曲面印刷装备的现状及发展趋向*

王贤洵，乡碧云，王昌佑

（1.广东隆兴包装实业有限公司，广东潮州 515638；2.顺德职业技术学院，广东顺德 528300）

曲面印刷装备的现状及发展趋向*

王贤洵1，乡碧云2，王昌佑1

（1.广东隆兴包装实业有限公司，广东潮州 515638；2.顺德职业技术学院，广东顺德 528300）

综述了曲面印刷设备的概念和技术发展现状，分析了曲面印刷设备未来的发展方向和方法，基于研究和应用高速表面凸版印刷机器，创新新一代数字设备的核心集成技术，改变高速表面凸版印刷机械行业外国发达国家垄断的现状，改变国内低效高耗、劳动力昂贵、自动化程度低的现状，实现表面丝网印刷油墨覆盖设备产业升级，建立工业优势，积累和增加国内高端印刷设备的技术能力和市场竞争能力。

曲面印刷；产业优势；油墨污染；核心技术

0 前言

最早的印刷技术是基于平面印刷设计的，随着包装产品的设计追求多种形态，对印刷设备也提出了相应的要求。曲面印刷装备是印刷装备的一种，其特点是应用于曲面物体上印刷而非平面上印刷，主要应用于圆柱、锥面、罐面、圆柱瓶盖等物品表面上印刷字体和图案等。曲面印刷方法来源于平面印刷，但又有其特别要求，因此，曲面印刷设备的发展与平面印刷设备的发展息息相关又有自身的特点。本文综合介绍了曲面印刷设备的现状，对世界现有各种先进印刷设备优缺点进行分析，以期寻找出曲面印刷设备未来发展的方向和方法。

1 曲面印刷设备的分类和现状

印刷设备按照印版工艺可分为丝印和版印，版印又可分为凹版和凸版；按照可印刷颜色分类有单色机和多色机；按照操作方式分类为手动、半自动、全自动。

单色手动机属于最低端设备，价格低廉，一般只需万元左右，适用于印刷单色字体的简单场合；由于价格低廉且简单易用，在很多家庭式作坊企业仍大量采用。

半自动多色（一般2色或4色）机属于中等偏低档次设备，价格一般在几万元至10万元内，能印刷几种颜色字体对品质要求不高的场合。

自动多色（一般4色至8色）机属于高端产品，价格10万元以上，最高的进口设备价格达千万元，能满足各种印刷要求。

由于丝印设备价格低廉，且使用历史较长，目前国内印刷设备仍然以丝印设备为主流，同行对圆柱形瓶盖的表面彩印广泛采用曲面丝印模式[1]。国内圆柱形瓶盖曲面丝（网）印设备主要厂家集中在广东珠三角地区的东莞市、深圳市以及浙江省、香港等地。丝印设备虽然价格低廉，但存在效率低、操作难、人工多、故障率大等缺陷，极大制约该类设备的发展，一些高端企业要求选择更好的印刷设备，凸版曲面印刷设备能较好地解决曲面丝印设备的不足，已经成为高端凸印设备的发展主流，目前中国有能力生产圆柱形凸版曲面印盖机只有香港、台湾个别厂家，而大陆尚未有正式的曲面凸印设备生产厂家；国际上意大利、美国、荷兰、瑞典等发达国家一直是曲面印刷机设备的全球装备及技术领导者，如荷兰多福（VAN DAM）公司、美国波利太浦（POLY⁃TYPE）公司、意大利安色（Omso）公司等三大曲面印刷机制造知名企业，它们开发、生产的装备代表当今国际最先进曲面印刷机设备的技术水平。

凸版曲面胶印模式的圆柱形曲面印盖机在全球范围内生产制造企业甚少，其先进设备仍旧被国外发达国家所左右，设备价格十分昂贵，如意大利进口6色瓶盖印刷机（型号：event400，印刷速度400 p/min）每套折算人民币就高达1 200多万元，一般企业很难具备购买能力。

目前国内一些印刷设备企业开始研究具有自主知识产权的国产凸版曲面胶印设备，多项技术已取得很大突破，2012年广东省部产学研项目“高效环保的高速凸版曲面印盖机”研发的UV油墨及光油二次印刷、二次固化技术的凸面胶版曲面印刷设备，已经达到300 p/min印刷速度，接近国际先进设备水平，预测加工约为进口装备价格的1/10。该设备一旦取得成功形成批量生产，将大大改变目前国内企业的装备水平、提高生产效率。

