牌塑造獨特的形象和個性,提升品牌的價值和競爭力。

除了產生設計效果外,激光加工技術還具有非常獨特的實用效果。實際生活當中的一些塑料軟包裝袋,雖然設計了三角開口,由于手滑還會出現無法撕開的狀況,身旁又沒有鋒利的工具,這樣給人們帶來了很大的不方便,有一款激光設備利用激光的畫線功能在復合薄膜上劃出易撕線,只斷開一層而不損壞整體薄膜,包裝袋可以整齊地輕松撕開。如今,激光加工技術畫線功能已廣泛地使用在各種包裝的開口上,主要是零食塑料包裝、乳制品等各種飲料軟包裝,設計風格各不相同,有按照包裝上印刷圖案的輪廓來畫易撕線的,也有隨意的按自由組合圖形畫易撕線的。隨著技術的不斷進步和創新,激光加工技術在包裝設計領域還會具有更大的應用前景。

四、包裝結構設計與二維激光加工技術完美結合的設計手法

與激光加工契合的包裝材料種類很多,如紙、布、皮革、橡膠、泡沫、金屬、玻璃、塑料、木材、陶瓷等。紙、玻璃、塑料和金屬是構成現代包裝材料的四大支柱。這里以運用激光加工技術制作包裝結構設計——紙盒結構設計為例進行討論。

很快，市民卡結算在2014年已經延伸至醫技科室、停車、院內購物、院內就餐等所有收費環節，實現“全院通結算”。

包裝結構設計主要是紙盒結構的設計。紙盒采用不同的形狀,如正三角錐體、五棱錐體、圓筒柱體、圓錐體、圓臺造型、異形造型等;結構采用翻蓋式、抽屜式、折疊式等;材料一般使用卡紙、瓦楞紙板、藝術紙等紙板材料;紙盒的顏色根據產品特性和品牌風格來設計,有單色、多色、漸變色等;制作方法是利用盒型設計軟件進行平面圖形結構設計,按照設計圖形首先在紙板表面進行刻劃痕條,然后模切,再采用對折、按壓、折疊、翻轉、穿插、粘貼等多種手段,讓紙板表面產生凸凹變化,使得原本平面的紙板轉化成了立體的形態,形成一個精巧的空心三維造型。

把紙盒結構設計進行實物化效驗,對于設計者檢驗紙盒結構設計尺寸的合理性、準確性非常重要。傳統的制作方法是使用手工打樣,需要準備鉛筆、直尺、丁字尺、三角板、量角尺、圓規、曲線板、曲線尺、裁紙刀、剪刀、橡皮擦、雙面膠等工具,在紙板上進行尺子劃線,剪刀裁線,立體展示。如果設計盒型獨特復雜,蓋板有鏤空、有復雜圖案的元素,往往不易達到理想效果。借助激光加工設備進行制作,可以輕而易舉地替代以上所有手工打樣的工具,快捷方便便地呈現創意實物。

紙盒的外觀形象設計需要有一系列的圖像、圖案、文字、Logo等要素,用以強化品牌形象,提高品牌辨識度。設計時雖然可以在電腦軟件上進行排版展示效果,但無法展現實際效果。這時便可利用激光加工設備的畫線、雕刻功能將圖像、圖案、文字、Logo的黑白構成以實物形態表現出來。這是包裝設計創意與科技技術的完美融合。

目前在包裝印刷產業領域里,已經實現了使用激光模切多種類、小批量、版型復雜或異形紙盒的制作。激光模切主要是通過激光束在被加工包裝材料表層進行快速聚焦使加工材料蒸發來實現的,當材料被激光穿射至定深度后以一定的速度移動激光束暴露出加工物體深層物質,即可形成激光切縫或者激光雕刻效果。完成加工作品需要考慮多個因素,如激光功率、速度、焦距等工藝參數。同時還需要注意材料的特性、厚度,以及加工后的檢測和質量控制。對于紙質包裝,如果對于壓痕無特殊要求則可以通過打龍方法(在模切紙材上打出系列連續的細孔),或去除材料的激光描線方法代替壓痕。

(一)紙盒設計及制作要素

紙盒結構設計的造型方法雖然多種多樣,但都是先在電腦上根據激光加工技術的工藝特點,設計不同風格的激光加工創意圖案,使形狀和文字都相對簡單的紙盒與激光加工技術巧妙結合,提升紙盒的外觀,使其更具視覺和質感的吸引力。

1.運用激光加工技術的幾個設計元素

(1)盒蓋開窗造型設計是紙盒結構設計中很獨特的設計方法。采用激光加工切割法(鏤空法)進行開窗,可以吸引消費者觀看到商品引起購買欲望。在“窗”的造型上,使用極具表現力的中國傳統鏤空藝術,不僅視覺上給人以通透的感覺,還具有新穎的裝飾效果,在開窗元素上,運用產品形象、標志、吉祥物等與產品相關的圖形。

(2)文字是紙盒結構設計中不可缺少的元素。文字在包裝上的介紹通常需要考慮到多個因素,包括但不限于品牌名稱、產品名稱、產品描述等信息,這些信息需要在有限的空間內簡明扼要地呈現出來,以便消費者能夠快速準確地了解產品的特性和用途。一般的文字描述可以采用激光描線法實現,而位置醒目的主體文字,則可采用激光淺雕法以突出產品視覺效果。

