功能印刷，印刷技術(shù)的新大陸！

耿澤宇 董璇 歐珊 陳浩浩 劉琳琳

功能印刷的內(nèi)涵

談起功能印刷，它是基于當(dāng)下為了提高印刷品的價值，并更好地服務(wù)于未來其他高新科技產(chǎn)業(yè)而提出的全新概念。功能印刷并非一種印刷技術(shù)，更多的是一種印刷目的與方向。

功能印刷是可以讓印刷脫離原先基于生產(chǎn)者的單向印刷要求而轉(zhuǎn)變?yōu)橐钥蛻艏夹g(shù)需求為核心的服務(wù)型印刷趨勢。所以越來越多的人開始關(guān)注功能印刷，功能印刷正在帶動印刷工業(yè)與高新科技融合，為智能制造的實(shí)現(xiàn)打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

具體的功能印刷是指采用印刷復(fù)制的方法和機(jī)制，將功能設(shè)計、母版制作和增材制造有機(jī)地集成與整合。它解決了工業(yè)制造中快速、價廉和精確復(fù)制等行業(yè)重大問題，也加快了產(chǎn)品創(chuàng)新與應(yīng)用的步伐。此外功能印刷還運(yùn)用于微電子、生物醫(yī)學(xué)等高科技領(lǐng)域的新產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)制造創(chuàng)新，形成以增材制造為特征的高回報型工業(yè)印刷新業(yè)態(tài)，其前景十分光明。

功能印刷大致可分為兩大類，基于傳統(tǒng)印刷技術(shù)的功能印刷和基于數(shù)字印刷技術(shù)的功能印刷。其優(yōu)勢也十分明顯，既可以實(shí)現(xiàn)高精度（納米級），高分辨率的印刷，又可以運(yùn)用增材制造降低成本，減少材料的浪費(fèi)并減少環(huán)境污染。此外以噴墨印刷為核心的功能印刷還可以彌補(bǔ)許多其他行業(yè)的技術(shù)缺陷，大大提高生產(chǎn)力。

功能印刷的發(fā)展

功能性材料制造方面，自2008年以來，海德堡與IDD在新的功能性材料印刷過程的應(yīng)用技術(shù)研究方面深入合作。前3年關(guān)于新的裝飾元素和顯示元素的初步研究工作已結(jié)束，例如，基于電致發(fā)光或熱致變色的顯示元素，其特殊效應(yīng)可用于包裝；研制成用于銷售點(diǎn)的帶有燈光效果的展示架等。海德堡項目負(fù)責(zé)人稱：“目前的研究工作致力于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)印刷媒體工業(yè)的應(yīng)用。例如，研發(fā)新的印刷品表面整飾（上光）技術(shù)?！蓖ㄟ^新功能性技術(shù)，如具有三維傾斜效應(yīng)和可觸摸的觸覺效果使印刷產(chǎn)品更具吸引力。這種上光技術(shù)可以進(jìn)一步發(fā)展成具有紋理和連續(xù)調(diào)的光澤。迄今對于功能性印刷的實(shí)例有電致發(fā)光的實(shí)現(xiàn)照明控制部件的顯示器，以及采用導(dǎo)電聚合物材料印刷的傳感器。

3D打印也是當(dāng)下一項功能性目標(biāo)指向性印刷方式，并且全球市場也在飛速拓展。據(jù)預(yù)測，至2020年全球3D打印市場份額將會突破170億美元，并在眾多領(lǐng)域均在擴(kuò)大。

如表1，這一系列數(shù)據(jù)表明，未來很長一段時間，以功能性為目的印刷方式將逐步運(yùn)用到各行各業(yè)，且作用也越來越大，這也進(jìn)一步反映了以增材制造為核心的印刷方式是未來印刷業(yè)的方向。

