包装设计与激光加工技术应用探析

禹 典

(郑州工程技术学院 文化遗产与艺术设计学院,河南 郑州 450044)

包装设计(Packaging design)通过应用包装设计的原理、材料选择、图形设计、色彩搭配、印刷技术等方面的知识并结合现代制作加工工艺技巧,设计出创新性的商品包装容器结构和外观装饰,有利于促进商品的销售。

激光加工技术(Laser processing)已广泛应用于激光通信、激光测量、激光手术、激光加工等领域,并逐步融入经济、社会、军事的方方面面,是现代的最新科技之一。激光与器物加工相结合,构成了多种类型的激光加工技术,成为现代一种非常先进的制造技术,并产生了多种高效激光加工设备。这些设备和技术为优质精准、高效快捷、绿色环保和低成本的生产制造开创了广阔的发展空间。

激光加工技术与生产领域的互相渗透已成为世界性的发展趋势和必然。激光加工技术目前也已广泛应用于艺术设计领域。作为一个新时代高科技技术的代表,激光加工技术在包装设计领域的应用也越来越广泛,越来越深入。

一、包装设计的内容特点和应用现状

包装设计隶属于工业设计领域,与其他工业设计门类一样,是当代社会文化和经济发展的缩影。在今天的中国,随着经济的高速增长和与国际交流的频繁往来,时尚包装已成为人们追逐的对象,体现各种群体的独特情感需求。包装设计是一种创造性思维和实践活动,旨在通过美学原则的运用,融合传统文化元素和现代潮流,运用各种材质和空间想象力,结合立体设计和艺术创造方法,设计出占有一定空间并具有实用价值和美感效果的容纳结构。同时,包装设计也是结合了市场营销、消费心理、材料工艺、高科技、健康环保、立体和平面设计、人体工程学和工业技术美学等多种元素的复合产品。

当前,包装设计的应用已经非常广泛。不同的企业或产品理念,使得包装设计的风格也有所不同。以年轻人为主要消费群体的产品,其包装设计通常会更加时尚、个性化;而以高端消费为主要市场的产品,其包装设计则通常更加注重奢华感和品质感。

二、激光加工技术的内容特点和应用现状

激光加工技术的加工原理是利用激光器发射出的高强度、高亮度、方向性好、单色性好的激光,通过反射镜、透镜的聚焦,形成平行度很高的微细光束,照射在材料上,当激光束能量密度达到一定程度时,材料会极快地熔化或汽化,待材料表面的固态熔渣或汽化物剥离后,便形成所需形状的加工件。激光加工技术借助电能、光能,通过对激光能量的控制和调节以实现对不同材料进行加工,属于特种加工,主要包括激光切割、激光雕刻、激光画线、激光焊接、激光打孔、激光打标等技术加工方法。加工特点为高精度、高效率、高质量和无接触损伤等。激光切割是利用激光束的高能量和高可控性,对金属、木板、塑料、纸板、皮革、纺织品等材料进行高速度、高精度的切割;激光雕刻是通过激光束对物质进行高精度的雕刻,可以实现文字、图像等的加工,可以在木板、塑料、纸板、皮革、纺织品等材料的表面上雕刻,也可以在玻璃、水晶、塑料、有机玻璃等透明材料的内部进行雕刻;激光画线则是使用激光束在材料表面绘制直线、曲线等;激光焊接技术是利用激光束对金属、塑料、陶瓷等材料进行加热和熔化,使其形成高质量的焊接接头;激光打孔是通过激光束对物质进行高速、高精度的打孔,可以实现微小孔径和高孔密度;激光打标通常是使用激光束将图案、文字或代码等信息刻印在物体表面上。激光切割、激光内外雕刻、激光画线、激光打标广泛应用于艺术品制作、艺术首饰打造、礼品定制、珠宝加工等艺术设计领域。在推动制造业和艺术品生产领域的发展和创新,助力艺术设计作品实现的过程中,激光加工技术的应用已经成为一种趋势[1]。

三、包装设计与激光加工技术的结合应用

包装设计的类型有三个方面:包装结构设计、包装容器造型设计、包装装潢设计。包装结构设计主要是盒状结构,一般使用的是平面包装材料;包装容器造型设计用于各类瓶装物的设计,主要使用的包装材料有玻璃、塑料、金属等;包装装璜设计主要集中在商标、文字、色彩、版式、形体、形态等范畴,这在各种包装材料上都可以展现出装潢效果。

笔者主要从创意设计与技术两个层面呈现激光加工技术对包装设计产生的影响,据查阅相关资料,目前包装设计领域所涉及的激光加工技术可分为二类:二维激光加工技术和三维激光加工技术。二维激光加工技术是指切割、画线、雕刻、打标平面图案、图形、文字和Logo,三维激光加工技术是指在水晶、玻璃等透明材料内雕出具有立体效果的图案、图形、文字和Logo。

