工業(yè)印刷的數(shù)字化進(jìn)程及應(yīng)用現(xiàn)狀

徐世垣

在過去的20年，由于印刷材料和噴墨打印頭技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)印刷行業(yè)贏得了增長勢頭。強(qiáng)大的生產(chǎn)力和需求以及客戶對個性化批量生產(chǎn)的愿望不斷增長，為數(shù)字印刷技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，其中噴墨印刷在向數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面扮演了先鋒角色。

本文作者Ron Gilboa是美國咨詢機(jī)構(gòu)InfoTrends公司的生產(chǎn)和工業(yè)印刷咨詢服務(wù)部經(jīng)理，自1980年以來一直活躍于印刷行業(yè)。

自古以來，世界各地的人們都懷有塑造優(yōu)美環(huán)境和豐富生活的愿望。裝飾性字符、圖像和文本在過去和現(xiàn)在都是表達(dá)生活的方式，但也有其功能性，如綠燈被作為放行的標(biāo)志 。因此，那些有創(chuàng)新、創(chuàng)意的人不斷尋找解決方案，以便給日用品等物體表面配備裝飾性和功能性材料，有些設(shè)計理念出于提供信息的目的，而有些則表達(dá)強(qiáng)烈的視覺效果或改進(jìn)功能。

從歷史發(fā)展來看，一切都從在紙張、織物或木材上的模板印刷或木板印刷開始，直到1440年古登堡發(fā)明鉛活字印刷為止。

工業(yè)印刷的起源和發(fā)展

自從古登堡發(fā)明鉛活字印刷徹底改變印刷技術(shù)以來，這種生產(chǎn)方式一直作為印刷和工業(yè)應(yīng)用的重要組成部分不斷發(fā)展，從而生產(chǎn)了大批用于信息交換、廣告宣傳和教學(xué)文件等多種印刷產(chǎn)品。

如今，隨著印刷技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，工業(yè)印刷越來越多地被應(yīng)用于各種類型表面裝飾和涂層，如精美包裝、裝飾裝潢、電子工業(yè)的功能性材料等。過去工業(yè)印刷的應(yīng)用更多地使用傳統(tǒng)印刷方式，如膠印、凹印、柔印和絲網(wǎng)印刷，許多應(yīng)用領(lǐng)域都令人印象深刻，包括紡織品、陶瓷、地板、玻璃、木材、薄膜開關(guān)、印刷電子產(chǎn)品、包裝和一些生物醫(yī)學(xué)材料等。

從批量生產(chǎn)到批量定制

實(shí)際上這些發(fā)展背后的驅(qū)動力是印刷產(chǎn)品必須能批量生產(chǎn)，如書籍或大量銷售的知名品牌日用品。批量生產(chǎn)的方式，為商品制造者（如時尚面料、裝飾層壓板、瓷磚）的產(chǎn)品包裝鋪平了道路。雖然批量生產(chǎn)降低了單件商品的價格，但需要在生產(chǎn)能力方面進(jìn)行大量投資，而且還需要在材料和庫存管理方面有運(yùn)作良好的供應(yīng)鏈。據(jù)美國InfoTrends公司估計，全球裝飾產(chǎn)品批量生產(chǎn)的份額在制成品銷售額中不到5億美元，主要是平板玻璃、瓷磚、地板/層壓板、紡織品和墻紙/壁紙。

然而總的趨勢是：越來越個性化地塑造我們的環(huán)境，在庫存管理和數(shù)字化MDT（材料成膜技術(shù)）方法中與不斷創(chuàng)新的技術(shù)相結(jié)合，是從批量生產(chǎn)向批量定制過度的重要推動力。這種轉(zhuǎn)換給消費(fèi)者提供了用于反映他們審美觀和視覺特點(diǎn)的品牌標(biāo)志或裝飾表面，從而塑造了他們需要的個性化環(huán)境。在這種趨勢下，數(shù)字印刷在批量定制方面的應(yīng)用日益增加，并因具備生產(chǎn)效率高和環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。

數(shù)字化時代的工業(yè)印刷

數(shù)字印刷發(fā)展已歷經(jīng)多年，但早期的技術(shù)水平較低，印刷質(zhì)量無法滿足最終用戶的要求。在這個領(lǐng)域內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)之一是采用CIJ（連續(xù)噴墨）和DOD（按需噴墨）方法印刷，但噴墨印刷由于成本高、缺少可靠性、選擇可用的材料（即墨水）有限，多年來一直與用戶接受問題作斗爭，從而限制了噴墨印刷的應(yīng)用和發(fā)展。

