网印与吸塑联袂打造立体展示

编译 闵耀霞

网印与吸塑联袂打造立体展示

编译 闵耀霞

编者按：一些最具冲击力的陈列展示设计如立体标牌、吸塑灯箱受到人们的青睐，当中的大部分功劳要归于网印与吸塑技术的联合应用。本文作者Joliet Pattern公司总裁安迪·伍德先生以及公司高级项目经理瑞克·特纳先生通过一个立体标牌制作实例，深入阐述了这一要求极其严格的工作流程。

到任何一家大型食品杂货店、大型超市或者购物中心里面走一走，你就有可能看到网印+热塑成型（吸塑成型）的杰作。它也是购买点（POP）陈列和其它产品宣传方式的关键组合。如果图像先被印刷在片材上，然后再进行真空吸塑成型，由于片材受热后会获得延展性，因而图像将随之出现伸长和变形。为了对抗图像变形以及将特定图像部分定位在模具上的目标位置，图像必须在印前经过巧妙的预变形处理。这项在POP、陈列展示、标牌领域已经应用了几十年的技术也因此被人们称为“变形印刷（Distortion Printing）”和“变形成型（Distortion Forming）”。饮料、体育用品、快餐食品、电子游戏，甚至还有好莱坞的巨型炸弹都受益于该技术。

变形成型工艺涉及以下两个过程：首先在塑料片材上丝网印刷；然后对片材进行真空吸塑成型，以使网印图像的特定部位出现在热塑成型三维产品的相应部位。尽管计算机软件的应用导致变形成型过程速度更快，可重复性更高，但是多年来整体生产技术几乎没有什么改变。

Joliet Pattern公司是美国公认的购买点陈列、零售店图像设计和市场营销解决方案领先的供应商之一。最近，它采用网印和真空吸塑成型技术为肯塔基州的摸彩机构制作了400块户外使用的双面立体标牌。每块标牌都由前后两块面积为32in.2的相同面板组成，面板四周用铝框包覆（图1）。

图1 Kentucky Lottery立体标牌由两块面积为32in.2，镶嵌在铝框中的面板组成。

图2 塑料片材已达到它的玻璃化温度。下一步是使片材与模具接触。

在详细介绍上述立体标牌制作过程之前，让我们首先来了解一下真空吸塑成型的基础知识。

真空吸塑成型

在真空吸塑成型过程，热塑性片材被牢牢固定在夹钳内，受热直至片材变得柔软可弯曲。此时热塑性片材达到所谓的玻璃化温度（Tg），片材实际上会下垂（图2）。使下垂的片材与模具相接触，模具上有微小的真空孔穿过模具外表面通向其下方的空腔。对空腔抽真空，导致截留在模具与片材之间的空气通过真空小孔而抽出。四周的压力迫使柔软可弯曲的片材紧贴模具而形塑出与之相同的细节（图3）。在成型之后要将片材放在适当的地方冷却。模具内置有铜管，流经铜管的冷却剂将片材上的热量带走，从而缩短了冷却时间。由于温度降低，片材会重新变硬，保持模塑后的形状。接着将片材从模具上脱下，并从夹钳上取出，成型过程结束。

图3 真空和空气压力迫使塑料片材与模具的形状一致。

基材选择

像这份活件应该首选透明基材，以便在基材的反面印刷，从而赋予网印油墨一个可抵挡大自然和洗涤剂侵蚀的保护层。

PETG是由对苯二甲酸（TPA）、乙二醇（EG）和1,4-环己烷二甲醇（CHDM）三种单体用酯交换法缩聚的产物，与PET相比多了1,4-环己烷二甲醇共聚单体，与PCT相比多了乙二醇共聚单体，因此PETG的性能和PET、PCT大不相同。

我们之所以选择PETG这种透明的热塑性塑料作为基材，有以下几个原因：PETG坚固、刚硬；抗冲击强度高；耐风雨侵蚀性好；UV油墨附着性优异；真空吸塑成型容易并且可预料。此外，PETG制品高度透明，加工成型性能极佳，能够按照设计者的意图进行任意形状的设计，广泛应用于板（片）材、高性能收缩膜、瓶及异型材、化妆品包装等市场，同时其二次加工性能优良，可以进行常规的机加工修饰。

