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数码喷墨印刷在瓦楞纸箱行业的应用探讨印刷机事业部 毕洋基

    在今年3月份和4月份的两次国际瓦楞行业展会当中,涌现出相当一批喷墨印刷设备制造的国内外厂家,包括有国外的HP、KODAK、BOBST、EFI、Scodix,国内的汉华、京山、万德、彩神、泰威、新景泰,还有在此次展会一炮打响的我们东方精工携手希望机械的赢联数码。为何数码喷墨印刷在此次瓦楞展会中犹如雨后春笋般出现呢?

    现今社会,随着消费品市场的日趋庞大,各类产品的形象设计,品牌文化在人们的消费观念中扮演越来越重要的角色。包装产品质量要求不断提高,包装的价值变得与产品本身的价值同等重要。喷墨技术在包装印刷领域的应用,使制造商能够通过对其产品的包装展示来提升品牌价值,满足消费者的需求。产品包装不光要求外形好看,还必须为制造商提供向消费者展示可变信息内容的可能。此外,市场还会要求包装印刷厂能够提供低成本的生产样品及少量的试销产品。传统印刷方式在这种短版活生产方面显然成本过高。因此,越来越多的包装印刷企业看到了喷墨技术在包装领域的优势,运用其在诸如塑料瓶、金属箔片、个性化瓦楞纸箱及异形瓦楞纸盒,标签等不同包装上直接进行高质量的印刷。

    谈到数码喷墨印刷,不得不与目前主流的传统柔版印刷方式相对比。数码印刷没有起印量的限制,有着灵活、印刷环节简化的优势。不过,目前普遍使用的数码印刷设备,在产能上远远不及传统印刷,成本也相对较高,同时,在品质上也与传统印刷的效果有一定的差距。因此目前,传统印刷仍然占据了绝大部分印刷市场。

    而数码喷墨技术的出现,则以其飞跃性的创新,突破了传统印刷的局限,可望大大拓宽数码印刷的市场。下文从印刷灵活性、印刷品质、环保、介质适应性、效率与能耗等几个方面来对数码喷墨印刷进行分析。


一、可变印刷灵活性

    目前传统印刷厂商竞争日益激烈,利润率下降,从订单确认到交货的印刷时间也越来越短。


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图1 传统制作的限制及瓶颈


    如果客户要求一个新的包装,如图1所示,在有限成本下去设计样版,如果在设计上受到挫折的话,还要进行第2次制作,打出的样版最后到审批阶段遭到否定的话,还要重新设计。因此,一个新产品是不可能短时间完成的,按照目前流程要完成样本的设计并通过验收至少需要半年时间。假如能缩短这个周期时间,让新产品很快投入市场的话,那么在同行中就具有很大的竞争力了。

    与传统印刷方式相比,数码印刷最大的优势就在于它的灵活性。数码印刷无需制版,更换印刷图案极为方便,没有起印量的限制,省去传统印刷的所有印前流程。传统印刷方式在这种短版活生产方面显然成本过高。而喷墨印刷工艺简单、生产周期短,印刷时只需应用计算机将原稿图文信息转换成所要输出的信号,通过输入装置输入印刷机的主存储器,或将存有图像、文字和版式程序的磁盘插入计算机。启动喷墨印刷装置,即可快速进行印刷。既不需要胶片,也不需要印版,还可以随时添加和更改印刷信息,省去了复杂的制版、拼版、拷贝和晒版等工序,印刷成本较低。

    按需印刷可以极大地适应市场的变化,并减少印刷行业的浪费。有了可变印刷,印刷企业可印刷少量产品投放市场,如果销路好,便可立刻增加产量,根据客户的需求再次印刷,减少很多浪费。目前在欧美一些人口相对较少的国家,按需印刷已经比较普及。