在傳統(tǒng)紙質(zhì)包裝行業(yè)，功能印刷也為其注入了活力與生機(jī)。其中最具特色的RFID（智能標(biāo)簽）的出現(xiàn)便得印刷技術(shù)與制造的目的性不再單一，而變得豐富起來。

在印刷包裝業(yè)中，RFID技術(shù)可以運(yùn)用于檢測產(chǎn)品濕度，可以掃碼瀏覽產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，亦可以實(shí)現(xiàn)全程制造監(jiān)控……豐富的功能性給RFID未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展增加了無限可能。

在RFID逐步發(fā)展的同時，另一項功能強(qiáng)大運(yùn)用印刷技術(shù)生產(chǎn)出的無線裝置也在悄然興起，那就是FSS（Frequency Selective Screen），這是一種頻率過濾接受裝置，可以運(yùn)用于天文望遠(yuǎn)鏡、輻射防護(hù)裝置、無線數(shù)據(jù)的加密等等領(lǐng)域。

FSS（頻率選擇屏）實(shí)際是一種周期性裝置，在一維或者二維面板上安置一個過濾器，而這個過濾器的制造就是運(yùn)用了增材打印技術(shù)，不但精密高效而且環(huán)保節(jié)約，功能強(qiáng)大。

當(dāng)下功能印刷的企業(yè)案例不在少數(shù)，眾多國內(nèi)印刷企業(yè)開始逐漸重視起功能印刷，并不斷與國外接軌：

■ 中華商務(wù)聯(lián)合印刷公司與復(fù)旦科技產(chǎn)業(yè)控股集團(tuán)合作運(yùn)用智能化標(biāo)簽技術(shù)制作世博會門票。

■ 上海商務(wù)數(shù)碼圖像技術(shù)公司把3D打印運(yùn)用于被盜與損壞的新疆龜茲壁畫的復(fù)原。

■ 上海伊諾爾公司專門成立伊文數(shù)據(jù)處理有限公司從事芯片封裝。

■ 上海紫江彩印公司的塑料化薄膜鋰電池和隔熱建筑膜的生產(chǎn)。

■ 2018年12月，蘇州銳發(fā)打印技術(shù)有限公司新品發(fā)布會正式發(fā)布了SUREjet-T7680工業(yè)級熱發(fā)泡噴墨打印頭。該款產(chǎn)品具有高速和高均勻性的特點(diǎn)，7680個獨(dú)立控制噴孔可以保證穩(wěn)定的發(fā)射速度與墨滴體積，而且噴孔耐腐蝕性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用在數(shù)碼印花、噴墨印刷電子、噴墨3D打印、數(shù)字印刷、生物打印、陶瓷釉料打印等領(lǐng)域，打破了國外對于噴墨數(shù)字印刷核心部件的壟斷。

由此可見，功能印刷的制造技術(shù)對于國家對于印刷企業(yè)的重要性，不僅會讓企業(yè)立于不敗之地，而且會大大提升國家的科技實(shí)力。

功能印刷面臨的挑戰(zhàn)

功能印刷作為一種服務(wù)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)，不僅會分享高新技術(shù)所帶來的獨(dú)享性和高回報，而且要面臨其高精度、高標(biāo)準(zhǔn)和短壽命的風(fēng)險挑戰(zhàn)。

1.需要高新技術(shù)支持以實(shí)現(xiàn)高精度、高標(biāo)準(zhǔn)、更廣泛的印刷

在氣味印刷方面，當(dāng)下可以實(shí)現(xiàn)的香味種類還很少，僅限于花香果香。而且大多數(shù)氣味油墨主要用于絲網(wǎng)印刷，雖然近來已經(jīng)研制出了專供膠印的特殊氣味油墨，可以使用在一般的膠印機(jī)上，但就其種類來講還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