鉴于每块标牌的面板都必须足够刚硬才不会弯曲，因而我们选择了0.1inch（2.54mm）厚度作为起始规格——厚至足以赋予成品面板适当的质量，然而也薄至足以透过基材显示模具的细节。

模具制造

对于文中所提的立体标牌，我们要使用以木制阳（凸）模为起点的传统方法来制作模具。由于使用了阳模，成品标牌面板的正面（非印刷面）未接触模具，因而基材的天然光泽未受到模具影响。

在制作木制阳（凸）模之前，我们要利用数字印刷技术将客户提供的原稿原大复制成纸张样张。我们在样张上勾画出将在成品上升起的“高地”。同时每块“高地”的“海拔”也加以标注。然后将这张手绘地图随同用来制作木模的数字文件一并送往制模车间。与原大地图相匹配的形状一一从木头上切削下来，然后进行组装。

木模经由翻砂铸造处理，在砂型内产生一个木模镜像型腔，然后将熔融的铝液倒入型腔中，待铝液冷却后拆卸砂型敲掉砂子，所得到的毛坯铸件亦即模具就可以进行抛光处理了。

我们对铸件粗糙的表面进行抛光和砂纸磨光处

2010理直至表面变得光滑。Kentucky Lottery标牌的面板铸件基本上是一个表面耸立几块“高地”的大面积方形板。“高地”的海拔小，从最低点到最高点的距离只有1.5inch。接下来在铸件上钻出通透的微小真空孔，一般来说孔径约为0.025inch，这一尺寸小至足以防止高温状态的塑料在成型时流入小孔，否则将在塑料表面出现微小凹陷。

由于片材在真空吸塑成型时会将热量传递给模具，经过几次成型与冷却循环之后模具的温度会出现飙升，导致不能够再有效地冷却在它上面成型的塑料片材。不仅塑料的冷却时间受到影响，而且图像在模具上的位置（定位）也变得不可控制。为了防止热量积聚，我们在模具的内表面曲折蜿蜒排列了一根直径为0.25inch的长铜管，并将纤细的线段插入真空孔以免在下一工序发生堵塞。

我们使用了金属喷涂技术彻底覆盖铜管，从而通过导热金属将之与铸件永久性地粘接在一起。在成型时，温度受到控制的水将在管中循环流过，以便冷却模具。接着从真空孔中拔出纤细的线段，使真空孔穿透铸件的金属喷涂内层。

模具制造的最后一步是在铸件下面以厚木材为四壁，桦木胶合板为底板建造一个尺寸与铸件的长、宽匹配，纵深为3inch的真空箱。在底板上钻出一个直径为1.5inch的通孔，与底板外面相连的导管法兰相匹配，这样就产生了一个真空口。在一个侧壁上安装两个管接头，冷却管的两端与之相连，形成冷却剂的入口和出口。内部的结合处用硅树脂密封，这样铸件就被密封和固定在真空箱上。最后我们要检查真空箱和冷却管路是否有泄漏。

图像定位和处理

订购定制生产的PETG片材对于变形成型活件的成功非常重要。例如，当挤出片材在真空成型设备上受热时，长度方向（挤出方向）的伸长率会比宽度方向（挤出机的横向）高，导致片材之间出现不一致。如果挤出机可以调节，使上述问题最小化的一个方法是将片材的长边作为宽度方向，从而短边就变成了长度方向。由于我们用来制作立体标牌的片材呈方形，因而需要解决不同的问题，即确保从丝网印刷直至吸塑成型的整个过程，每张片材都取向一致（相对挤出方向）。

我们请PETG供应商在连续生产线上沿挤出方向在材料的一个面上增加一道划线。当材料被裁切成片材时，每块片材上都标记有一根表明挤出方向的划线，我们可以借此分辨出片材的长度和宽度方向，以及片材的顶部和底部。

将制好的模具安装在真空吸塑成型机上。此后，一致性便成为主要的目标。首先，我们必须确定在片材的什么位置印刷图像。由于片材在真空吸塑成型机的加热循环过程中将下垂，仅仅将图像定位在片材的中间位置可能还不够。我们用Adobe Illustrator创建一个新的图像文件，尺寸与PETG片材的大小相匹配。接下来，用彼此间距为0.25inch的水平线和垂直线生成一个网格。网格将覆盖与模具相同的区域，即在长度、宽度方向比片材各短2inch。制版部门下载网格文件，制出一块网版。在四张PETG片材上用白墨印刷网格，以获得最大的可见度。我们选择了专为真空吸塑成型而设计的Sericol三维UV油墨系列来印刷这份活件。将一张印有白色网格的片材留在图像设计/印前部门。在剩余片材上标记丝网印刷机所使用的精确定位点，然后将片材送往真空吸塑成型部门。

