曲面印刷裝備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨向*

王賢洵，鄉(xiāng)碧云，王昌佑

（1.廣東隆興包裝實(shí)業(yè)有限公司，廣東潮州 515638；2.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東順德 528300）

曲面印刷裝備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨向*

王賢洵1，鄉(xiāng)碧云2，王昌佑1

（1.廣東隆興包裝實(shí)業(yè)有限公司，廣東潮州 515638；2.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東順德 528300）

綜述了曲面印刷設(shè)備的概念和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，分析了曲面印刷設(shè)備未來的發(fā)展方向和方法，基于研究和應(yīng)用高速表面凸版印刷機(jī)器，創(chuàng)新新一代數(shù)字設(shè)備的核心集成技術(shù)，改變高速表面凸版印刷機(jī)械行業(yè)外國發(fā)達(dá)國家壟斷的現(xiàn)狀，改變國內(nèi)低效高耗、勞動(dòng)力昂貴、自動(dòng)化程度低的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)表面絲網(wǎng)印刷油墨覆蓋設(shè)備產(chǎn)業(yè)升級，建立工業(yè)優(yōu)勢，積累和增加國內(nèi)高端印刷設(shè)備的技術(shù)能力和市場競爭能力。

曲面印刷；產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢；油墨污染；核心技術(shù)

0 前言

最早的印刷技術(shù)是基于平面印刷設(shè)計(jì)的，隨著包裝產(chǎn)品的設(shè)計(jì)追求多種形態(tài)，對印刷設(shè)備也提出了相應(yīng)的要求。曲面印刷裝備是印刷裝備的一種，其特點(diǎn)是應(yīng)用于曲面物體上印刷而非平面上印刷，主要應(yīng)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(shè)備的發(fā)展與平面印刷設(shè)備的發(fā)展息息相關(guān)又有自身的特點(diǎn)。本文綜合介紹了曲面印刷設(shè)備的現(xiàn)狀，對世界現(xiàn)有各種先進(jìn)印刷設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，以期尋找出曲面印刷設(shè)備未來發(fā)展的方向和方法。

1 曲面印刷設(shè)備的分類和現(xiàn)狀

印刷設(shè)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(jī)和多色機(jī)；按照操作方式分類為手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)。

單色手動(dòng)機(jī)屬于最低端設(shè)備，價(jià)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(jià)格低廉且簡單易用，在很多家庭式作坊企業(yè)仍大量采用。

半自動(dòng)多色（一般2色或4色）機(jī)屬于中等偏低檔次設(shè)備，價(jià)格一般在幾萬元至10萬元內(nèi)，能印刷幾種顏色字體對品質(zhì)要求不高的場合。

自動(dòng)多色（一般4色至8色）機(jī)屬于高端產(chǎn)品，價(jià)格10萬元以上，最高的進(jìn)口設(shè)備價(jià)格達(dá)千萬元，能滿足各種印刷要求。

由于絲印設(shè)備價(jià)格低廉，且使用歷史較長，目前國內(nèi)印刷設(shè)備仍然以絲印設(shè)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(nèi)圓柱形瓶蓋曲面絲（網(wǎng)）印設(shè)備主要廠家集中在廣東珠三角地區(qū)的東莞市、深圳市以及浙江省、香港等地。絲印設(shè)備雖然價(jià)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(shè)備的發(fā)展，一些高端企業(yè)要求選擇更好的印刷設(shè)備，凸版曲面印刷設(shè)備能較好地解決曲面絲印設(shè)備的不足，已經(jīng)成為高端凸印設(shè)備的發(fā)展主流，目前中國有能力生產(chǎn)圓柱形凸版曲面印蓋機(jī)只有香港、臺灣個(gè)別廠家，而大陸尚未有正式的曲面凸印設(shè)備生產(chǎn)廠家；國際上意大利、美國、荷蘭、瑞典等發(fā)達(dá)國家一直是曲面印刷機(jī)設(shè)備的全球裝備及技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)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(jī)制造知名企業(yè)，它們開發(fā)、生產(chǎn)的裝備代表當(dāng)今國際最先進(jìn)曲面印刷機(jī)設(shè)備的技術(shù)水平。

凸版曲面膠印模式的圓柱形曲面印蓋機(jī)在全球范圍內(nèi)生產(chǎn)制造企業(yè)甚少，其先進(jìn)設(shè)備仍舊被國外發(fā)達(dá)國家所左右，設(shè)備價(jià)格十分昂貴，如意大利進(jìn)口6色瓶蓋印刷機(jī)（型號：event400，印刷速度400 p/min）每套折算人民幣就高達(dá)1 200多萬元，一般企業(yè)很難具備購買能力。

