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我对纸上3D直印技术的认识与思考

时间:2017-05-26 16:44:56来源:科印网作者:毛大智

  近期看到《印刷技术》杂志2016年第24期刊登的《纸上3D直印技术 引领行业革命》一文,虽然没有看到真实的3D直印产品,但知道局部3D印刷技术已经取得新的突破,非常兴奋,同时也让笔者想起自己10多年来一直围绕“局部3D印刷”所走过的路程。

  为实现局部3D印刷,笔者曾采用胶印、柔印、凸印、网印等多种印刷工艺进行了不同的尝试。2003年,笔者与美迪豹公司进行过多方面的探讨和研究,比如提出:根据冷烫胶黏剂经UV光照射后固化的原理,首先在印品表面需要进行3D印刷的区域涂布一层透明的冷烫胶黏剂,待其呈现半干状态时,再采用圆形光栅模具进行滚压,最后进行UV固化,从而实现局部3D效果等方法。当时虽然取得了一些效果,但还是不够理想,最终以失败告终。

  10多年过去了,虎彩印艺股份有限公司(以下简称“虎彩印艺”)终于在局部3D印刷技术上取得了重大突破,着实令人高兴。从《纸上3D直印技术 引领行业革命》一文对该技术的描述来看,采用的方法是:先在印品表面印刷局部3D栅格化图像,再在图像上印刷或模压对应数据的光栅,从而实现局部3D效果。这让笔者对局部3D印刷技术有了新的认识和思考。

  实现3D效果的关键技术条件

  业内人士都知道,要想实现3D效果,必须要有光栅。目前,光栅分为直柱光栅和圆点光栅(又称“点阵光栅”)两种类型。但无论采用哪种光栅,要想实现完美的3D效果,必须找到最佳聚焦点,即处理好栅宽、镜高和透视高度3个参数的精确匹配。图1所示为光栅实现3D效果的原理图,从中我们可以清晰地看到上述3个参数之间的关系。

  表1为不同光栅线数下镜高、栅宽和透视高度的匹配情况。从中可以看出,光栅线数越高,镜高要求越低。

  关于印刷方式的设想

  到目前为止,笔者还没有了解到虎彩印艺实现局部3D效果的具体工艺技术方案,只能提出以下设想。

  如果采用直印,将透明油墨印到满足要求的镜高是一个非常关键的技术问题。根据3D聚焦成像的要求,圆点光栅的镜高要求要比直柱光栅低,也就是说,采用圆点光栅印刷,镜高或许容易实现一些。但从目前来看,采用圆点光栅比较容易实现的是3D背景的印刷,对于图像分层的3D效果,由于其数据计算复杂得多,目前较难采用圆点光栅印刷来实现。除非攻克了这方面的计算方法,采用圆点光栅印刷才会变得更加便捷。

  如果采用直柱光栅,由于其需要一定高度的镜高,因此只能采用凹印来实现(网印受精度问题制约,笔者认为不太可行)。国外的数字“石胶滴”技术,实现镜高完全没有问题,但“石胶滴”的最高精度能否匹配3D聚焦成像的要求,笔者未曾进行过准确的测试。由此看来,笔者认为,先涂布透明胶黏剂,待胶黏剂半干时再采用模具进行模压,应该是一个比较可取的方案。

  关于光栅线数的思考

  无论采用直印还是模压,直柱光栅还是圆点光栅,都有一个精度的问题,即栅宽的最小精度可以达到多少?镜高能够实现的高度是多少?

  笔者认为,光栅线数越高,栅宽就越小,镜高就越低,因此只要找到能够直印或模压最小栅宽的光栅,其线数就是最佳的,至于选择多少线数的光栅,只要3D栅格化图像的光栅数据和直印或模压的光栅数据匹配就行。如果采用低线数光栅,比如75lpi,虽然很好实现直印或模压,但对镜高的要求很高,这样一来,光栅线条的变形量就会更大(因为采用的是涂布胶黏剂直印或模压),这和印刷网点增大的原理是一样的。

  关于印刷设备的设想

  关于如何在设备上实现局部3D印刷,笔者的设想是:印刷3D栅格化图像和直印(或模压)光栅可一次性上机完成。目前,机组式柔印机可以非常成熟地进行胶印、凹印、柔印、模切等多种工艺的组合加工,具备实现局部3D印刷的功能和要求。如果采用涂布胶黏剂后模压光栅的方式实现局部3D效果,笔者建议由胶印机组完成3D栅格化图像的印刷,凹印或柔印机组完成透明胶黏剂的涂布,模切机组完成光栅的模压。

  根据光栅的镜高、栅宽和透视高度3个关键参数的要求,还可以考虑二次涂布胶黏剂,采用2个模切机组完成模压,具体排列方案可根据实际情况和要求来组合。

  注意事项和待解决问题

  1.光栅数据的匹配问题

  传统3D印刷的光栅数据必须校正,通常需要精确到4位小数。但对于3D直印而言,虽然在印刷3D栅格化图像时光栅数据的一致性不会出现问题,但在直印或模压光栅时,由于胶黏剂的转移或模压属于化学过程,因此会对光栅数据的一致性产生一定的影响。也就是说,3D栅格化图像的光栅数据和直印或模压的光栅数据匹配很难精确到4位小数,这样一来,批量生产一致性的宽容度就会大些。而且,由于数据无法精准匹配,3D直印技术只能实现3D效果,无法实现3D翻变、放大缩小、连续动作等效果。

  2.套准问题

  3D印刷的套准是一个关键问题,传统3D印刷要有便于套印的特有的规距光栅线,这样才能确保3D印刷的套印精度,否则会直接影响成品率。3D直印技术也不例外。

  3.成本问题

  无论采用直印还是模压来实现局部3D效果,由于其印版或模具属于“局部”专版专用,成本也是一个问题,加上批量生产时由于受到套印精度等关键参数的影响,成品合格率一定较低,这也会在一定程度上影响成本。但无论如何,局部3D印刷技术能取得当前的进展,已经是很大的突破,可以说是印刷界的一大喜讯,起码可以像“兰达纳米印刷”一样被期待。

  以上仅代表笔者个人观点,仅供参考,学习不精,欢迎行业人士指教。


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