淺談柔性版印刷的幾個關鍵技術所在

柔印用在標簽行業的優勢，現在是毋庸置疑的了。以前曾以凸印工藝為主力的標簽印刷企業，在近幾年中紛紛添置了柔印設備，采用柔印工藝印制標簽，提高了產品的印刷質量，提高了產能，提高了產品的環保性。采用柔印工藝印制各類標簽，降低了生產過程中的損耗，提高了企業的利潤水平。在印刷業普遍走入低利、微利的趨勢下，而標簽行業*，標簽以柔印，柔印在標簽行業占據了有利的態勢。

    國內的柔印標簽剛起步時只采用120線～133線印版，因為當時在行業中占統治地位的凸印工藝也只有這個水平，而且國外柔印的設計也僅停留在這一層面上。由于膠印的網線已達175線，因此市場競爭的壓力迫使柔印提升自己的工藝水平，從使用120線～133線印版提升到使用150線～175線印版。現在的柔印標簽已經普遍達到這一水準，即使采用國產柔印機生產，也鮮有采用150線以下中低網線印版的。

    柔印所使用的基材從厚到薄，從紙張到塑料，從不易變形的材料到受熱易拉伸變形的都有。柔印標簽就是從紙質不干膠到薄膜不干膠，再發展到無底紙的薄膜類基材，如采用聚烯烴原料的合成紙。柔印在標簽行業取得的經驗勢必向復合軟包裝薄膜行業擴展。

    目前軟包裝行業柔印的水平只是當年柔印初入標簽行業時的水平，zui高印刷網線不超過120線～133線。十年前在國內掀起第二波寬幅柔印推廣浪潮的一批企業，不少還堅持著，仍然在采用120線印版，印刷著色塊與中粗網線，甚至有退而采用100線印版的；也有頂不住市場壓力而退出了柔印市場的，把當年進口的印刷設備轉賣到它處。軟包裝行業的柔印企業，雖然因采用衛星式柔印機使套印質量仍然保持，但凹印在PE薄膜印刷方面工藝的改進，使得柔印薄膜印刷的工價直線下跌，在50μ以上PE膜的印刷工價方面幾乎無優勢可言。同樣在受熱容易拉伸變形的PE薄膜上印刷，凹印采用175線印版，柔印只采用120線印版，印刷質量上孰高孰低亦一目了然。

    同樣是印塑料薄膜，標簽行業采用機組式窄幅柔印機，可以印到150線～175線，而軟包裝行業采用衛星式寬幅柔印機只能印到120線～133線，是機器門幅寬窄的原因？還是機器結構的原因？如果說因為印刷門幅寬，版輥剛性不夠，容易變形，因而使印刷網點擴張，造成印刷品上的堵版故障，引起成品率下降，因此印刷企業只能采用中低網線印版。但近年來在寬幅機上逐漸開始使用的碳纖維過橋套筒，可以有效地避免版輥的剛性變形，為什么已經采用該種技術的歐洲柔印設備供應商至今還不愿在自己的設備上采用150線～175線的印版印刷呢？

    問題的答案，必須到柔印設備的不同構造上去尋找。

    柔印印刷薄膜一般采用衛星式機型，這種設備的特點是將薄膜包裹在一個直徑2m～3m的中心壓印滾筒表面，包角占圓周的85%左右。這種設計使圍繞著中心壓印滾筒四周分布的各印刷色組相隔距離較近，各色組以同步速度運行，薄膜在各色組間呈零張力。衛星式柔印機的印刷基材（薄膜或紙張）是緊貼在龐大的金屬壓印滾筒表面，同金屬壓印滾筒同步運行的。金屬壓印滾筒既起到使油墨轉印到印刷基材上的印刷作用，同時還起到了作為印刷基材的支撐輥作用。因此即使薄膜受熱后變軟，但薄膜的驅動由中心壓印滾筒帶動，而不是如機組式機器那樣靠材料本身來拖動。

   機組式機型即使采用伺服機方式，即號稱無長軸無齒輪箱的由高精度伺服電機直接驅動的機型，由于無法對被印刷的材料在受熱狀態下的拉伸特性建立數學模型，因此也就無法可靠地對材料變形做出有效補償。機組式伺服機型可以對輪轉式機器的傳動建立數學模型，對各色組施加的印刷壓力而造成的機械同步速度損失做出有效補償，但這種補償由于不包括材料的受熱拉伸特性，因此結果是一種“模糊”補償，即對各色組的主動輥（凹印機的印版滾筒，柔印機的壓印滾筒）雖然已經可以修正各色組同步速度而不必采取直徑遞增的補償算法，但實際效用上發現還需要保持直徑遞增。另一種結果是選擇材料，只選擇那些受熱拉伸變形小且有一定厚度而不容易變形的印刷基材。衛星式機型則不必考慮材料的變形特點，套準精度很高。一般齒輪傳動機型的套準精度就能達到0.1mm～0.15mm，伺服機型的套準誤差更小，美國PCMC的衛星式伺服機型Infiniti和VisionG套印誤差不超過0.07mm。