目前國內(nèi)一些印刷設(shè)備企業(yè)開始研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)凸版曲面膠印設(shè)備，多項(xiàng)技術(shù)已取得很大突破，2012年廣東省部產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目“高效環(huán)保的高速凸版曲面印蓋機(jī)”研發(fā)的UV油墨及光油二次印刷、二次固化技術(shù)的凸面膠版曲面印刷設(shè)備，已經(jīng)達(dá)到300 p/min印刷速度，接近國際先進(jìn)設(shè)備水平，預(yù)測加工約為進(jìn)口裝備價(jià)格的1/10。該設(shè)備一旦取得成功形成批量生產(chǎn)，將大大改變目前國內(nèi)企業(yè)的裝備水平、提高生產(chǎn)效率。

2 目前國內(nèi)外各類曲面印刷設(shè)備的分析

（1）絲印曲面印刷裝備因價(jià)格低廉，目前國內(nèi)使用最廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，但缺點(diǎn)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(dòng)化水平低，需要操作工人經(jīng)過較長時(shí)間的訓(xùn)練才能熟悉掌握；印刷質(zhì)量差、故障多等也是該類設(shè)備的顯著缺點(diǎn)。

（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(jìn)水平，最大速度可達(dá)24 000 p/h。但也有其缺點(diǎn)，首先是價(jià)格昂貴，一般中小印刷企業(yè)難接受；設(shè)備的自動(dòng)化水平高、技術(shù)含量高既是優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也是缺點(diǎn)，需要企業(yè)有較高層次的技術(shù)人員來管理，這也是目前國內(nèi)大部分印刷企業(yè)無法做到的，從而限制了其推廣應(yīng)用；印刷過程同樣存在油墨粉塵和氣體揮發(fā)污染環(huán)境問題，目前仍未得到很好解決。

3 曲面印刷設(shè)備發(fā)展方向及一些前沿方法

綜合分析國內(nèi)、國際曲面印刷設(shè)備的狀況和優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為曲面印刷設(shè)備的發(fā)展方向必須在價(jià)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(yīng)用。

（1）手動(dòng)、半自動(dòng)設(shè)備由于價(jià)格極其低廉，在對印刷品質(zhì)要求不高的場合仍然能得到采用。但隨著勞動(dòng)力成本的增加，企業(yè)逐步歸于規(guī)?；?，且消費(fèi)者對產(chǎn)品設(shè)計(jì)和包裝越來越重視，產(chǎn)品企業(yè)對包裝印刷的質(zhì)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(shè)備占有的市場份額也將越來越少。同時(shí)由于其技術(shù)含量較低，價(jià)格低廉，產(chǎn)品發(fā)展成熟，不可能有新的突破，基本沒有太多的研究和改進(jìn)價(jià)值。

（2）數(shù)控自動(dòng)化高速印刷設(shè)備將是未來發(fā)展的主流，價(jià)格在百萬元等級、性能接近國際先進(jìn)水平、采用凸面印刷方式將是未來曲面印刷設(shè)備的最佳發(fā)展方向。需要從如下幾點(diǎn)進(jìn)行研究。

1）首先價(jià)格水平要定位準(zhǔn)確，按照目前發(fā)展中國家的人工成本，如果設(shè)備價(jià)格太高，如進(jìn)口的產(chǎn)品價(jià)格達(dá)千萬元，從企業(yè)投資效益比較很少企業(yè)能夠接受和采用，百萬元等級是較為合理的；

2）按照性價(jià)比原則，印刷效率和速度需要較目前普通的自動(dòng)印刷機(jī)（目前絲印自動(dòng)印刷設(shè)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(dá)到15 000 p/min以上的印刷速度才具備性價(jià)比優(yōu)勢；印制、固化、上光等工藝環(huán)節(jié)要在一套設(shè)備上自動(dòng)完成，不需人工參與。

3）印刷質(zhì)量較目前產(chǎn)品要有本質(zhì)的提高。

4）設(shè)備質(zhì)量（可靠性）要有本質(zhì)的提高。

（3）在工藝技術(shù)上要解決環(huán)境污染問題，盡量減少油墨對環(huán)境的污染。社會(huì)對日益突出的環(huán)境污染問題越來越重視，法律法規(guī)對職業(yè)病防治要求和成本越來越高，勞動(dòng)者對自身的健康越來越重視等因素，必然要求生產(chǎn)環(huán)境越來越環(huán)保。由于印刷過程必須使用油墨、油漆等化學(xué)產(chǎn)品，環(huán)境污染必然存在，如何盡最大可能較少環(huán)境污染或者減少生產(chǎn)過程對勞動(dòng)者的健康影響，是新型產(chǎn)品研究和設(shè)計(jì)必須重視和重點(diǎn)考慮的一部分。通過優(yōu)化工藝環(huán)節(jié)，減少環(huán)節(jié)或把多個(gè)環(huán)節(jié)封閉于一體是解決工藝過程環(huán)境污染的最好方法。2012年省部產(chǎn)學(xué)研重點(diǎn)項(xiàng)目“高效環(huán)保的高速凸版曲面印蓋機(jī)”就特別注意環(huán)境保護(hù)的研究，研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷采用的是揮發(fā)性油墨，這種油墨有快干的特點(diǎn)，但由于其易揮發(fā)性，容易產(chǎn)生空氣污染問題，產(chǎn)生化學(xué)污染，嚴(yán)重危害工作人員身體健康。在新一代環(huán)保機(jī)研制中，采用UV油墨印刷，幾乎達(dá)到無污染，從而解決環(huán)境污染問題。

