UV平板喷墨打印技术在包装印刷复制行业的应用 – 袁金岭

第一章 技术介绍

一    什么是UV喷墨技术？

数字打印成像技术，目前有两种成像方式，包括静电转印带技术和数字喷墨技术。

喷墨技术，按照墨水的性质和干燥方式不同，又可以分为水性、溶剂型、弱溶剂型和UV墨水等类型。

以下是Fogra 发布的PSD (Process Standard Digital)  Handbook 2012版，第71页对数字喷墨的分类描述。

以下对各种墨水喷墨技术的评价，翻译自上述文档

1.水性墨水，包括颜料或者染料呈色剂

喷墨原理，可以是热发泡或者是压电喷墨。

鉴于色空间和解析度的表现出色，这种喷墨技术能够实现高品质的打印，适合于艺术品复制、数码打样和室内应用。其观察距离往往比较近。

但是由于水性墨水仅在某些带有涂布材料的表面才能附着地很好，不太适合室外应用。而且由于水性墨水没有气味，因此水性喷墨打印机在办公设备应用的比较多。

打印宽度: 61cm到152.5cm

主要应用：影像和艺术品复制、海报、数码打样

优势：宽广的色域，简易操作，没有健康危害，合理的价格

劣势：低耐候性，低防水性，不适合室外应用，打印材料需要涂布处理

2. 溶剂型墨水

喷墨原理，是使用压电喷墨技术产生墨滴。

如果打印产品需要持久保留，以及适合户外，溶剂型墨水喷墨就会使用。呈色剂悬浮在溶剂中，打印在材料上以后呈色剂和材料表面进行键合，这意味着溶剂型打印产品呈色持久。

溶剂型墨水的干燥过程中使用了加热装置。随着墨水的干燥，有害气体有机挥发物（VOC）会产生和散发到空气中。为了保证操作环境的健康，打印环境必须要通风良好。

打印宽度：137.2cm到500cm

主要应用：室外防水帆布、车身贴膜、标识

优势：良好的持久性，包括耐UV光照射、耐水和耐刮伤，使用户外应用，打印速度快，干燥快

劣势：打印机昂贵，打印环境对通风要求高，墨水对健康有害

3．UV干燥型墨水

喷墨原理，使用在UV紫外线下即刻干燥的墨水打印。

UV喷墨打印机适合在未经过涂布的材质上直接打印的任何应用，包括柔性材质和刚性材质，包括玻璃等材料。使用UV紫外线照射干燥时适当的保护措施是需要的。

打印宽度：137.2cm到500cm

主要应用：平板板材打印（刚性材料）、织物（卷到卷）打印

优势：优质的耐候性（耐UV、耐水和防刮伤），适合户外应用，适合刚性和非不同材料，即刻干燥

劣势：需要注意一定的UV防护措施，产生臭氧和少量气味

上图为UV喷墨和溶剂型喷墨打印机在干燥过程的比较。

左图，UV墨水中包含低聚物(Oligomers)、分子单体(Monomers)以及光触发剂（Photoinitiators）。在UV紫外线的照射下，光触发剂游离出来，和低聚物和分子单体产生化学键合，产生直接在材料表面固化的大分子链。整个干燥过程，几乎没有有害有机物(VOC)的产生。

右图，溶剂分子在热量干燥作用下，从墨层表面挥发出来，进入空气。墨水干燥过程中产生了大量有害挥发物。

由于大分子键合能力，UV墨水可以在众多材料表面产生其它性质的墨水不能产生的墨水附着力。

二   什么是平板喷墨打印技术?

UV喷墨打印，按照材料在打印前准备的方式，可以分为卷筒UV打印和平板UV打印。

平板打印，是指打印过程中打印材质平整的固定在打印平台上，或者完全静止，或者打印桌面沿着垂直于打印横梁方向边打印边移动。为了保证材料的平整性，平台往往具有真空吸附功能。材料在打印过程中，来自桌面的真空把材料吸附在桌面上，从而可以提高打印头相对打印材料的高度一致性。

真空吸附，可以固定表面不平整的材料，减少对材料平整度的要求。如纸张、白卡纸、瓦楞纸板、PVC胶片等印刷材料，可以通过真空吸附固定在桌面上。

按照打印过程中平台是否移动，打印系统可以分成材料完全静止的打印系统和材料移动的打印系统。

上图是两种不同桌面设计的打印系统。

静止桌面设计的UV平板打印机，相对移动桌面有以下优势：

• 材料完全静止，打印精度不受材料重量和高度的影响；
• 正反材料上面打印对齐准确；
• 真正实现无边打印和异形打印；
• 可以实现多次打印的准确定位，实现高度信息的复制；
• 多个物件同时打印前可以实现预定位；
• 由以上特点而产生的应用更加灵活。