    但是衛星式機型有一個重要的缺陷，機器調機階段調定的印刷壓力，即印版輥與中心壓印滾筒之間的壓力，在機器運行了一段時間后會變大，也就是說印版輥與中心壓印滾筒的間隙會變小。如果采用高網線印版印刷時，在高光區域的小網點就容易堵版，造成質量問題。若采用機組式機型，由于結構上不采用大直徑的金屬壓印滾筒，網點擴張的變化就小，就沒有堵版的風險。因此，即使在比較講究印刷質量的德國，在衛星式柔印機上基本上只采用120線～133線印版，很少看到用150線～175線印制的。

    衛星式柔印機的這個缺陷是怎么造成的？歐美各國柔印設備制造商對中心壓印滾筒的制造精度一直是非常重視的。公開的數據表明，有些機器采用的中心壓印滾筒徑向跳動誤差，或全跳動誤差只有10μ左右。為了校準已經超出正常允許值的中心壓印滾筒，筆者當年曾看到德國同行在一天內從直徑300mm的出入口鉆進去調試達13次之多。恰恰是如此精密的中心壓印滾筒卻會在運行過程中無法有效地控制網點的擴張，原因何在？

    有3個因素決定了這種缺陷存在的必然性。

    因素之一，上下傾角式（或稱放射型）的印刷平臺結構 

    早期的衛星式柔印機都是采用上下傾角式（或稱放射型）印刷平臺的，即圍繞著中心壓印滾筒分布的8個色組，處于zui高位置的第1和第8色組，以及處于zui低位置的第4和第5色組，分別采用上傾角或下傾角（一般在15°～20°左右），而處于中間位置的其他4個色組基本采用的是水平角度。版輥和中心壓印滾筒的間隙調節是沿著調節絲桿的運動方向移動的，而絲桿的運動方向同印刷平臺的排列角度一致。水平角度的印刷色組，絲桿在水平方向上移動，版輥本身的重力不影響調節精度，但在上傾角的位置，絲桿由高向低，與水平方向夾角向中心壓印滾筒圓心方向運動，雖然絲桿配置鎖定機構，采用液壓，氣壓或是機械鎖定，但在高速運動中，或在一定的機械磨損條件下，鎖定機構對重力作用的可靠性是有疑問的。實際使用中，第1和第8色組在運行一段時間后，細心的操作人員會發現版輥對中心壓印滾筒的印刷壓力會略有增大。為了保持印刷質量的一致性，需要適時適量地朝退出方向移動，減輕壓力。反之，在zui低位置的第4和第5色組，絲桿方向是由下*，與水平方向成夾角運動，重力的作用會使版輥與中心壓印滾筒產生向外移出的趨勢，使印刷壓力減輕，操作人員應適時適量地增大壓力。

伺服型衛星式柔印機采用伺服電機調節版輥位置，有可能不再使用絲桿，但上下傾角的方式決定了無法避免重力的影響，印刷壓力的調整是存在隱患的。

    由于各印刷色組的重力條件不同，照理說各不同位置的伺服電機控制程序也應該是不同的，只有這樣，電機的伺服控制程序才是合理的、可靠的。但歐美柔印設備的電氣控制裝置一般采用幾個品牌，而這些品牌的供應商為了保證各色組器件的互換性，往往采用統一設計而會忽略各色組在重力條件下的不同。這只要咨詢一下在上下傾角式印刷平臺的機器上8個色組的控制組件能不能互換就可了解。機器結構上物理條件的不同，但控制器件上的相同，這就埋下了衛星式柔印機印刷網點擴張的隱患。

    因素之二，懸臂式的版輥與網紋輥氣脹芯軸固定結構

    懸臂式結構，其實是針對以前連軸式的氣脹套筒技術在換版時需要花費大量準備時間這樣的弊病而推出的。連軸式的版輥套筒，一般在離線狀態下裝版，然后用小車推到柔印機旁，用吊車或機械手將版輥吊裝到位，合上軸承座蓋并鎖定。這種固定方式使生產準備時間拖得很長，一般8個色組換一次生產訂單要耗費2個～3個小時，即使使用機械手也需要2個小時。國內有一臺從歐洲進口的設備竟耗費6個～7個小時裝版。但這種基本的方法有一個特點，即穩定，軸的兩端固定在兩側的軸承座上，受力均等，版輥的運轉穩定。