2 目前国内外各类曲面印刷设备的分析

（1）丝印曲面印刷装备因价格低廉，目前国内使用最广泛，其优点是价格低廉，但缺点是显而易见的：首先是印刷速度低，最大速度只有4 000～5 000 P/h，而意大利event400的印刷速度400 p/min，即24 000 p/h，相差5～6倍；其次是操作难，由于自动化水平低，需要操作工人经过较长时间的训练才能熟悉掌握；印刷质量差、故障多等也是该类设备的显著缺点。

（2）凸面胶印曲面印刷装备，使得印刷速度得到极大提高，意大利的印刷装备可以说是代表了目前世界的最先进水平，最大速度可达24 000 p/h。但也有其缺点，首先是价格昂贵，一般中小印刷企业难接受；设备的自动化水平高、技术含量高既是优点同时也是缺点，需要企业有较高层次的技术人员来管理，这也是目前国内大部分印刷企业无法做到的，从而限制了其推广应用；印刷过程同样存在油墨粉尘和气体挥发污染环境问题，目前仍未得到很好解决。

3 曲面印刷设备发展方向及一些前沿方法

综合分析国内、国际曲面印刷设备的状况和优缺点，认为曲面印刷设备的发展方向必须在价格和性能上取得突破和平衡，才能为市场所接纳，获得更广泛的应用。

（1）手动、半自动设备由于价格极其低廉，在对印刷品质要求不高的场合仍然能得到采用。但随着劳动力成本的增加，企业逐步归于规模化，且消费者对产品设计和包装越来越重视，产品企业对包装印刷的质量要求越来越高，家庭作坊式包装印刷将逐步被市场淘汰，简单的印刷设备占有的市场份额也将越来越少。同时由于其技术含量较低，价格低廉，产品发展成熟，不可能有新的突破，基本没有太多的研究和改进价值。

（2）数控自动化高速印刷设备将是未来发展的主流，价格在百万元等级、性能接近国际先进水平、采用凸面印刷方式将是未来曲面印刷设备的最佳发展方向。需要从如下几点进行研究。

1）首先价格水平要定位准确，按照目前发展中国家的人工成本，如果设备价格太高，如进口的产品价格达千万元，从企业投资效益比较很少企业能够接受和采用，百万元等级是较为合理的；

2）按照性价比原则，印刷效率和速度需要较目前普通的自动印刷机（目前丝印自动印刷设备最大印刷速度一般在3 000～3 500 p/min水平）提高5倍以上，也就是说需要达到15 000 p/min以上的印刷速度才具备性价比优势；印制、固化、上光等工艺环节要在一套设备上自动完成，不需人工参与。

3）印刷质量较目前产品要有本质的提高。

4）设备质量（可靠性）要有本质的提高。

（3）在工艺技术上要解决环境污染问题，尽量减少油墨对环境的污染。社会对日益突出的环境污染问题越来越重视，法律法规对职业病防治要求和成本越来越高，劳动者对自身的健康越来越重视等因素，必然要求生产环境越来越环保。由于印刷过程必须使用油墨、油漆等化学产品，环境污染必然存在，如何尽最大可能较少环境污染或者减少生产过程对劳动者的健康影响，是新型产品研究和设计必须重视和重点考虑的一部分。通过优化工艺环节，减少环节或把多个环节封闭于一体是解决工艺过程环境污染的最好方法。2012年省部产学研重点项目“高效环保的高速凸版曲面印盖机”就特别注意环境保护的研究，研究人员通过研究发现传统的丝网印刷采用的是挥发性油墨，这种油墨有快干的特点，但由于其易挥发性，容易产生空气污染问题，产生化学污染，严重危害工作人员身体健康。在新一代环保机研制中，采用UV油墨印刷，几乎达到无污染，从而解决环境污染问题。

（4）采用UV油墨印刷虽然解决了环保问题，但必须解决油墨固化，才能进行下一个印刷颜色，对多色印刷存在：印刷-固化-印刷-固化的一系列工艺过程，如果在解决了环保问题后不解决工艺问题，势必影响印刷效率。如果对这些工艺过程进行简单的加法组合，势必需要设计很多传动机械，就会造成设计的机器机械结构复杂，影响设备可靠性。研究团队经过深入研究，创新设计出“UV油墨及光油二次印刷、二次固化”的多工位同步传动系统，形成新一代同类设备的核心传动框架技术，从根本上解决了目前国外先进的圆柱形曲面印盖机都存在的印刷后需要进行上光、再固化流程冗长，从而造成效率低、过程能耗大、增加工序人员、增加设备（烘干隧道装置）的难题[2-3]。