三  可变墨滴技术

可变打印技术，是指带有灰度级打印能力的打印头在喷头喷射频率

的调谐下喷射出不同墨滴大小的打印技术。

具有奥西专利的可变墨滴打印技术（如右图），可以实现6pL到42pL不同大小的墨滴大小，相对固定墨滴打印技术(二值打印技术)，有以下技术优势：

1）可以在固定图像打印精度的基础上，增加图像品质。

如在600dpi的图像打印精度基础上，每一墨滴的可变信息量仍然有8级变化。相对600dpi的二级墨滴打印机，可变墨滴可以带来更高的图像精度。

2）相对6色CMYKLcLm打印方式省墨。

当固定墨滴技术在1/4阶调产生不能充分遮盖纸色的干扰纹时，引入浅青Lc和浅品Lm墨水可以提高墨水遮盖力而同时没有带来视觉深浅变化。

使用奥西可变墨滴技术，可以使用加入小墨滴，减少1/4阶调纸纹的视觉效果。相比6色墨水工艺，更加省墨。

3）在暗调部分，由于大墨滴的出现，可以使用比较少的墨滴而快速获得墨水的遮盖性。

而使用固定小墨滴的方式，即时是提高打印次数也不能获得厚实的暗调。

 

四    优秀的工业级设计架构–Arizona 460GT设备功能亮点

除了具有以上带有通用性的技术创新外，在机器设计和功能实现上具有以下亮点：

1)工业级传输带、合金编码器装置，保证设备机械定位精确。

2)平台高度误差补偿系统，保证墨滴定位准确。

在标准2.5米X1.25米的打印幅面上，桌面平台的平整度小于0.3毫米。即使是在这么小的范围内，桌面平台上的平整情况也会被考虑进去，在双向打印的喷墨时机控制上做过微调。这种调整，使得桌面上任何一个位置打印色彩和精度都得到保障。

3)自动静电去除装置，保证墨滴落点不受静电干扰。

以上为2013年IDEAlliance对全球11个品牌24款不同宽幅面打印机做出的中立性技术评价报告。

图表上部分是水性墨水打印系统，而下部分是UV喷墨打印系统。

在重复性测试（如上图柱状图显示数字）中，在1小时和24小时间隔打印一致性评价结果看，Arizona 480GT的设备色彩稳定性得到了充分的验证。

4)白墨和光油墨水

白墨和光油墨水的使用，可以增强透明材料和深色材料的应用多样性。白墨和上光墨水可以实现局部或者满版矢量填充，以及图像表现等特殊效果。

白墨和彩色墨水的分层应用，可以在透明材料上实现不同观察条件下的多种应用。

 

5)卷装可选件

在同一机器架构上，可以集成卷装材料打印选配件，使得一台设备可以同时打印平板材料和卷装材料，更多范围的增加了材料和应用的多样性。

由于以上优秀的功能设计和稳定的设备，Arizona在欧美平板UV打印市场占有超过50%的市场份额。从2006年底发布至今全球装机量超过了4300台

 

第二章 应用专题探讨

一     应用简介

源于UV墨水可以在没有涂布材料表面的优异附着能力，以及完全静止的打印方式而产生的高精度和多次重复的打印能力，UV平板喷墨打印带来了材料多样性和工艺多样性的多种应用优势。

从材料应用角度讲，以下是常见打印材料的清单。

柔性材质	硬质材料	需要涂布的刚性材料
相纸	瓦楞纸	瓷砖
特种纸张	光栅板	玻璃
皮革	PET/PC/PP	钢板
油画布	iPad/iPhone 壳	Dibond 铝面夹层板
乙烯膜或者片	大理石
磁性贴	木板
帆布	KT板、雪弗板
Tyvek	X-Board
背光灯片	亚克力

 

作为在众多材质上具有数字打印能力的UV喷墨技术，在以下领域有着多样性的应用前景：

• 面向最终消费者的数字打印服务提供商，如打印iPhone、iPad、成型产品的直接打印；
• 艺术品复制领域，如在不同材料表面打印，表现材质本身纹理、光泽、手感等信息；
• 超市、卖场、展会等展示行业，需要在不同材质上直接打印和加工的领域。
• 建筑玻璃、瓷砖、大理石等装饰和装潢材料的直接打印
• 替代传统丝网印刷中缺乏的短版和数字打样印刷
• 替代传统胶版印刷中缺乏的短版和数字打样印刷
• 光栅板材的背面打印
• 带有高度信息的图像复制，如带有笔触的油画复制，地图复制。
• 包装和陈列的创意和快速实现