（4）采用UV油墨印刷雖然解決了環(huán)保問題，但必須解決油墨固化，才能進(jìn)行下一個(gè)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(huán)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(jìn)行簡單的加法組合，勢必需要設(shè)計(jì)很多傳動(dòng)機(jī)械，就會(huì)造成設(shè)計(jì)的機(jī)器機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響設(shè)備可靠性。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過深入研究，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出“UV油墨及光油二次印刷、二次固化”的多工位同步傳動(dòng)系統(tǒng)，形成新一代同類設(shè)備的核心傳動(dòng)框架技術(shù)，從根本上解決了目前國外先進(jìn)的圓柱形曲面印蓋機(jī)都存在的印刷后需要進(jìn)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(shè)備（烘干隧道裝置）的難題[2-3]。

（5）采用版印技術(shù)代替絲網(wǎng)印刷技術(shù)，傳統(tǒng)的印刷是以絲印為主，在單色印刷中絲印機(jī)由于價(jià)格優(yōu)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(fā)展，目前市場上絲網(wǎng)印刷最大能實(shí)現(xiàn)5色印刷，在多色印刷過程中，絲網(wǎng)印刷難以解決套色精度的問題決定了其在多色印刷技術(shù)發(fā)展中的發(fā)展前景；同時(shí)絲網(wǎng)印刷工藝過程是一色印刷后需進(jìn)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(fù)的工藝設(shè)備，造成印刷速度限制，目前最先進(jìn)的絲網(wǎng)多色自動(dòng)印刷機(jī)最大印刷速度也只能達(dá)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(jī)都是采用版色印刷技術(shù)，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(jìn)的印刷設(shè)備也只能8色印刷，不能滿足一些高端印刷的需求；現(xiàn)在國內(nèi)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(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(dòng)印刷機(jī)，由于技術(shù)性能限制，在價(jià)格上一般定為在10～20萬元，因此在選擇控制系統(tǒng)時(shí)必然受到價(jià)格因素的限制，無法采用價(jià)格較高性能優(yōu)良的數(shù)控系統(tǒng)，大多采用PLC或非專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)，在自動(dòng)化程度和可靠性方面均受到影響，從而影響整機(jī)的質(zhì)量。在發(fā)展高端印刷設(shè)備時(shí)，由于價(jià)格定位較高，控制系統(tǒng)應(yīng)該選擇高性能的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)作為控制核心，既保證控制性能又提高整機(jī)的可靠性。

4 新一代曲面印刷裝備的示范應(yīng)用

“高效環(huán)保的高速凸版曲面印蓋機(jī)”項(xiàng)目通過研究開發(fā)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(dòng)系統(tǒng)新一代核心傳動(dòng)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(tǒng)，并以精確數(shù)顯基座多向調(diào)節(jié)系統(tǒng)、快速UV光油印刷及固化系統(tǒng)、高效UV油墨傳墨系統(tǒng)等技術(shù)改造裝備的印刷固化系統(tǒng)，形成對圓柱形曲面膠印印蓋機(jī)裝備的傳動(dòng)系統(tǒng)、輸送檢測系統(tǒng)、印刷固化系統(tǒng)等三大系統(tǒng)的自主創(chuàng)新技術(shù)，同時(shí)實(shí)施裝備關(guān)鍵影響因素的核心技術(shù)分析系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)研發(fā)裝備的高速、高效、自動(dòng)化運(yùn)行和承印產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特征，使裝備印刷速度達(dá)到18 000個(gè)/小時(shí)，印刷顏色最高9色，裝備技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，在國內(nèi)外高速圓柱形瓶蓋凸版曲面膠印裝備領(lǐng)域形成新一代的自主核心技術(shù)[4]。在技術(shù)性能上接近世界先進(jìn)水平，在價(jià)格上實(shí)現(xiàn)百萬元級別，具有極大的市場優(yōu)勢。

［1］王子美，劉瑞芳，唐正寧.柔性版印刷：原理與實(shí)踐：第一卷［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

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

［3］范達(dá)姆機(jī)械有限公司.用于印刷錐形物體的印刷設(shè)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(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)［J］.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，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(lǐng)域：曲面膠印機(jī)的機(jī)電一體化技術(shù)。

(編輯：阮 毅)

*廣東省部產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目（編號：2012B091000001）

2013－10－22