（5）采用版印技术代替丝网印刷技术，传统的印刷是以丝印为主，在单色印刷中丝印机由于价格优势仍然有一定市场。随着市场的要求越来越高，包装印刷正向多色发展，目前市场上丝网印刷最大能实现5色印刷，在多色印刷过程中，丝网印刷难以解决套色精度的问题决定了其在多色印刷技术发展中的发展前景；同时丝网印刷工艺过程是一色印刷后需进行固化处理再印刷下一色的过程，对多色印刷来说需要很多重复的工艺设备，造成印刷速度限制，目前最先进的丝网多色自动印刷机最大印刷速度也只能达到5 000 p/min，几乎是极限值。因此，目前多色高效高性能的印刷机都是采用版色印刷技术，版色印刷可分为凸版和凹版。

（6）解决超多色（8色以上）印刷难题，目前较先进的印刷设备也只能8色印刷，不能满足一些高端印刷的需求；现在国内不少厂家与研究院正在研制9色及以上的高端装备。

（7）采用电脑控制系统代替传统的PLC控制器，将有助于解决一系列的工艺控制难题。目前的丝印全自动印刷机，由于技术性能限制，在价格上一般定为在10～20万元，因此在选择控制系统时必然受到价格因素的限制，无法采用价格较高性能优良的数控系统，大多采用PLC或非专业数控系统，在自动化程度和可靠性方面均受到影响，从而影响整机的质量。在发展高端印刷设备时，由于价格定位较高，控制系统应该选择高性能的专业数控系统作为控制核心，既保证控制性能又提高整机的可靠性。

4 新一代曲面印刷装备的示范应用

“高效环保的高速凸版曲面印盖机”项目通过研究开发出UV油墨及UV光油的二次印刷、二次固化的多工位同步传动系统新一代核心传动模式，以及具有高效、快速的送料、消除静电、检料、出料、排障功能的圆柱形印件输送检测系统，并以精确数显基座多向调节系统、快速UV光油印刷及固化系统、高效UV油墨传墨系统等技术改造装备的印刷固化系统，形成对圆柱形曲面胶印印盖机装备的传动系统、输送检测系统、印刷固化系统等三大系统的自主创新技术，同时实施装备关键影响因素的核心技术分析系统，最终实现研发装备的高速、高效、自动化运行和承印产品质量稳定等特征，使装备印刷速度达到18 000个/小时，印刷颜色最高9色，装备技术达到国际先进水平，在国内外高速圆柱形瓶盖凸版曲面胶印装备领域形成新一代的自主核心技术[4]。在技术性能上接近世界先进水平，在价格上实现百万元级别，具有极大的市场优势。

［1］王子美，刘瑞芳，唐正宁.柔性版印刷：原理与实践：第一卷［M］.北京：化学工业出版社，2007.

［2］王贤淮，陈忠，王昌佑.锥形塑杯曲面胶印机印刷差速分析与鼓轮设计［J］.现代制造工程，2009（6）：129-131.

［3］范达姆机械有限公司.用于印刷锥形物体的印刷设备：中国，200380108498［P］.2006-02-15.

［4］王贤洵，王贤淮，王昌佑，等.高速凸版曲面印盖机同步传动系统的开发［J］.顺德职业技术学院学报，2013（13）：1-4.

The Current Situation and Development Trend of Curved Surface Printing Equipment

WANG Xian-xun1，XIANG Bi-yun2，WANG Chang-you1
（1.Longxing Packaging Industrial Co.，Ltd.，Chaozhou515638，China；2.Shunde Polytechnic，Shunde528300，China）

Summarized the concept and technology development situation of surface printing equipment，analyzed the development direction and method for surface printing equipment in the future.Based on the research and application of high speed surface relief printing machine，innovating new generation digital equipment at the core of the integrated technology，to change the high speed surface relief printing machine industry monopoly by foreign developed countries，realized screen printing ink cover surfaces contaminated equipment industrial upgrading，established industrial advantages， accumulating and increasing domestic high-end packaging equipment technical ability and the market competition ability.

flexographic printing；industrial advantages；ink contamination；core technology

TS803

A

1009－9492(2014)02－0001－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.001

王贤洵，男，1977年生，广东潮安人，工程师。研究领域：曲面胶印机的机电一体化技术。

(编辑：阮 毅)

*广东省部产学研项目（编号：2012B091000001）

2013－10－22