(一)包装结构设计与二维激光加工技术的应用

激光切割、画线、雕刻技术非常适合运用到平面包装材料上。使用CO2非金属激光切割机进行加工,其原理是极高能量密度的微细激光束通过一系列的光学系统聚焦在包装材料的表面,使表面层在极短的时间内被物理熔化甚至汽化,用空气压缩机形成的高压气体将熔化或气化的残物从切缝中吹走,从而在包装材料表面留下光滑而质感精美的标记、图案、文字。这些标记、图案、文字的设计可以通过常见的设计软件:1.coreldraw,常用的平面设计软件;2.Photoshop,无可替代的图形图像处理软件;3.Adobe Illustrator,机动灵活的设计帮手;4.AutoCAD,二维处理能力突出;5.ArtiosCAD,非常全面的结构设计软件。通过设计软件完成后,以dxf格式保存,然后导入激光加工设备配套的软件系统,在计算机上根据包装材料的特性选定激光参数、加工路径数据,控制激光束的有效位移,精确地输出可识别的加工数据。由于激光具有单色性好、方向性强、相干性高、发散角小、能量高、密度大等特点,用于平面包装材料加工时,具有比传统工艺速度快、精度高、切割切口光滑、切缝窄、曲线拟合精确平滑等特点。CO2非金属激光切割/雕刻的加工工艺有矢量切割和点阵扫描(雕刻),根据加工工艺参数不同可分为画线法、切割法(镂空法)、浅雕法、深雕法。

(二)包装容器造型设计与三维激光加工技术的应用

三维激光加工技术一般指的是激光内雕技术,使用三维建模软件来设计出具有立体感和层次感的图案和纹理,也可使用三维相机取得人物和自然风景建立模型,然后将模型生成点云数据后导入激光内雕机操控系统中进行加工,由于使用的材料是水晶、玻璃等透明材料,激光束穿透材料,由计算机控制高度定位空间位置,使材料产生巨细的汽化爆裂点,以微细白色的点将图案、图形、文字和Logo构成绚丽多姿的立体画面。激光内雕技术在包装容器造型设计上的应用主要是各类高级瓶装酒类、饮料、香水产品容器。选用激光内雕技术:一是提高产品的层次,增添个性化的风格;二是提升产品装饰效果,增强一定的高档感和吸引力;三是有效防止串货和伪造,增加产品的信誉度。

(三)包装装潢设计与二维激光加工技术的应用

包装装潢设计是根据产品特点、视觉结构、市场需求等因素,创意设计外包装的装潢装饰,以吸引消费者的注意力,增加产品的附加值和识别度。设计者可以使用二维绘图软件设计出各种图案、图形、文字和Logo,然后将它们导入与激光加工设备相配套的加工软件中,使用激光打标机或非金属激光切割机通过计算机控制激光束高精度定位,分别采取激光打标、画线、切割、浅雕、深雕,在包装材料上实现非常精细的标刻、雕刻和切割,可以刻印产品防伪标志或二维码,清晰且不易磨损。从美学角度上,激光灼烧形成的色泽具有独特的视觉表现力,可形成标志性的造型语言,从而让包装具有更加精美的魅力效果。[2]

(四)包装设计对激光加工技术的应用趋势

随着经济的发展,品牌的个性化形象越来越受到消费者的关注和追捧,激光加工技术也更频繁地应用在包装结构设计、包装容器造型设计、包装装潢设计中。包装设计通过图像、图形、色彩、字体等元素的有机结合,提升产品的视觉吸引力和品牌形象,而激光加工技术则为包装设计产出更多元、更具创意和个性化的设计效果提供更多的可能性。传统的包装设计主要依靠印刷、拼贴等手段实现视觉效果,这些手段的局限性在于无法实现复杂的几何形状、纹理、雕刻等效果。而激光加工技术则能够根据设计者的需求,精确地把包装材料切割出各种形状,如圆形、三角形、多边形等,同时还能够在包装材料上雕刻出各种细节,如品牌字体、图案、图像等。这些效果不仅能够增强包装设计的立体感和质感,更能够为品牌塑造独特的形象和个性,提升品牌的价值和竞争力。

除了产生设计效果外,激光加工技术还具有非常独特的实用效果。实际生活当中的一些塑料软包装袋,虽然设计了三角开口,由于手滑还会出现无法撕开的状况,身旁又没有锋利的工具,这样给人们带来了很大的不方便,有一款激光设备利用激光的画线功能在复合薄膜上划出易撕线,只断开一层而不损坏整体薄膜,包装袋可以整齐地轻松撕开。如今,激光加工技术画线功能已广泛地使用在各种包装的开口上,主要是零食塑料包装、乳制品等各种饮料软包装,设计风格各不相同,有按照包装上印刷图案的轮廓来画易撕线的,也有随意的按自由组合图形画易撕线的。随着技术的不断进步和创新,激光加工技术在包装设计领域还会具有更大的应用前景。