    此外,喷墨印刷从墨水、软件和输出设备的技术上,彻底解决了无涂层介质直接输出的技术问题。使产品可完全模拟传统胶印及数码印刷的效果,它兼容现市场主流介质,直接输出且即打即干,灵活快速打印,简化印前出样繁琐流程。印刷图案色彩靓丽丰富,效果逼真,图像防水,防晒,耐磨损,不褪色,操作简单方便,印刷图像速度快,完全符合印刷工业标准。因此,可广泛应用于丝印特印行业、礼品加工行业、标牌标识行业、装潢装饰行业、个性印刷行业等等,应用领域非常广泛。


二、印刷品质

    喷墨印刷图像要求色彩鲜艳饱和、层次丰富细腻、细节清晰。在分辨率和清晰度、阶调、色彩和灰度再现方面有专门的要求:

1)分辨率。

    喷墨印刷图像分辨率是图像再现细节的能力,表现为单位距离内的墨点数量,通常以ppi表示。清晰度是图像清晰度程序,通过影像边缘进行比较和判断,也可以通过线条边缘模糊度量化。分辨力高的图像,清晰度也相对高。喷墨印刷图像的分辨率主要取决于图像加网,网点大小受到输出设备和承印材料的制约。目前打印设备的分辨率已经达到相当高水平,例如Epson打印设备的分辨率达到6440ppi,HP打印设备的分辨率达到7220ppi,记录点直径最小可以达到2-3微米。

2)色彩表现力。

    喷墨印刷色彩要求尽量接近原稿或自然景物。色彩再现受到光源、输出材料、输出设备的影响。喷墨印刷使用的油墨多达8色,有的甚至达到12色,并且有专门的色彩管理系统,色域远远超过传统印刷,色彩表现能力很强。 

3)灰度再现。

    阶调是指图像明暗或颜色深浅变化的视觉表现。喷墨印刷图像要求阶调丰富,层次过渡均匀,暗调有足够的密度,亮调通透。在各阶调区域上黄品青三色油墨按照不同网点面积比例叠印形成灰色,这套网点面积比例数据就是一定条件下的灰平衡数据。

    喷墨印刷可以多级灰度喷印,目前可多达8级灰度打印。如图2所示,灰度打印是指在同一个喷嘴里要喷出不同大小墨滴的功能。它的实施方案一般是在同一喷嘴里,通过控制压电体的振动,在间隔很短的时间内接连喷出一个到多个小墨滴,小墨滴在脱离喷嘴之前把数个小墨滴溶成一个大的墨滴。

    在打印有深浅过渡的产品时,灰度功能与打印质量关系密切。因为,在二态(只有一种大小墨滴)打印模式下,当需要打印更浅的区域时,只能够减少打印的点的密度(dpi)来实施。但是,如果有灰度功能时,可以通过喷出更细的点来实施,这样保证了图像的像素(dpi)不变。所以,用灰度打印的图片一般层次比较丰富,深浅过渡自然,比较迎合当今追求高清、立体感的市场需求。


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图2 喷头打印灰度


三、绿色环保更胜一筹

    随着时代的发展和人们对低碳环保的关注,绿色环保的概念越来越受到行业的重视。与传统印刷和数码印刷同类设备相比,的喷墨数码印刷技术在环保上有着无可比拟的优势。

    首先,从印刷耗材上看,传统印刷的油墨大多含有对环境不友好的物质。我们日常看的书报,都带有一些味道,这些味道往往是有机溶剂挥发时产生的。同时,传统印刷除了油墨之外,还需要用到版材,在制版和版材使用的过程中用到大量其他耗材,也产生了大量的废液、废渣等。

    相比之下,喷墨数码印刷在流程上非常简洁,它不需制版,从操作上简化了环节;同时,在整个印刷过程中用到的耗材也非常单一,只需要墨水和涂层,在喷墨印刷中采用水性墨水或弱溶剂墨水,与传统印刷的油墨、激光印刷的碳粉以及目前一些其他喷墨印刷技术所采用的油墨,如溶剂型油墨、UV型油墨等相比,水性墨水可说是目前印刷所用到的所有成像耗材中最环保的一种。独有的纳米级墨水,能够保证喷印质量更高、不易褪色,且稳定性非常强,兼具环保优势。同时,数码喷墨技术的连续喷墨原理,可完全回收墨水并循环利用,减少油墨耗材的用量。