以下章节，对目前应用比较成熟的UV平板喷墨的案例从使用需要、应用亮点以及带来的行业转变逐项介绍。

二     包装材料的数字化打印和色彩打样

现有包装材料表面的直接打印，因为以下原因，不能使用打印带有涂层的水性喷墨打印机打印：

1)材质的厚度和重量差别较大，如白卡纸、瓦楞纸板、X-Board 等材料。

2)表面没有涂层，表面不上墨或者上墨水后颜色发暗，如印刷胶片、镭射纸和牛皮卡纸等。

直接在包装材料的原材料表面打印，可以直接获得包装平面设计的样式，可以对包装的平面设计过程中使用的费用和时间都有明显的节省。

 

例如，使用牛皮卡纸为手机移动电源设计包装产品的设计师，在UV平板打印技术出现之前，可能使用印刷上机打样的方式实现版式设计打样。

类似使用印刷机进行印刷的还出现在色彩确认。目前有些白色包装材料在使用铜版纸的印刷标准ISO12647用于预见印刷色彩的结果和对应修正。

对UV平板喷墨打印机打印的产品进行色彩管理，使其色彩输出符合色彩输出规范，能够帮助包装印刷设计方和印刷方能够采用数字打印的方式确认或者验证在最终印刷材料上的色彩输出效果，避免上机印刷的繁琐工艺和高昂费用。

在测试环境，笔者做过以下两次使用不同材料和不同色彩校正软件进行的实验。

测试时间	测试机型	色彩管理软件	打印墨水	打印材料	符合标准	结果	备注
2012年6月	Arizona 360	GMGColor Server	IJC 256	芬兰白卡320gsm	ISO12647-7	符合	纸白与ISO12647-7色差超过3
2014年3月	Arizona 480	CGSPress Matcher	IJC 256	白色PP 0.35mm	ISO12647-8	符合

注：ISO12647-2关于纸白的引用来至于商业和出版印刷材质，现有ISO12647-7源于商业和出版印刷。现有部分用户借鉴商业印刷的目标作为包装印刷结果。

但是，对于某些印刷材料和印刷方式，如镭射纸和银卡纸，透视PET、牛皮卡纸等，关于纸张特征和色彩表现还没有标准，较难使用数字化的打样工艺预见色彩表现

三     包装设计和快速实现

集成数字切割机，在包装材料上使用UV平板喷墨打印机打印后，可以直接采用数字切割的方式获得最终包装和展示产品

包装和展示的设计公司和包装创意组织，在具有UV平板喷墨打印机和数字切割机的生产和加工能力后，在给最终用户提供包装和展示白样，平面内容打样以及结合色彩内容和结果的包装打印的手段都可以通过数字加工方式来实现。

同时，UV平板喷墨打印能力，为包装设计角色提供一站式解决方案，不再通过外发印刷的方式。无论是在时间效率和成本上都有大幅度提升空间。包装创意的项目需要长时间外发等待的加工局面得以改变，现在在一天内往往可以通过快速实现的手段而修改多次而最终快速结案。

 

