基于UV噴墨技術(shù)的手機殼立體打印

王鏞凱

隨著科技的發(fā)展和時代的進步，高性能的智能手機已經(jīng)成為人們的生活必需品，而手機殼因具備防摔、防震、防水以及美觀的作用也逐漸被用戶所看重。隨之而來的各式各樣的外表美觀、創(chuàng)意十足的手機殼在手機周邊配件市場上炙手可熱。目前市面上手機殼的圖案設(shè)計與制作大多局限于二維平面，這里，筆者將介紹一種基于UV噴墨技術(shù)的手機殼立體打印技術(shù)，其以數(shù)字文件為基礎(chǔ)，將3D打印思路與UV噴墨印刷技術(shù)相結(jié)合，通過可分層疊加的方式，使得印刷在手機殼上的圖案呈現(xiàn)出浮雕般凹凸有致的立體效果。

手機殼立體打印的步驟

設(shè)備及材料：Mimaki UJF 3042-HG UV噴墨印刷機、Mimaki LF-140 CMYKW五色UV墨水、PVC手機殼、Adobe Illustrator CC圖形軟件、Labthink CHY-C2測厚儀、3M 610型油墨附著力測試膠帶、SHEEN Ref-705耐劃傷測試儀。

1.選擇承印物

通過在人口密集地區(qū)的隨機問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，約92%的手機用戶表示會選擇使用手機殼，而人們對市面上比較常見的手機殼材質(zhì)（如硅膠、皮質(zhì)、金屬、塑料等）的認(rèn)可度不盡相同，有80%的用戶選擇了塑料材質(zhì)的手機殼。因此，本實驗選擇了受眾面廣、普適性高的塑料手機殼作為承印物來實現(xiàn)浮雕立體打印效果。

2.原稿的獲取及分層

在獲取手機殼表面設(shè)計原稿時，可以采用掃描或直接使用軟件設(shè)計的方法獲取相關(guān)圖案，進而對各圖案元素進行分層處理，以便后續(xù)進行多層打印，形成立體效果。

在分層時，應(yīng)當(dāng)充分考慮不同立體元素之間的視覺遠(yuǎn)近關(guān)系。按照“視覺距離越遠(yuǎn)打印層數(shù)越少，視覺距離越近打印層數(shù)越多”的原則進行設(shè)定。若采用設(shè)計稿，則應(yīng)該盡量使用Illustrator軟件繪制的矢量文件，以便于設(shè)計稿的調(diào)整，同時也能適用于多種機型手機殼的生產(chǎn)。

3.手機殼的定位

手機殼立體打印效果的好壞，很大程度上取決于定位時設(shè)計圖形的版心與手機殼中心位置能否高度重合，這是整個打印過程中的難點。

在開始打印前對Mimaki UJF 3042-HG UV噴墨印刷機打印頭的位置進行調(diào)整，使其能夠準(zhǔn)確定位。與此同時，為了解決手機殼不易齊整地固定在打印平臺上的問題，可以用紙膠帶或特制模具將手機殼兩側(cè)固定在打印平臺上。這樣既可以解決手機殼定位難的問題，同時還能防止油墨擴散到手機殼兩側(cè)。

4.打印效果測試

（1）不同打印層數(shù)的效果

不同于紙張等承印物，油墨不能在塑料上向下滲透以獲得較大的附著力。因此在打印開始前，筆者使用Adobe Illustrator CC軟件設(shè)計了如圖1所示的C、M、Y、K四色打印層數(shù)測試版（包含需打印1～12層UV墨層的線條和色塊元素），以及如圖2所示的C、M、Y、K四色線條寬度測試版（包含同一打印層數(shù)、不同線條寬度的元素）。打印以上兩個測試版，用以測定手機殼表面可打印立體層數(shù)的極值大小和線條寬度對油墨附著的影響。

（2）最小打印層數(shù)差的效果

為了凸顯立體元素，需確定兩元素間的最小打印層數(shù)差，即墨層厚度差。對上述測試版的打印效果進行觀察，得出以下結(jié)論：①當(dāng)打印層數(shù)差為1層時，通過觀察和觸摸均感覺不到立體效果；②當(dāng)打印層數(shù)的差值為2層時，通過觀察和觸摸能夠感覺到立體效果，但不明顯；③當(dāng)打印層數(shù)的差值為3層時，通過觀察和觸摸能夠感覺到比較明顯的立體效果。因此，在表現(xiàn)立體效果時，最小打印層數(shù)差應(yīng)為3層。

5.測量墨層厚度

本實驗使用Labthink CHY-C2測厚儀對圖1所示測試版的打印成品中， CMYKW五種顏色UV墨水的墨層厚度進行了測量，以便在日后使用Mimaki LF-140時，了解各色墨水的墨層厚度與打印層數(shù)之間的關(guān)系。

