復合母排噴印字符工藝開發(fā)

株洲中車時代電氣股份有限公司 肖 慧 歐陽理

復合母排噴印字符工藝開發(fā)

株洲中車時代電氣股份有限公司 肖 慧 歐陽理

本文探討并實踐了一種復合母排字符加工新工藝。通過調研分析對比各行業(yè)打印技術的優(yōu)缺點，結合復合母排結構、材料及加工特點，引進一種廣泛應用于廣告、裝飾行業(yè)的UV平板打印技術，解決了目前復合母排字符加工的問題。

復合母排；字符；UV光固；油墨

1. 復合母排字符加工現(xiàn)狀及問題

字符印在復合母排（以下簡稱母排）產(chǎn)品表面層上，主要有①單字符——般為大寫字母；②組合字符——字母與數(shù)字；③特殊字符——“++”“-”④文字，一般為安裝技術要求。表面字符主要起標識和安裝指導作用。表面字符質量直接影響到產(chǎn)品外觀。

母排產(chǎn)品字符加工方式多樣。A絲印字符，工藝成熟，但成本高周期長，該工藝不能覆蓋所有產(chǎn)品；B印章印字符作為一種過渡性工藝，成本低，操作簡易，但字符外觀效果差，一致性差。C貼打印字符標識，操作簡易，但部分客戶不接受，且存在漏貼問題。

鑒于以上情況，開發(fā)一種新的字符加工工藝方法，降低成本，提高效率，外觀效果好，成為必要。

2. 復合母排字符加工思路

2.1復合母排字符加工要求

母排字符要求：內容正確，位置準確，字號字體符合圖紙要求，字符清晰完整，一致性好，與母排表面結合力強，適應復合母排應用環(huán)境，耐老化。

2.2復合母排結構特點

以圖1為母排示例。因母排結構中有許多用于連接導電的銅塞。銅塞往往高于母排表面層，部分可高達20mm。而字符標識一般噴印于母排表面層上，位于銅塞或安裝孔邊。母排最大尺寸長達2m。

圖1 母排產(chǎn)品圖

2.3復合母排表面層材料

母排產(chǎn)品表面層主要有兩種，PET膠膜及環(huán)氧材質。環(huán)氧材質以GF114為主。

環(huán)氧材料分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質具有較高的粘附力。PET全稱是聚對苯二甲酸乙二醇酯，該材料由于其部分官能團對稱，結晶度高，表面能低，涂布性能差，與普通油墨無法粘接。因此對油墨性能要求較高。

2.4復合母排字符加工思路

結合母排加工工藝流程，確認字符加工以下方案：

方案一：切繪/數(shù)控銑——印字符——疊壓（疊壓過程持續(xù)加熱，其中最高溫150℃持續(xù)；持續(xù)加壓，＞10Kg/cm2）——折彎/組裝/封膠/貼零——終檢。該方案中字符需滿足耐溫150℃以上，否則高溫高壓下將產(chǎn)生暈開或散點的情況。

方案二：繪/數(shù)控銑——疊壓——折彎/組裝/封膠/貼零——印字符——終檢。該方案中，產(chǎn)品送終檢前的最后一道工序是印字符加工。2.1中已提到復合母排的結構復雜性，因此該方案的重點是尋找適合母排結構的字符噴印設備。

3. 不同字符噴印技術分析

復合母排產(chǎn)業(yè)因規(guī)模較小，部分工序并沒有專用設備，需自主開發(fā)或引用其他行業(yè)設備。字符噴印技術開發(fā)過程中，針對市面上各行業(yè)的字符噴印技術均進行了調研分析及試驗，過程如下。

3.1PCB字符噴印技術

字符噴印機是PCB行業(yè)用于取代傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷，通常采用UV光固油墨，更高效、更低成本和高品質地噴印字符。PCB作為精密的電子元器件，對字符要求高，字符清晰度高附著力強，耐溫至少200℃。UV光固油墨，固化效率極高，與PET及環(huán)氧表面層粘接良好，字符效果符合母排產(chǎn)品要求。

目前市面上常見的字符噴印機最大打印尺寸為700mmx700mm，難以滿足母排尺寸要求。且設備成本較高，≥30萬元，定制價格昂貴。因此認為該設備并不適用于母排字符加工，打印及油墨系統(tǒng)值得借鑒。

3.2噴碼技術

噴碼機有激光噴碼及墨水噴碼機兩種。

3.2.1激光噴碼

激光噴碼機噴射的是一個無法擦掉的永久性標記，它是通過激光直接在物體表面瞬間氣化而成，可肉眼分辨。對母排而言，其表面層大部分是白色，激光標刻后字符顏色為淺黃色，可識別度低。且因復合母排，絕緣性能要求非常高。而激光標刻實質上是對母排表面層的破壞，對性能造成風險。故認為激光噴碼不適合用于母排字符加工。

3.2.2墨水噴碼

墨水噴碼機是運用帶電的墨水微粒，由高壓電場偏轉的原理，使用非接觸方式在各種物體表面上噴印上圖案文字和數(shù)碼。產(chǎn)品廣泛應用于各類標識打印。噴印最佳距離為8～10。

字符噴碼機首先進行方案一的驗證。獲取樣件后測試油墨能否耐溫150℃。其中也嘗試了適用于噴碼機的UV光固油墨。但試驗后，所有樣件字符均暈開且出現(xiàn)散點。說明噴碼機油墨因其帶電的特殊性，難以滿足性能要求。