四、包装结构设计与二维激光加工技术完美结合的设计手法

与激光加工契合的包装材料种类很多,如纸、布、皮革、橡胶、泡沫、金属、玻璃、塑料、木材、陶瓷等。纸、玻璃、塑料和金属是构成现代包装材料的四大支柱。这里以运用激光加工技术制作包装结构设计——纸盒结构设计为例进行讨论。

很快，市民卡结算在2014年已经延伸至医技科室、停车、院内购物、院内就餐等所有收费环节，实现“全院通结算”。

包装结构设计主要是纸盒结构的设计。纸盒采用不同的形状,如正三角锥体、五棱锥体、圆筒柱体、圆锥体、圆台造型、异形造型等;结构采用翻盖式、抽屉式、折叠式等;材料一般使用卡纸、瓦楞纸板、艺术纸等纸板材料;纸盒的颜色根据产品特性和品牌风格来设计,有单色、多色、渐变色等;制作方法是利用盒型设计软件进行平面图形结构设计,按照设计图形首先在纸板表面进行刻划痕条,然后模切,再采用对折、按压、折叠、翻转、穿插、粘贴等多种手段,让纸板表面产生凸凹变化,使得原本平面的纸板转化成了立体的形态,形成一个精巧的空心三维造型。

把纸盒结构设计进行实物化效验,对于设计者检验纸盒结构设计尺寸的合理性、准确性非常重要。传统的制作方法是使用手工打样,需要准备铅笔、直尺、丁字尺、三角板、量角尺、圆规、曲线板、曲线尺、裁纸刀、剪刀、橡皮擦、双面胶等工具,在纸板上进行尺子划线,剪刀裁线,立体展示。如果设计盒型独特复杂,盖板有镂空、有复杂图案的元素,往往不易达到理想效果。借助激光加工设备进行制作,可以轻而易举地替代以上所有手工打样的工具,快捷方便便地呈现创意实物。

纸盒的外观形象设计需要有一系列的图像、图案、文字、Logo等要素,用以强化品牌形象,提高品牌辨识度。设计时虽然可以在电脑软件上进行排版展示效果,但无法展现实际效果。这时便可利用激光加工设备的画线、雕刻功能将图像、图案、文字、Logo的黑白构成以实物形态表现出来。这是包装设计创意与科技技术的完美融合。

目前在包装印刷产业领域里,已经实现了使用激光模切多种类、小批量、版型复杂或异形纸盒的制作。激光模切主要是通过激光束在被加工包装材料表层进行快速聚焦使加工材料蒸发来实现的,当材料被激光穿射至定深度后以一定的速度移动激光束暴露出加工物体深层物质,即可形成激光切缝或者激光雕刻效果。完成加工作品需要考虑多个因素,如激光功率、速度、焦距等工艺参数。同时还需要注意材料的特性、厚度,以及加工后的检测和质量控制。对于纸质包装,如果对于压痕无特殊要求则可以通过打龙方法(在模切纸材上打出系列连续的细孔),或去除材料的激光描线方法代替压痕。

(一)纸盒设计及制作要素

纸盒结构设计的造型方法虽然多种多样,但都是先在电脑上根据激光加工技术的工艺特点,设计不同风格的激光加工创意图案,使形状和文字都相对简单的纸盒与激光加工技术巧妙结合,提升纸盒的外观,使其更具视觉和质感的吸引力。

1.运用激光加工技术的几个设计元素

(1)盒盖开窗造型设计是纸盒结构设计中很独特的设计方法。采用激光加工切割法(镂空法)进行开窗,可以吸引消费者观看到商品引起购买欲望。在“窗”的造型上,使用极具表现力的中国传统镂空艺术,不仅视觉上给人以通透的感觉,还具有新颖的装饰效果,在开窗元素上,运用产品形象、标志、吉祥物等与产品相关的图形。

(2)文字是纸盒结构设计中不可缺少的元素。文字在包装上的介绍通常需要考虑到多个因素,包括但不限于品牌名称、产品名称、产品描述等信息,这些信息需要在有限的空间内简明扼要地呈现出来,以便消费者能够快速准确地了解产品的特性和用途。一般的文字描述可以采用激光描线法实现,而位置醒目的主体文字,则可采用激光浅雕法以突出产品视觉效果。