其中，由于所使用的Mimaki UJF 3042-HG UV噴墨印刷機將白色設(shè)定為“特色”，因此在測定W色前，需要在“印刷模式”中選擇“特色版合成”，將100%的K（或C、M、Y均可）替換為100%的W進行打印，之后方可測定其數(shù)據(jù)。

6.打印成品

依照原稿特點及分層情況，依次將要打印的文件導(dǎo)入與印刷機配套的Mimaki RasterLinkPro 5工作站隊列中，打印出如圖3所示的成品手機殼。

首先打印了兩個鋪底的元素：白墨鋪底2層、漸變背景1層；再在這兩個元素的基礎(chǔ)上，分別打印了以下幾個元素：底色花紋3層、裙子及美女上身部分6層、上衣花紋及飄飛的發(fā)絲9層。圖3所示的手機殼，打印層數(shù)最高為12層。

關(guān)鍵問題討論

1.印品性能檢測

（1）UV墨水附著力測試

為對打印出的手機殼進行UV墨水附著力測試，筆者對照實際生產(chǎn)過程中常用的國際標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5210-1985《涂層附著力的測定法 拉開法》，使用3M 610型膠帶測定了帶有如圖1和圖2印刷測試版的打印樣品。結(jié)果表明，打印層數(shù)為12層時，完全可以滿足在手機殼表面實現(xiàn)立體打印效果的實際要求，線條的寬度也不會對油墨的附著造成任何影響。

為了驗證打印成品的附著力是否符合要求，筆者對圖3所示的打印成品進行了同樣的測試。在實際測試中油墨沒有被3M 610型膠帶從手機殼表面剝離，這說明打印成品上的UV墨水附著牢固，完全可以滿足用戶的使用需求，與上述測試結(jié)果相同。

值得一提的是，若手機殼表面打印層數(shù)過高，還可以通過表面涂布的方式強化UV墨水在塑料材質(zhì)表面的附著力。

（2）耐劃傷測試

在實際生活中，鑰匙等尖銳物品常會刮蹭手機殼表面，因而耐劃傷性就顯得尤為重要。本實驗采用SHEEN Ref-705耐劃傷測試儀，通過增加砝碼的方式來檢測手機殼上UV墨水的墨層破裂臨界值，測試結(jié)果如表1所示。

當(dāng)測試值在1000g以上墨層不破裂，則能滿足日常生活中的使用要求。由表1可知，隨著打印層數(shù)的增加，墨層破裂臨界值逐漸減小。而當(dāng)打印層數(shù)為12層時，墨層破裂臨界值為1200g，說明該手機殼能夠滿足用戶的日常使用需求。

2.如何避免偏色

由于本實驗所采用的Mimaki UJF 3042-HG UV噴墨印刷機設(shè)定白色為“特色”，若不選擇“特色版合成”則在打印時白色將不會被打印出來。然而，若只是立體層部分油墨依層數(shù)的增加而疊加，那么就會產(chǎn)生嚴(yán)重的偏色，這個問題在打印漸變色時尤為突出。因此在打印受顏色疊加影響較深的圖像時，為了真實還原顏色，需要先打印兩層白墨作為鋪底，以解決由于打印層數(shù)的增加造成的偏色問題。

3.成本分析

單個具有立體打印效果的手機殼的成本主要由手機殼和打印時消耗油墨的價格組成，人工成本和設(shè)備損耗等暫不計入。以本次實驗為例，成本情況如下。

（1）市面上常見的普通塑料手機殼的采購價格約為1.2元/個。

（2）消耗油墨的價格核算方法如下。本實驗所使用的是Mimaki公司生產(chǎn)的LF-140型UV墨盒，容量為200mL，價格為850元/盒。使用該種油墨單層打印1m2大約消耗15mL油墨，平均每打印1m2所消耗油墨的價格為63.75元。以市面上暢銷的iPhone手機為例，滿版打印成本分別為iphone 6/6s為0.59元/層，iphone 6/6s Plus為0.78元/層。

然而，在大批量生產(chǎn)時，不僅手機殼基材的成本可以降低一部分，而且由于立體元素部分的油墨隨著打印層數(shù)的增加而減少，因而當(dāng)打印層數(shù)為12層時，把每個手機殼的總成本控制在10元或10元以下還是比較容易的（依據(jù)設(shè)計稿的不同略有變化）。

本文通過3D打印的方法彌補了傳統(tǒng)平面印刷對浮雕效果呈現(xiàn)的不足，為印刷有立體效果的手機殼的復(fù)制提供了新的思路。這種方法在兼具個性化、無需制版、高速度、高質(zhì)量、低價格等特點的同時，又充分發(fā)揮了UV噴墨固化速度快、無溶劑揮發(fā)、能耗小、印品穩(wěn)定性好等優(yōu)點，具有一定的普適性，還可推廣用于如玻璃、陶瓷、金屬等承印物表面圖案的打印。