在印刷電子方面，由于電子產(chǎn)品的特殊性，應(yīng)用在印刷電子上的設(shè)備器材以及油墨都有著特殊要求，如電子標(biāo)簽就需要用到功能型導(dǎo)電油墨。而且，印刷電子還需要高精度的印刷方式實(shí)現(xiàn)高精度的印制。除此之外，當(dāng)下印刷電子的產(chǎn)品種類較少，實(shí)際應(yīng)用只局限于RFID天線、電熱片及某些傳感器。

在3D打印方面，材料的限制及關(guān)鍵技術(shù)無法突破使得3D打印技術(shù)只能應(yīng)用在小面積的商品中。

噴墨印刷也面臨著許多問題，例如噴墨印刷的耐久性及可靠性問題，固化/干燥的速度以及噴墨油墨的價格和消耗使得生產(chǎn)速度無法大幅度提高。

由此看來，利用高新技術(shù)開發(fā)功能型油墨、拓寬印刷材料、提高印刷精度并且提高生產(chǎn)速度是當(dāng)今面臨的一項大的挑戰(zhàn)。

2.需要降低功能印刷的價格以獲得市場份額

當(dāng)下功能印刷所需的造價相對較高，例如特殊的電子條形碼如RFID（智能標(biāo)簽）不是光學(xué)識讀，而是通過射頻識讀的方式，識讀造價較高，因此目前超市收銀還是采用傳統(tǒng)的掃描條形碼，由此可見特殊電子條形碼還需要深入研發(fā)降低造價以達(dá)到更廉價的制作。

在噴墨印刷中，噴墨油墨的價格高和材料損耗是一個非常突出的問題，同樣在3D打印方面，價格也是很突出的問題，如用于3D打印的熱塑性塑料價格每千克高達(dá)175～250美元，而用于注射成型的塑料價格僅為每千克2～3美元。利用高端打印機(jī)（例如150萬美元）與低端打印機(jī)（不足1000美元）的結(jié)果是大不相同的，打印機(jī)處理顏色和材料的能力是不同的，想要得到精美的印刷制品當(dāng)然需要高成本的投入。

因此，如何降低功能印刷的價格顯得尤為重要，價格的降低可以使得功能印刷得到更好的發(fā)展，并且擁有更強(qiáng)的市場競爭力。

3.市場的開拓是一場持久戰(zhàn)

首先，功能印刷方面人才的培養(yǎng)尤為關(guān)鍵，但是人才的培養(yǎng)是一個長期持續(xù)的過程，需要時間和成本。優(yōu)秀人才是決定企業(yè)技術(shù)未來發(fā)展的因素，會帶給功能印刷一個美好的未來。再者，功能印刷技術(shù)的發(fā)展還不夠成熟，一項新興技術(shù)的發(fā)展也是一個過程，想要占領(lǐng)一定的市場份額當(dāng)然會是一個長期而且艱難的過程。展望未來，功能印刷雖然會分享到高新技術(shù)所帶來的獨(dú)享性和高回報，但同時也面臨著高風(fēng)險的挑戰(zhàn)，因此投資者對于功能印刷會更加的謹(jǐn)慎小心，因此，吸引資金投入也是一個重要問題。

功能印刷的未來

在前文概念和內(nèi)容的闡述中，我們不難看出功能印刷及其材料已經(jīng)遠(yuǎn)超簡單的“將油墨轉(zhuǎn)移到承印物上”的傳統(tǒng)印刷領(lǐng)域，其獨(dú)有的“領(lǐng)域”在如今的數(shù)字時代必定充滿活力，為印刷制造行業(yè)拓展提供了無限空間。