但在過去20年，由于印刷材料和打印頭技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)印刷行業(yè)贏得了增長勢頭。技術(shù)革新為噴墨印刷產(chǎn)品的批量定制奠定了基礎(chǔ)，在改進(jìn)噴墨解決方案的基礎(chǔ)上，制造商不僅可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，也會從數(shù)字印刷的很多優(yōu)勢中獲益。

工業(yè)印刷在不同領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)在許多行業(yè)都使用印刷技術(shù)，如印刷通信、包裝、裝飾和功能印刷等。所有細(xì)分行業(yè)都有一個共同要求：盡可能精確地把各種不同的材料（如油墨連結(jié)料和功能材料）涂布在各種表面上，如從紙張到3D打印物體等。

雖然數(shù)字化革命開創(chuàng)出許多道路，但數(shù)字技術(shù)進(jìn)入印刷通信行業(yè)迄今為止具有重要意義。按需數(shù)字印刷每年印刷10億多張A4頁，目前已經(jīng)在這個市場上穩(wěn)固地站住腳。在其他領(lǐng)域，如包裝、裝飾和功能印刷等，也越來越多地向數(shù)字印刷轉(zhuǎn)換。為了更好地理解重要的趨勢及其對不同行業(yè)的影響，下面簡要說明現(xiàn)今在這些細(xì)分市場已經(jīng)應(yīng)用的解決方案。

1.包裝

基于InfoTrends咨詢公司2014年的行業(yè)調(diào)查分析，包裝行業(yè)以4000多億美元的銷售額來說是一個巨大市場。包裝的應(yīng)用可以從簡單的棕色瓦楞紙板包裝延伸到高端產(chǎn)品的獲獎標(biāo)簽等。在過去的幾年里，數(shù)字化色彩印刷技術(shù)創(chuàng)造了一系列基于靜電的和噴墨的印刷解決方案，2014年其產(chǎn)量份額達(dá)10億平方米，估計到2019年將達(dá)到20億平方米，這相當(dāng)于每年增長23%。

在此期間，新一代印刷系統(tǒng)也適用于折疊紙盒、包裝印刷、“直接造型”印刷和瓦楞紙板印刷，并作為全整合的生產(chǎn)線。著名的制造商提供由瓦楞紙板制作帶蓋的紙盒或單張紙印刷瓦楞紙箱的解決方案，印刷速度超過200米/分。

“直接造型（Direct-to-Shape）”印刷是一個典型的不斷增長的市場，在這個市場上，通過印前和印刷技術(shù)供應(yīng)商與行業(yè)制造商合作，生產(chǎn)客戶定制的印刷產(chǎn)品。現(xiàn)在一家著名的啤酒廠提供按照個性化規(guī)格數(shù)字印刷的啤酒瓶，這種啤酒瓶與AR （增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)） 廣告宣傳活動相結(jié)合。理念雖然不是全新的，但由于屬于工業(yè)量級，還是很出色的。

2.裝飾印刷

裝飾印刷是另一個大的細(xì)分市場，數(shù)字印刷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在這一領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。在這個細(xì)分市場上，數(shù)字印刷總量達(dá)90億平方米，并且市場增長率較高。雖然在該領(lǐng)域現(xiàn)有的應(yīng)用可能性很多，但這種制品的重點(diǎn)是瓷磚、紡織品、層壓板、木材、墻紙和玻璃，而數(shù)字印刷對這些增長領(lǐng)域是適合的。

①瓷磚：瓷磚市場是巨大的，據(jù)2014年Infotile咨詢公司報告稱，全球瓷磚生產(chǎn)總量達(dá)120多億平方米。在這個細(xì)分市場上，傳統(tǒng)的卷筒式印刷機(jī)在瓷磚焙燒前用于涂布陶瓷油墨。按照這種方法生產(chǎn)成本低的產(chǎn)品，其耐久性不比天然石材差。但是輪轉(zhuǎn)印刷滾筒也有缺點(diǎn)，因?yàn)橹貜?fù)模式的數(shù)目受到限制，而且轉(zhuǎn)換的成本很高。由于數(shù)字印刷大幅度減少了印前準(zhǔn)備時間，可以改變設(shè)計和縮短裝調(diào)時間，因此數(shù)字印刷在歐洲瓷磚生產(chǎn)中占有最大的份額，而在中國也有較高的增長率。此外，數(shù)字化技術(shù)可以在以后燒制過程中進(jìn)行3D打印，以便使瓷磚除去裝飾層之外，還帶有紋理的表面。