印刷和印后加工工艺经常使用的白墨和局部上光工艺，同样可以通过UV平板喷墨打印机系统自带的白墨和上光墨水，实现一体化的打印实现。

目前部分客户对于白色包装和展示用品的打样，从成本角度讲采取先打印在不干胶或者涂布纸上，再贴裱在最终结构材料上。

相对于以上打印加工方式，直接打印的方式有以下好处：

• 可以实现透明材料和带有纹理的材料上直接打印；
• 不依赖员工裱纸技能，不会产生废品；
• 不需要冷裱机；
• 生产效果效果更高。

笔者在4月份和澳大利亚同行有过关于此类话题的讨论。据他称在澳大利亚由于人工成本和时间成本的原因，基本上已经淘汰了打印加贴裱方式的传统做法。

四     带有高度信息的“2.5D“打印

目前3D打印技术风头正劲。从打印方式讲，3D打印和我们这里讲的2.5印刷原理相同，基本是在同一位置通过多次打印墨层而堆积产生的高度信息。

2.5D指是以平面信息表现为主，附以有一定高度限制的墨层堆积，用于表现不同工艺效果。

奥西Arizona UV墨水由于在材料表面直接固化，相对水性墨水和溶剂型墨水形成的墨层厚度要高得多。经过优化的一次打印可以产生50-100微米的高度信息。

经过对应的工艺开发，目前适合产品化和商业化的项目有以下两类：

1)数字地图（下图左）

根据等高线数据库分析出不同海拔等高线，按照比例尺安排每一等高线图像层的打印次数。

从低到高，依次打印出代表不同高度信息的影像处理。

以下为中国某省的地貌，从0-6000米等高线图像下图所示。

打印原理，即按照预期高度对应的比例尺算出每层等高线打印次数，从低到高依次打印出来。

下图是根据以上原理打印出来的数字地图的局部特写

2)油画复制

油画绘画中的笔触信息，赋予油画区别于其他绘画技法独特的特点。目前油画复制做法中，大部分没有笔触信息；部分有高度信息的也是之前或者之后随意添加的墨迹，和油画本身的品质有较大差距。油画本身的光泽，也是复制过程中关键因素。

Arizona UV平板喷墨打印技术，墨水产生的光泽和油画本身光泽类似。同时，经过多次打印而产生的数字笔触，可以完美地再现油画原貌。以下油画样品，是通过高度信息采集和2.5打印产生的笔触和光泽效果。

 

 

高度信息的采集，目前采取两种方式：

1. 使用数码相机采集的立体信息；

目前奥西和荷兰Delft高校合作，使用Arizona复制的油画，如梵高的向日葵陈列于阿姆斯特丹Rijks博物馆

2.使用Photoshop软件手动或者自动产生的数字信息。

目前使用Photoshop创造过人工的笔触也是一种方法。目前www.apprintus.com公司使用Arizona 660和Photoshop 动作创造油画艺术品复制。

五     薄膜开关面膜层的短版和数字化打印

丝网印刷，由于其转印时材料选择范围广，可以实现在胶片、玻璃、特种纸、金属等刚性介质。

薄膜开关面膜层，是指类似家用电器、ATM和售卖机等类似工业和民用设备的表面那一层丝网印刷的胶片。

 

传统丝网工艺，牵扯工序复杂，设计到不同环节，初始化成本高。

这种工艺方法，不适于使用丝网印刷提供短版丝印和打样和创意等业务。

绷网

涂布感光药水

胶片曝光

专色油墨配色

丝印第一色

干燥

套印第二色

套印   第n色

清洗丝网

由于丝网自身特点，相对其它印刷方式，存在以下技术弊端：

• 油墨转移过程短，压力不宜控制，不适合图像和过渡等元素采用四色分色的工艺处理；
• 手动丝网印刷环境套印精度差，影响图像品质和套色细节再现；
• 因此带来的设计环节以专色实地为主，对色数有限制。

使用UV喷墨打印工艺，提供丝网印刷打印能力，相对于传统丝网印刷，有以下优势：

• 没有初始成本，使用小批量甚至单张印刷；
• 即时，不用等待数天；
• 专色配色准确，通过ICC分色自动分析；
• 套印准确；
• 使用图像、过渡，版面生动；没有专色限制。

以下使用Arizona UV 平板打印样品的照片和结果，可以看到数字化工艺打印的结果更加绚丽多彩。

            

 

六     玻璃彩绘

目前对于装饰玻璃的印刷方式，主要分为釉质油墨丝网印刷、溶剂型打印和UV打印三种方式:

 

 

 

 

 

釉质油墨丝网印刷，是指通过丝印多次套印的方式，将图案按照颜色顺序印刷在玻璃表面的方式。后工序处理，包括在600-700摄氏度环境中钢化处理。油墨和玻璃结果产生化学键合作用，产生很强的耐候性和附着力。除了处理工艺复杂外，经常高温烘烤的油墨颜色暗淡而不够饱和。常用于同一色调的玻璃印刷。

采用溶剂型墨水直接打印，或者是贴膜的方式，不适合户外长时间UV紫外线暴露，只适合户内装饰。优势是色彩绚丽，初始成本低。

UV  喷墨，在溶剂型墨水直接打印的基础上，提高了墨水附着程度和室外耐候性。直接打印在玻璃正面的图像，可以保持2年内没有明显褪色。而打印在玻璃背面，可以明显调高墨水在室外的耐候性。

为提高玻璃上墨水的附着力，需要提前使用认证的工艺实施涂布。打印后的玻璃，可以使用贴膜的方式提高其防水性和保护能力。夹层玻璃，可以大幅度提高玻璃强度和墨水保护性。

 