    除了生产流程上看到的数码喷墨印刷的绿色前景和低碳优势,考察整个印刷产业链条,数码印刷的优势就更为明显。采用喷墨技术进行可变印刷,印刷行业可采用可变印刷和按需出版的方式,在减少印刷行业碳排放上的前景也非常广阔。传统印刷的成像和定影过程中,会产生油墨溶剂的挥发,带来相当多的废气;而激光数码印刷由于有电解空气的过程,也会产生臭氧等不友好气体,往往需要安装单独的排气设备。而喷墨印刷则完全不需要这些环节。

 

四、介质适应性

    喷墨墨水是一种要求较高的专用墨水,必须具有稳定、无毒、不堵塞喷嘴、保湿性和喷射性好、对喷头等金属物件无腐蚀作用、不易燃烧和退色等特点。

    喷墨墨水的配方组成需要兼顾黏度、表面张力、电导率等性能参数,且不能堵塞喷嘴以及具有良好的喷墨印刷适性,其组分中约有低于80%的树脂、低于10%的色料、低于10%的电解质,以及用于调节黏度的溶剂或混合溶液。

1)呈色剂

    即色料,一般是水溶性的染料和水分散型的颜料。

2)连接料

    即溶剂,一般是去离子水和醇、多元醇、多元醇醚等水溶性有机溶剂的混合物。能够提高墨水的稳定性,调节其粘度、表面张力,并使粘度和表面张力在环境或温度发生变化时保持稳定。

3)表面活性剂

    用来调节墨水的表面张力,墨水的表面张力影响其在纸面的润湿、铺展和渗透。表面张力越低,墨滴与纸张的接触角越小,墨滴越容易在纸面铺展,形成的圆点直径越大。如果墨水表面张力过低,在喷射时将难以形成微小均匀的墨滴。

4)PH 值调节剂

    为了防止墨水对金属喷头的腐蚀,需要将墨水调整到弱碱性(PH=8-9),为此常常加入氨水、三甲氨、三乙醇胺等弱碱性物质作为 PH 值的调节剂。


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图3 喷墨墨水成分组成和分类


    墨水是一种专用的精细化学品,化学组成非常复杂,其本身的各种性质在很大程度上影响或决定着在涂层表面的润湿、铺展和渗透程度,进而决定着图像呈色效果和保存性能。墨水的印刷适性。

    柔版印刷凭借其环保优势在欧美尤其是美国得到了淋漓尽致的发展。柔版印刷的应用范围极为广泛,被印材料涉及到报纸、瓦楞纸板、塑料薄膜、镀铝纸等。生产过程中用于柔版印刷的油墨与被印材料相适应,就主要成分而言基本相同、包括色料,树脂,溶剂和助剂等。

    由于喷墨印刷为了保护喷头,因此墨水的要求比柔版印刷的墨水要贵,价格要贵好几倍,但是随着喷墨技术在瓦楞纸箱行业的广泛应用,专用墨水供应商必定会增多,生产工艺也会改进,价格在未来的几年会有大幅度的下降。

    印刷的效果除了墨水这个影响因素外,还有承印物即纸板特性这个重要因素,墨水与纸板的匹配至关重要。

    印刷分辨率方面,喷墨印刷图像的分辨率可以达到很高,但是这些高分辨率的效果受到承印材料质量的限制,纸张不一定能很好地再现过小的网点。因为墨水扩散的原因,小网点打印出来变大,细线也会变粗。因此越高档的喷墨印刷品,图像分辨率和清晰度受承印材料的影响越大,进而对纸张平滑度和吸墨性能都有较高要求。