②紡織品：紡織品印刷是很賺錢的行業(yè)，在意大利、土耳其、印度、日本、韓國和中國具有悠久的傳統(tǒng)。根據(jù)InfoTrends公司數(shù)碼紡織預(yù)測報告，2014年印刷紡織品生產(chǎn)總量共計超過350億平方米，全部采用絲網(wǎng)印刷或卷筒式印刷。在該領(lǐng)域數(shù)字印刷系統(tǒng)呈上升趨勢。自從使用第一個手工雕刻的織物印模以來，這個行業(yè)產(chǎn)生了許多印象深刻的創(chuàng)意設(shè)計，并取得了巨大進(jìn)步。現(xiàn)今紡織品印刷主要使用卷筒式絲網(wǎng)印刷機(jī)。由于特制的墨水可以用于多數(shù)合成和天然纖維，現(xiàn)在可以制造色彩鮮艷和具有吸引力設(shè)計的低成本成品。在不斷發(fā)展和紡織品印刷市場轉(zhuǎn)向數(shù)字技術(shù)時，企業(yè)效益的提升與客戶通過創(chuàng)新的設(shè)計相結(jié)合是關(guān)鍵因素。從1990年初以來，噴墨印刷技術(shù)供應(yīng)商盡一切努力，對作為適合紡織品制造商解決方案的噴墨方法進(jìn)行優(yōu)化。在過去的幾年，紡織品的噴墨印刷在各大企業(yè)都有大幅度增長。根據(jù)InfoTrends公司數(shù)碼紡織預(yù)測報告，到2019年數(shù)字紡織品印刷總量將達(dá)到320多億平方米，這相當(dāng)于每年增長率高于30%。這樣快速的增長歸功于縮短裝調(diào)時間以及為環(huán)境友好的制造和大眾化的設(shè)計節(jié)約成本，因此品牌商品制造商可將其產(chǎn)品快速和高效投入市場。

③層壓板：幾十年來，印刷的裝飾紙和層壓板在建筑和家具行業(yè)用于木材加工產(chǎn)品。利用大量模仿天然木紋和石紋的設(shè)計，層壓板是天然材料的廉價替代品。在某些情況下，層壓板甚至更可取，因?yàn)樗Y(jié)實(shí)。通常在凹印機(jī)印刷的裝飾紙，按照多種方法加工成層壓板。InfoTrends公司的裝飾市場數(shù)字印刷調(diào)查表明，2014年數(shù)字印刷生產(chǎn)總量超過3000億平方米。層壓板向小批量生產(chǎn)或按照客戶需求發(fā)展的壓力越來越增加，從而推進(jìn)了對中檔印刷產(chǎn)品和跟得上傳統(tǒng)凹印印數(shù)的工業(yè)印刷產(chǎn)品的需要。在此期間，許多領(lǐng)先的層壓板和裝飾紙制造商提供按照客戶規(guī)格的個性化層壓板，這樣符合客戶對設(shè)計自由度和個性化的要求。多年來這些趨勢跟隨著，成功為建筑行業(yè)制造復(fù)合地板和建筑物外層。在該領(lǐng)域除去層壓板解決方案之外，也有許多直接印刷的木質(zhì)產(chǎn)品，如中密度木纖維板、膠合板和天然木材。

④墻紙和壁紙：墻紙在古代中國就作為宮殿中的裝飾。1481年法國國王曾訂購50卷壁紙用于裝飾其皇家居室，從這個時期以來，墻紙和壁紙得到很大發(fā)展?，F(xiàn)今，墻紙和壁紙作為私人和商業(yè)房地產(chǎn)的裝飾品更是不可缺少的，以前主要采用膠印、柔印和凹印的方式印制。據(jù)InfoTrends咨詢公司調(diào)查表明，2014年壁紙生產(chǎn)總量大約達(dá)到了5200萬平方米。像其他行業(yè)一樣，大幅面數(shù)字印刷解決方案也逐漸在壁紙行業(yè)日益增加應(yīng)用。在遵守健康安全規(guī)定的情況下，經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)的數(shù)字印刷油墨也可以印刷標(biāo)準(zhǔn)材料，如在壁畫和精心設(shè)計的壁紙方面的應(yīng)用越來越流行。

⑤玻璃：幾千年來，裝飾玻璃打扮著大教堂和宮殿以及城市眾多的公共和私人建筑物，其應(yīng)用從鍍鉛的彩色玻璃直到絲網(wǎng)印刷的玻璃板。這種玻璃產(chǎn)品可以增強(qiáng)品牌的形象，突出藝術(shù)修飾或簡單地用于成像。平板玻璃市場年銷售額超過640億歐元，由于數(shù)字印刷的增長擴(kuò)大應(yīng)用的可能性。自從開發(fā)使用陶瓷油墨能在玻璃上印刷的噴墨打印頭以來，數(shù)字印刷技術(shù)在許多行業(yè)用于制造耐用和結(jié)實(shí)的裝飾玻璃，這種玻璃適用于建筑和工業(yè)用途。