上图是IDEAlliance 2013年对目前市面常见的UV平板喷墨打印机产品耐候性做出的中立性评价。评价条件是使用ASTM3424-11方法，让印刷品在氙弧灯照射160小时模拟自然光下老化褪色实验。小于10%被被认为能够在自然环境下保持良好的耐候性。在此实验中Arizona 墨水具有优异表现。

七    腐蚀蒙版的数字化应用

作为丝网印刷中的一种应用类型，抗腐蚀和氧化蒙版，也因为数字化印刷的实现而开始从传统印刷转型。

以下为腐蚀处理的示意图。左图是腐蚀处理前金属板的初始厚度，右图经过腐蚀后剩余的金属板厚度。注意，被红色墨层包含的部分产生凸起效果。

 

通过丝网印刷技术印刷的蒙版，有以下几种用途：

• 金属（如下图钢、铜等材料）、玻璃腐蚀，用于直接表面装饰；
• 钢板腐蚀加CNC雕刻，用于包装和标签印刷模切刀版；
• 金属表面氧化腐蚀蒙版。

以下为使用Arizona UV平板打印工艺实现的产品效果

 

Arizona UV喷墨工艺经过优化和特殊墨水配方处理，在喷有蒙版墨水层的保护下，金属表面可以抵抗化学品腐蚀液20分钟的腐蚀。直接得到的凸出的金属表面可以用于展示金属表面浮雕纹理。

在后端CNC雕刻处理后，可用于包装和标签印刷印后模切版。相对传统丝网印刷制版方式，每一个活件生产周期经统计可以缩短3-4个小时。

由于生产出来的模切版需要和印刷品进行精确定位，经过验证，具有高度机械精度和重复精度的Arizona 胜任这一工作。在印刷高度发达的德国，Arizona UV平板打印机在此行业的安装量已经超过六台（2013年初数字）。

八    立体全息图像在光栅版背面直接打印

光栅，是指平行的镜面光柱，由于光柱对视线的遮挡，观察人员左眼和右眼看到的图像或者有景深，或者是两幅完全不同的图像。按照看到的图像的视觉效果不同，主要分为有景深的光栅图像类型（成为3D），和有不同图像（称为变图）。印刷、打印或者贴在光栅背面图像，通过光栅的折射而形成不同视角图像不同的观察效果。

光栅，按照制作原料，主要分为PET和PS材质，国外高端材质有PMMA。光栅印刷，按照观察距离以及对应的材料和生产工艺，有以下分类：

应用场合	观察距离	光栅类型	材质厚度	生产工艺
大幅面室外、零售POP、展会展示	1.5-6米	20lpi 3D  29度	3.81mm	水性打印机、 宽幅面UV打印机
大幅面室外、零售POP、展会展示	1.5-6米	20lpi 3D  29度	2.16mm	水性打印机、 宽幅面UV打印机
展会展示、通用标识	0.9-4.5米	30lpi     49度	1.32mm	水性打印机、 宽幅面UV打印机、 丝印
展会展示、通用标识、公共通道、车站站台	0.9-4.5米	40lpi  3D 25 度	2.08mm	水性打印机、宽幅面UV打印机、桌面打印机
展会展示、通用标识、公共通道、     车站站台	0.3-3米	60lpi 3D  26 度	1.22mm	水性打印机、宽幅面UV打印机、桌面打印机
小型POP和标识、直邮、促销品、    产品包装、商品促销	0.3-1.5米	62lpi    44度	0.686mm	胶印
小型POP和标识、直邮、促销品、    产品包装、商品促销	0.2-1米	75lpi    46度	0.457mm	胶印
小型POP和标识、直邮、促销品、    产品包装、商品促销	0.2-1米	100lpi 变图 42度	0.35mm	胶印
小型POP和标识、直邮、促销品、    产品包装、商品促销	0.2-1米	100lpi 3D 30 度	0.575mm	胶印

以上内容引自 www.humaneyes.com官方资料。

近视距和幅面适用的光栅，批量生产适合胶版UV印刷。由于CTP直接制版工艺和与光栅线数匹配的曝光精度，可以生产出高品质的光栅片。

大幅面光栅，由于面积和和厚度，传统是通过丝网印刷和贴裱的形式加工。目前直接打印是采取例如Arizona UV平板喷墨的方式生产。相对传统工艺，UV平板机械定位精度和图像精度，通过光栅产品的苛刻要求得以充分体现。