在真空吸塑成型机上，定位点从印有网格的片材转移到模具周围的气动夹具上，这确保了丝网印刷机和真空吸塑成型机都将相对片材定位相同的三个点。

我们连续对废料吸塑成型，直至在模具冷却管中循环流动的冷却剂（水）达到大约170°F的目标温度，从而使模具的温度升高到工作温度。依靠一个被称为冷却器的温控设备，我们将水的温度保持在5～8°F。同时，我们也控制可造成图像不能对准的外部影响因素，如环境温度、湿度变化，以及风扇在吸塑成型机附近所产生的游离微风。在整个生产过程中，这些因素都必须尽可能保持一致。

模具一旦达到工作温度，就要对印刷有网格的片材进行吸塑成型。已成型的片材在冷却后被送回印前部门，从而可将图像确定在适当的位置。将其中的一张成型片材送去制作钢刀模。

通过模具的侧面图可以看出，模具有一个1inch宽的边框，高出周围裁切线1inch。在边框内，白色背景凹进约0.25inch；三块明显的“高地”均高出白色背景0.25inch，它们是标牌主要的图像组成部分。最新成型的网格片材实际上是设计图案的三维地形图，地形图上的x-y坐标、框架的四角或者“高地”上的关键点都可以回溯到印前部门所保留的初始、扁平的网格片材。从三维地形图回溯到二维片材上的坐标越多，印刷图像在模具上的定位就越精确。

接下来，我们将含有网格和标识的图像文件发送到Lüscher网印直接制版系统，制成第一套网版。标识图像由四色（黑、PMS 300蓝、PMS 375绿和满版白色背景）组成，因而我们将成像、曝光5块网版。使用350线/inch的网布印刷黑色、蓝色和绿色。双击白色背景以增大它的不透明度。分别用330线/inch、380线/inch的网布制作两块专门印刷白墨的网版。黑色网版含有标识和网格中的黑色成分。

印刷6张片材用于首次尝试。我们没有从丝网印刷机上移去挡规，因而这6张片材以及所有后续印刷的片材都被引导至与初始网格片材相同的位置。片材一旦完成印刷，就被送往真空吸塑成型机。

我们在成型设备上加工几张废弃片材以便模拟实际的生产状况，并将首批印刷的6张片材无停顿地进行成型加工。一般来说，应将最后一张片材送回印前部门进行图像调整。接着我们将新近成型的第一批产品与Illustrator文件比较，找出不太适合“高地”的图像部分。

图4 网格的使用可帮助图像定位和对准。

图像文件的调整成为一件反方向移动的事情。在标识图像上方印刷的网格有助于确定消除未对准问题所需的移动量，不过它并不准确，需要做一些猜测。我们解决了未对准问题之后便将修改文件再次发回制版车间制作第二套网版（图4）。不过这次我们只需要回收和重新制作黑色、蓝色和绿色网版，满版白色的网版未受成型过程的影响，可以重复使用。

如同以前一样，在5张或6张片材上印刷第二版图像，然后进行吸塑成型。我们可能会稍微调整片材在成型设备的夹钳上的位置从而校正微小的图像减小误差。不过，当需要大幅移动时，就必须对原稿文件进行修正。一些活件由于图像或成型复杂，可能需要校正6、7次、甚至8次图像。这块立体标牌最终进行了5次图像校正。

由于在第三版和第四版的图像调整时过于细微，以致网格不再有帮助，因此我们在后来的图像版本中去掉了网格。每个图像版本通常需要花费6～8h完成从图像处理到真空吸塑成型过程。一份复杂的变形成型活件可能需要花费5天或者6天时间才能完工。

无论我们对变量的管理何等谨慎小心，变形成型活件都需要操作者的持久关注。虽然变量最终会导致废品率居高不下，但是使用时经过适当管理、面向专业生产的挤出片材则有助于最大限度地减少不合格产品