3.功能性印刷

功能性印刷是工業(yè)印刷的另一種形式，這種印刷是將支持某些功能的材料和印刷油墨涂布在印刷的表面上。利用壓電式或連續(xù)式噴墨方法為各種材料成膜。其中包括薄膜開關(guān)、印刷電子產(chǎn)品、3D打印以及納米技術(shù)（即納米粒子）的各種創(chuàng)新，這些創(chuàng)新已進(jìn)入制藥和生物醫(yī)學(xué)行業(yè)。

下面幾節(jié)闡述有關(guān)制造薄膜開關(guān)、3D打印以及印刷電子的一些發(fā)展情況。雖然還有其他吸人注目的成膜方法，但這些方法只限于生活科學(xué)產(chǎn)業(yè)的特殊領(lǐng)域。

①薄膜開關(guān)：根據(jù)ASTM（美國材料檢驗(yàn)協(xié)會）的定義，薄膜開關(guān)是一種瞬時開/關(guān)，這種開關(guān)至少接通一個觸點(diǎn)，或由一種柔性的基層構(gòu)成。通常將這種柔性基層印在作為載體的PET（聚對苯二甲酸乙二酯）上。這種薄膜開關(guān)在家用器具、醫(yī)療儀器、游戲、智能手機(jī)和玩具中常見。通常印刷方法在制作圖形覆蓋層以及電路板時使用導(dǎo)電墨水。包括靈活的墨水和LED干燥在內(nèi)的UV數(shù)字印刷技術(shù)的改進(jìn)，擴(kuò)大了薄膜開關(guān)的應(yīng)用和載體材料選擇的可能性，包括用較少的能量和供熱可以硬化的柔性基層。在某些總量較大的應(yīng)用領(lǐng)域，利用電子束技術(shù)可以使成膜硬化，并在敏感的材料上硬化。在所有提到的情況中，小批量的個性化印刷可以替代絲網(wǎng)印刷或柔印。

②3D打?。?D打印是一個廣泛的領(lǐng)域，它包括多種技術(shù)、應(yīng)用可能性、材料、解決方案和價差。目前，3D打印方法有噴射黏合劑法（一種特殊粉末方法，將黏合劑噴涂在粉末材料層上）、DLP方法（數(shù)字光學(xué)處理）、選擇性電子束熔化、FFF（熔融長絲制造）方法、材料噴射法、SDL（選擇性成膜層壓）方法、SLS（選擇性激光燒結(jié)）方法和立體光刻。上述所有方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。市場劃分為3個產(chǎn)品類：制作、專業(yè)產(chǎn)品和私人產(chǎn)品。原型、澆鑄和切割模具以及終端產(chǎn)品屬于3D打印常見的應(yīng)用，幾乎所有行業(yè)為制造大量的產(chǎn)品都采用這些應(yīng)用方法，如從納米研究的產(chǎn)品直到飛機(jī)部件，這個細(xì)分市場快速發(fā)展。對于要求更高的應(yīng)用，幾乎沒有一天不談?wù)搫?chuàng)新。3D打印的吸引力在于其特性：更少的廢棄物、縮短市場啟動時間和個性化設(shè)計。

③印刷電子產(chǎn)品：印刷電子依賴于傳統(tǒng)的印刷方法在各種基材上印制電器，多年來電路板用絲印、柔印、凹印和膠印印刷。一段時間以來，噴墨印刷也是一種可行的選擇，采用這種方法，將用于制造有源或無源的部件（如薄膜晶體管或電阻）的功能性墨水噴涂在基片上。印刷電子對用于諸如柔性顯示器、智能標(biāo)簽、裝飾/動畫海報和智能服裝方面是可以想象的，例如，采用數(shù)字技術(shù)制造有機(jī)發(fā)光二極管顯示器部件是作為簡單和低成本的一種選擇。

顯示器的數(shù)字印刷名列創(chuàng)新的前端。目前，涂布功能性材料的數(shù)字印刷技術(shù)找到許多用應(yīng)用。其中包括RFID（無線電頻率標(biāo)識）標(biāo)簽、智能紡織品和許多印刷的電子元器件。傳統(tǒng)的印刷方法，如柔印和平版印刷仍是用于大批量制作印刷電子器件的印刷方法。總之，印刷電子市場為特殊的印刷服務(wù)商提供了許多增長的商機(jī)。（資料來源：《德國印刷者》2016年5月26日第11期）