(3)图案、Logo是纸盒结构设计中最亮丽的元素。以黑白构成的图案或圆形、三角形、方形等几何形等构成的Logo,可采用激光加工描线法画出流畅自如的线条、生动个性的图形,搭配后期合理的手绘色彩展现生动效果,也可采用浅雕法直接将图案、Logo呈现出轻微烧灼的焦黄色,如同版画一般,形成独具一格的高级感又展示出科技、时尚元素。

2.纸盒制作程序

(1)图文设计。在Coreldraw、CAD或其他软件中设计各种类型的纸盒结构,根据产品的需要,按照包装设计的“创意思维”“审美法则”和激光加工技术能够实施的功能进行绘制,设计尺寸以mm为单位,设计比例11。

(2)输入加工控制软件。将设计纸盒结构的展开图以dxf格式导入与 CO2非金属激光切割机相配套的控制软件上,先核对尺寸,保证加工范围小于激光切割机工作台面,然后删除重线,根据四种加工方法:画线法、切割法(镂空法)、浅雕法、深雕法选择相对应的图层,可用黑色、红色、绿色、蓝色代表不同的图层。

(3)加工参数设置。在每一个图层设置相关加工参数速度、功率、加工优先级等。其中速度、功率的准确设置非常重要,根据设计纸盒使用的纸板厚度,通常为0.3～1.1mm[3],速度、功率(总功率的百分值)的大小匹配需要先进行实测效果,经过对比选定最终数据。见表1。

表1 纸盒展开图激光加工设置参数

(4)设置加工路径数据,进行加工仿真预览。

(5)检查装有控制软件的电脑与 CO2非金属激光切割机连接完好,放置纸板于激光切割机工作台面。为保持纸板的平整,可在边缘用胶带粘贴或压重物等方式使其展平,使用对焦块对纸板进行焦点调整。点击“走边框”按钮,选择纸盒展开图形的位置,点击“开始”按钮启动加工。

(6)加工后期处理。加工完毕后,拿一直尺沿着描线的方位进行折叠、翻转,成为立形盒体,经过加工后的图像、图案、文字和Logo呈现出烧灼的焦黄色,虽然具备了时尚、科技感,但色彩在包装设计中是最为活跃的视觉因素,能够吸引消费者一目了然,激光加工出的单一颜色无法替代色彩所传达的信息,可以在加工出的图形轮廓上进行色彩搭配,原图与色彩之间相互配合,相互补充,相得益彰,可以提高纸盒个性化和识别性。

3.应用案例分析

小熊牌手提式小蛋糕包装纸盒设计制作,运用coreldraw或者AutoCAD软件进行设计。纸盒的结构采用15cm×15cm×15cm四方体的设计,顶部纸面设计两个对称的U形提手,提手切割后翻转折叠与顶部一般不断连,翻转后形成了开窗状态,开窗可以展示内装蛋糕的状态,吸引顾客的注意引发购买欲望,达到销售功能,开窗处需要粘贴上食品保护PVC透明胶片。顶部纸面与前、后板、端板、底板不断连,前板与底板的连接,不采用传统的黏合,而是前板粘口与底板粘口的互插锁口搭接。两端板为蛋糕的出入口,在两端板分别设计2个摇翼,在前、后板的摇翼折线处分别设计与端板摇翼长度一致的扣插锁口,轻松打开或关闭盒子。盒子前板左上角设计蛋糕的品牌小熊图案或文字来装饰,可采取描线、浅雕法,来增加品牌的认识度,右上角设计“福”字图案。采取切割法(镂空法),背面粘贴上食品保护PVC透明胶片。两端板文字标明蛋糕取出处,生产日期、保质期等相关信息,设置为描线法进行实现,在盒子的四面上设计出一些蛋糕轮廓线,加工完毕后,添加手绘色彩渲染。

设计完成后,按照上述制作程序,采用高品质的白色纸板制作,表面光滑、无毛刺、无异味,厚δ=0.8mm,使用CO2非金属激光加工设备,功率200W,参数设置见表2。

表2 手提式小蛋糕包装纸盒激光加工设置参数(δ=0.8mm)

五、结束语

包装设计作为现代设计领域的重要分支,已经越来越受到人们的关注。随着市场的竞争日益加剧,包装成为一种传媒语言,企业对于产品包装的重视程度越来越高。应用激光加工技术可以为包装行业带来技术革命,特别吸引个性化、私人定制的消费者群体。设计者的包装设计创意,可以借助激光加工设备简便、快捷、精美地呈现具体实物,展现出设计效果。应用激光加工技术雕刻出的色彩比较单一,比如画线、扫描出的是烧灼的焦黄色元素,内雕出的是白色画面。这些配色显然无法与印刷出的五彩缤纷色彩相比,但可以与后期的手绘色彩进行搭配,从而做到尽善尽美。