(3)圖案、Logo是紙盒結構設計中最亮麗的元素。以黑白構成的圖案或圓形、三角形、方形等幾何形等構成的Logo,可采用激光加工描線法畫出流暢自如的線條、生動個性的圖形,搭配后期合理的手繪色彩展現生動效果,也可采用淺雕法直接將圖案、Logo呈現出輕微燒灼的焦黃色,如同版畫一般,形成獨具一格的高級感又展示出科技、時尚元素。

2.紙盒制作程序

(1)圖文設計。在Coreldraw、CAD或其他軟件中設計各種類型的紙盒結構,根據產品的需要,按照包裝設計的“創意思維”“審美法則”和激光加工技術能夠實施的功能進行繪制,設計尺寸以mm為單位,設計比例11。

(2)輸入加工控制軟件。將設計紙盒結構的展開圖以dxf格式導入與 CO2非金屬激光切割機相配套的控制軟件上,先核對尺寸,保證加工范圍小于激光切割機工作臺面,然后刪除重線,根據四種加工方法:畫線法、切割法(鏤空法)、淺雕法、深雕法選擇相對應的圖層,可用黑色、紅色、綠色、藍色代表不同的圖層。

(3)加工參數設置。在每一個圖層設置相關加工參數速度、功率、加工優先級等。其中速度、功率的準確設置非常重要,根據設計紙盒使用的紙板厚度,通常為0.3～1.1mm[3],速度、功率(總功率的百分值)的大小匹配需要先進行實測效果,經過對比選定最終數據。見表1。

表1 紙盒展開圖激光加工設置參數

(4)設置加工路徑數據,進行加工仿真預覽。

(5)檢查裝有控制軟件的電腦與 CO2非金屬激光切割機連接完好,放置紙板于激光切割機工作臺面。為保持紙板的平整,可在邊緣用膠帶粘貼或壓重物等方式使其展平,使用對焦塊對紙板進行焦點調整。點擊“走邊框”按鈕,選擇紙盒展開圖形的位置,點擊“開始”按鈕啟動加工。

(6)加工后期處理。加工完畢后,拿一直尺沿著描線的方位進行折疊、翻轉,成為立形盒體,經過加工后的圖像、圖案、文字和Logo呈現出燒灼的焦黃色,雖然具備了時尚、科技感,但色彩在包裝設計中是最為活躍的視覺因素,能夠吸引消費者一目了然,激光加工出的單一顏色無法替代色彩所傳達的信息,可以在加工出的圖形輪廓上進行色彩搭配,原圖與色彩之間相互配合,相互補充,相得益彰,可以提高紙盒個性化和識別性。

3.應用案例分析

小熊牌手提式小蛋糕包裝紙盒設計制作,運用coreldraw或者AutoCAD軟件進行設計。紙盒的結構采用15cm×15cm×15cm四方體的設計,頂部紙面設計兩個對稱的U形提手,提手切割后翻轉折疊與頂部一般不斷連,翻轉后形成了開窗狀態,開窗可以展示內裝蛋糕的狀態,吸引顧客的注意引發購買欲望,達到銷售功能,開窗處需要粘貼上食品保護PVC透明膠片。頂部紙面與前、后板、端板、底板不斷連,前板與底板的連接,不采用傳統的黏合,而是前板粘口與底板粘口的互插鎖口搭接。兩端板為蛋糕的出入口,在兩端板分別設計2個搖翼,在前、后板的搖翼折線處分別設計與端板搖翼長度一致的扣插鎖口,輕松打開或關閉盒子。盒子前板左上角設計蛋糕的品牌小熊圖案或文字來裝飾,可采取描線、淺雕法,來增加品牌的認識度,右上角設計“福”字圖案。采取切割法(鏤空法),背面粘貼上食品保護PVC透明膠片。兩端板文字標明蛋糕取出處,生產日期、保質期等相關信息,設置為描線法進行實現,在盒子的四面上設計出一些蛋糕輪廓線,加工完畢后,添加手繪色彩渲染。

設計完成后,按照上述制作程序,采用高品質的白色紙板制作,表面光滑、無毛刺、無異味,厚δ=0.8mm,使用CO2非金屬激光加工設備,功率200W,參數設置見表2。

表2 手提式小蛋糕包裝紙盒激光加工設置參數(δ=0.8mm)

五、結束語

包裝設計作為現代設計領域的重要分支,已經越來越受到人們的關注。隨著市場的競爭日益加劇,包裝成為一種傳媒語言,企業對于產品包裝的重視程度越來越高。應用激光加工技術可以為包裝行業帶來技術革命,特別吸引個性化、私人定制的消費者群體。設計者的包裝設計創意,可以借助激光加工設備簡便、快捷、精美地呈現具體實物,展現出設計效果。應用激光加工技術雕刻出的色彩比較單一,比如畫線、掃描出的是燒灼的焦黃色元素,內雕出的是白色畫面。這些配色顯然無法與印刷出的五彩繽紛色彩相比,但可以與后期的手繪色彩進行搭配,從而做到盡善盡美。