如今，圍繞“內(nèi)容印刷”的印刷工業(yè)一方面面臨市場供大于求和利潤微薄等危機(jī)，另一方面面臨數(shù)字時代的工業(yè)生產(chǎn)能力的劇增以及數(shù)字化技術(shù)、多維度市場需求和產(chǎn)品化導(dǎo)向服務(wù)的深刻變革，引發(fā)的全球印刷工業(yè)深層次的技術(shù)整合、目標(biāo)重構(gòu)和產(chǎn)品演變的現(xiàn)狀。最重要的是在對高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的新需求和新動力條件下，功能印刷在必要領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)高精度、高分辨率的要求，同時運(yùn)用增材制造大幅降低了成本、材料浪費(fèi)與環(huán)境污染。這一切的種種原因使得印刷工業(yè)逐步從僅為實(shí)現(xiàn)信息的描述與復(fù)制、依附于相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域需求的加工模式，向?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品功能構(gòu)建與創(chuàng)新追隨市場目標(biāo)的產(chǎn)品導(dǎo)引模式的轉(zhuǎn)變。

21世紀(jì)以來，借助新興技術(shù)，如數(shù)字、互聯(lián)網(wǎng)和新材料等，印刷技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的基于光化學(xué)與模擬電子技術(shù)的人工作業(yè)主導(dǎo)環(huán)境向全數(shù)字、集成化的數(shù)字作業(yè)環(huán)境變革。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的深入，市場需求多樣性的快速變化，迫使處于技術(shù)發(fā)展前沿領(lǐng)域?qū)で蟾涌焖俸透屿`活的方法來定制產(chǎn)品，以滿足產(chǎn)品精細(xì)化和微型化等方面的要求。如今，眾多高新技術(shù)產(chǎn)品滲透于人類生活的方方面面，服務(wù)目標(biāo)的產(chǎn)品化已經(jīng)成為企業(yè)占領(lǐng)市場的重要手段，更加注重功能的完善和功能的定制，而功能印刷恰恰可以滿足這些需求。

功能印刷的未來將逐步融入新興的高新技術(shù)領(lǐng)域，并且依托功能印刷需求可以形成新的技術(shù)工藝體系，增加制造業(yè)的豐富度。如在生物芯片制造方面，利用傳統(tǒng)印刷技術(shù)中的組合印刷，實(shí)現(xiàn)生物芯片不同組件的精度要求，同時噴墨印刷手段的介入，使生物芯片成為臨床診斷和藥物開發(fā)的新興分析工具。其核心關(guān)鍵在于噴墨印刷技術(shù)可以將微量的蛋白液精確地沉淀在生物芯片底部的微小領(lǐng)域，這一突破極大的推動了蛋白質(zhì)生物芯片制造的進(jìn)程。因此功能印刷可以憑借現(xiàn)有技術(shù)工藝的提升，極大地拓展市場范圍。拓展的方向主要集中在通過數(shù)字平臺的整合或構(gòu)建來實(shí)現(xiàn)內(nèi)容表達(dá)或描述的跨媒體化。除此之外，功能印刷將來的態(tài)勢一定是高回報的，因為未來功能印刷極大程度上將借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和高新技術(shù)發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和高新技術(shù)一方面具有技術(shù)的先進(jìn)性和不可預(yù)測的發(fā)展空間，另一方面資金雄厚，產(chǎn)業(yè)鏈完整，同時滲透于社會經(jīng)濟(jì)和人類生活的各個層面，產(chǎn)品多樣性和需求量巨大，正處于高獲利的上行階段，因此，功能印刷憑借該優(yōu)勢可形成行業(yè)發(fā)展的新動力。

就像上文提到的功能印刷帶來諸多挑戰(zhàn)，功能印刷定是一片沃土，固然不假。但是從傳統(tǒng)印刷走到功能性印刷是一個突破的過程，充滿挑戰(zhàn)與風(fēng)險，如何面向內(nèi)容印刷功能化和功能印刷的變革，站在新高度、新平臺來審視和引領(lǐng)企業(yè)未來發(fā)展方向，將是拋給印刷工業(yè)和每個印刷人的重要課題。需要深入思考，繼而尋找開辟出前景光明的印刷工業(yè)新天地。

我們相信明天的印刷絕非今天的印刷，充滿期待，也孕育無窮的機(jī)遇。