    印刷色彩再现方面,喷墨印刷色彩表现力很强,但是色彩再现的精准程序与承印材料有很大关系,纸张的白度、光泽度、吸墨性在很大程度上影响着色彩再现的效果。

    同样,灰度再现的精准程度与承印材料也有很大关系,喷墨纸张是印刷图像的载体,喷墨纸张的特性决定了对喷墨印刷油墨的承载力、决定了墨水吸收和扩散情况,从而很大程度上影响着灰度再现的效果。

    未经涂布的纸张表面存在多孔结构,该结构能够吸收油墨提供较好的干燥能力,但是多孔的结构使得油墨吸收难以控制同时吸收量过多也会降低着色剂的显色能力,因此该采用该结构的纸张印刷出的印刷品图像质量较差。对于喷墨印刷纸张,一般需要利用涂布施胶等手段来提高喷墨印刷纸张的印刷适性。经过涂布后的纸张其表面结构和性能得以改善,能够较好地吸附油墨并能较好地控制这一过程,从而产生高质量且高稳定性的印刷图像。

 

五、效率与能耗

    根据纸箱厂家的数据,传统印刷换版时间大约30分钟,调试套色时间大约15分钟,因此换版调试时间为45分钟。假设纸箱厂要完成10个订单,每个订单500个(尺寸为1200mmX1600mm)纸箱,如下表所示:


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表1 两种印刷方式生产换单时耗时对比


    由上表的参数可知,传统柔版印刷要完成10个每单500个纸箱的订单, 按照目前设备平均车速200rpm(实际生产时大部分时间都低于该速度),总耗时至少为475分钟(约8小时)。

    而目前喷墨印刷机为了保证高品质的印刷效果,高精度印刷的线速度一般为50m/min,根据纸板尺寸,折合成转速约为42rpm,则完成10个订单需耗时约为120分钟。

    以上数据还未考虑换单时候所产生的费用,例如换单过程中所损耗的水墨,纸张,自来水,工业用电等等,如下表2柔版印刷换单所用耗材,


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2 两种印刷方式生产换单时所用耗材   


    从以上数据可知,订单数量越多,所费耗材越多,成本越大,这里还没有考虑换版的费用,如果订单增多,版材费用势必增加,一年下来的费用不容小觑。

    如果订单数量再增加的话,一天之内纸箱厂家12小时加班工作制都可能应付不过来,然而喷墨印刷则轻轻松松地完成订单,从而减少了工人的劳动强度和降低了成本,同时可以创造更多的利润。

    单从一个订单来说,根据数据测算可知,印刷五千份以下的印数,用数码喷墨印刷技术的总体效率和成本已经胜过传统柔版印刷,它将数码印刷与传统印刷的成本分界点大大提高了。

 

六、结语

    对于包装印刷企业来说,数字印刷设备的优点是缓解他们在原有传统印刷生产中的运营问题。如今各地包装印刷企业都面临短版活的需求,但他们仍然还有长版业务。如果在一台柔印机或胶印机上同时生产短版订单和长版订单,这就意味着设备不能在所有时间里以盈利生产能力运行,活件的印数越少,订单中每个印张的成本就越高。

    将具有挑战性的短版印刷业务转移到数字印刷机上可以解决两个问题:它提供了一种能以相对低成本、高效率地印刷小批量活件的方法,让传统印刷全部集中在长版活上。这两种印刷工艺都实现了它们最有利润的使用方式,印刷企业就能赚到更多的钱。

    大部分印刷企业都同意小批量生产现在也成为包装印刷业务模式的一部分。但有点值得注意的是,我们习惯认为数字印刷只是与短版印刷和个性化有关。但是,看一下惠普公司提供的T系列喷墨卷筒纸印刷机,足以证明这种形式的数字印刷主要是用于大批量的、可以有也可以没有可变内容的活件。   

    最后,添加数字印刷能力有助于增加订单数量,接活和印刷这些作业的步骤也集成到工厂的生产印刷流程中,并且能很好的解决运营需求,这将是印刷企业投资数字印刷机的主要原因和很好的推动力。