方案二驗證?？紤]采用三軸機器人與噴碼機配合工作進行字符噴印。另分析噴碼頭尺寸為40mmx40mm，而部分銅塞高于表面層20mm。那么打印字符離銅塞最小距離為21mm。但部分產(chǎn)品要求字符離銅塞距離僅為10mm。因此該噴印機設備結合三軸機器人不能完全滿足復合母排字符加工要求。

3.3噴墨切繪技術

切繪機主要用于服裝行業(yè)樣板切割，在復合母排的生產(chǎn)中，用于小批母排材料外形加工。調研發(fā)現(xiàn)市場上噴墨切繪機已實現(xiàn)切割噴繪功能一體化。但該類設備適用于新品打樣，不能滿足大批量生產(chǎn)效率要求。且噴墨頭簡易，管道不密封且無法循環(huán)，難以滿足油墨及母排字符生產(chǎn)要求。

3.4UV平板打印技術

后調研到一款用途較為廣泛的打印技術——UV平板打?。ㄒ妶D2）。該類設備，也稱為萬能打印機，可以在木板、玻璃、水晶、亞克力、金屬、塑料、石材、皮革、布，及其它紡織品等表面進行彩色照片級印刷。采用噴墨式無接觸打印。

圖2 UV平板打印機

該類打印技術及設備集合了前期調研中的各類優(yōu)點。該設備為UV油墨量身定做；且UV油墨與PET、環(huán)氧、金屬材料等結合力好，耐高溫耐高壓，字符效果完全滿足母排要求；打印后直接UV光照射固化，效率高；工作幅面較大，滿足母排尺寸要求；可直接導入PDF檔工程化圖紙到專用控制軟件中，通過基準定位即可根據(jù)圖紙在要求位置上打印相應字符。工藝流程可采用2.2中方案1。

4. UV平板打印技術加工母排字符試驗

4.1壓合試驗

試驗目的：測試油墨能否耐溫150℃、耐酒精，是否與表面材料附著力好，打印對材料性能是否有影響。

試驗過程：取PET膠膜、GF114做樣件，打印字符后，與產(chǎn)品采用同樣壓合程序進行壓合。

試驗設備：UV平板打印機。

試驗結果：選用硬性UV光固油墨的樣件，字符附著力好［1］、耐酒精［2］且壓合前后無變化。試驗后，PET膠膜材料，表面無顏色變化，且經(jīng)拉力測試，對膠膜帶膠面無影響；GF114材料，采用汞燈固化樣件，壓合后材料表面輕微發(fā)黃，而LED燈固化，樣件表面無變化。

試驗結果分析：

GF114材料，其主要成分環(huán)氧樹脂與玻纖布，其本色是黃色，添加鈦白粉變白。環(huán)氧樹脂固化后是性能非常穩(wěn)定的高分子材料，耐溫200℃以上。而鈦白粉經(jīng)氧化或老化后，易變黃。經(jīng)觀察，樣件中僅被汞燈照射的地方變黃，而未被照射的地方，不變黃；汞燈中除380～400nm波段紫外光，還含有大量其他波段雜光，輻射強度＞70w/cm2；LED固化燈則波段較為單一，輻射強度≤6w/cm2，通過以上分析可知，汞燈照射是導致GF114表面層變黃的主要原因，且壓合過程的加熱加壓加速了表面層的老化。

4.2LED燈與汞燈光固對比試驗

試驗過程：將所有廠家樣件全部換為LED燈固化，壓合后再對比樣件。

試驗結果：LED燈固化所有樣件壓合前后基本無色差。說明采用LED燈固化對材料幾乎無影響。

圖3 產(chǎn)品局部圖

4.3油墨老化型式試驗

試驗目的：將試驗樣件與母排產(chǎn)品一起，開展溫變濕熱鹽霧型式試驗，測試耐老化性能。

試驗結果：試驗后與試驗前樣件完全無變化，字符不變色無脫落，附著力好，耐酒精。

4.4產(chǎn)品字符試驗

將該技術應用于產(chǎn)品，按2.4方案一進行加工。產(chǎn)品局部效果如圖3所示。復合母排產(chǎn)品字符要求。

5. UV平板打印技術投資分析

5.1成本核算

經(jīng)核算，采用UV平板打印技術每年成本為10萬余元（包括折舊、油墨、人工等）。采用目前加工方式絲印+印章，每年成本20萬余元。采用新技術每年可節(jié)約成本50%以上。

5.2效率核算

UV平板打印設備打印速率最小為10m2/h。目前打印速度≥4 m2/ h即可滿足要求。因此該設備加工能力超過母排目前字符需求，也滿足后續(xù)產(chǎn)能擴充的趨勢。

6. 結束語

通過以上調研、試驗及綜合對比分析，可知UV平板打印機技術加工字符具有效率高、成本低、效果好、加工簡便、安全環(huán)保等優(yōu)勢，建議復合母排字符加工應用該工藝技術。該論文解決了生產(chǎn)中的實際問題，對新工藝開發(fā)具有一定的借鑒意義。

肖慧（1988—），女，湖南衡陽人，大學本科，畢業(yè)于哈爾濱工程大學，現(xiàn)供職于株洲中車時代電氣股份有限公司，助理工程師，研究方向：電子產(chǎn)品工藝。

［1］判斷標準：硬物薄片（如指甲、環(huán)氧片）刮字符5次不掉.

［2］判斷標準：無塵紙蘸酒精擦拭字符20次，字符無明顯的顏色變淺.