    懸臂式結構的氣脹芯軸一端固定在機器的驅動側，另一端懸空，版輥與網紋輥套筒可以由此進入，裝配完成后裝上軸承座鎖定。這種結構的zui大好處是換版快速，不用任何輔助裝置，一個操作人員徒手就能更換，簡便快捷，停機時間短。PCMC的兩款衛星式柔印機，Infiniti機型更換10個色組，時間不超過40分鐘，VisionG機型更換8個色組，時間不超過35分鐘。

    但懸臂式結構在操作側的固定方式上存在重大隱患。一端固定，另一端懸空，雖然在裝配完成后也有軸承座托住，但版輥芯軸兩端的受力不均衡，重力的影響不可避免。長時間運行后版輥芯軸朝操作側傾斜，版輥芯軸的平行度受影響。筆者當年使用的歐洲品牌的設備，在運行幾年后連抽拔氣脹套筒也很困難。雖然現在的改型設計使抽拔套筒時有了一個彈出機構，不至于拔不出那么狼狽，但版輥的安裝精度下降，在印刷中容易造成網點擴張的缺陷，卻是一個不爭的事實。

    這種固定技術還有一個不為人注意的缺陷，即當版輥向中心壓印滾筒靠攏時，中心壓印滾筒對版輥的反向推力作用在氣脹芯軸的中心，而版輥對中心壓印滾筒的移動力往往在軸承座的位置形成了一個力臂約等于版輥半徑的力矩，這附加力矩容易對版輥本身造成不必要的沖擊，增加了版輥的不穩定因素。

    版輥芯軸的軸端粗細與采用滾珠軸承、滾針軸承或滾柱軸承，版輥伺服電機功率的大小，電機本身的發熱情況，都會影響到版輥運行的穩定性與在動態條件下的跳動誤差。版輥運動的與穩定，直接同柔印的印刷壓力大小有關，同印刷高網線印版而不發生堵版故障有關，因而同提高柔印產品的印刷質量與成品率有關。

    因素之三，衛星式柔印機色組間的干燥系統對中心壓印滾筒金屬體膨脹的影響

    衛星式柔印機的干燥系統分為兩部分，一部分是圍繞著中心壓印滾筒，緊跟在各印刷色組之后排列的色組間干燥裝置。

另一部分是在zui后一個印刷色組之后，脫離了中心壓印滾筒的位置而獨立設置的橋式烘干裝置。色組間干燥裝置采用V型噴口，緊貼著中心大壓印滾筒表面，噴射熱風用以干燥薄膜或紙張，在安裝了n個印刷色組的中心滾筒上用n－1個噴嘴，在干燥印刷品的同時也在對中心壓印滾筒表面加溫。

    衛星式柔印機的中心壓印滾筒一般采用裝配式工藝，在表層鋼板之下是內部通水的夾層，水是恒溫的，一般控制在30℃±1℃。中心大滾筒恒溫，并不是如一些誤導所說為的是不使薄膜變形，其實30℃的水溫確實不能使薄膜溫度上升到薄膜的軟化溫度，但這只是滾筒恒溫的副產品，其真正目的是保持中心壓印滾筒的精度，不因金屬體膨脹的原因而使滾筒變形。中心壓印滾筒的維護保養中有一個關鍵，即印刷機主機電源與中心滾筒恒溫裝置的電源必須分置。主機停電，但恒溫裝置不能停電，必須保證中心滾筒一直處于恒定溫度的保護之下。非如此，中心滾筒在靜態條件下測得的精度數據將無法保證。

    大直徑的金屬中心壓印滾筒在受熱條件下的膨脹有一個規律，即溫度每上升1℃，直徑方向上每1mm將膨脹12nm，若中心滾筒直徑3000mm，溫度上升1℃，外徑膨脹將達到近36μm。這個數據約超過塑料封箱帶厚薄的1/2。實際印刷過程中，若溫度上升不是1℃，而是10℃或者更多，那么雖然在靜態條件下測得中心滾筒的徑向跳動誤差僅在10μm上下，而在動態條件下，誤差將成倍擴大或更多。中心壓印滾筒金屬體膨脹對印刷網點造成的擴張，這只要在正常印刷時在待印的薄膜或紙張表面再黏一層薄薄的塑料封箱帶，通常這種單面膠帶的厚度在60μm左右，此時不重調印刷壓力，也就意味著版輥與中心壓印滾筒的間隙比正常條件下增加了60μm左右。觀察一下在膠帶上的網點大小，并與不黏膠帶處的網點作比較，我們就能明白這意味著什么。

    中心壓印版滾筒由于有恒溫水的控制，且進出水管口徑約在2～3英寸，一定的水壓與流速，可以平衡一些中心滾筒表面的溫升。但要控制好溫升，從目前的印刷機制造技術上分析還較困難。筆者曾測定過一歐洲品牌的柔印機，在開機初始，半導體點溫計顯示滾筒表面溫度為30℃，運行2小時后再測，溫度提升到40℃以上。滾筒表面溫度上升到一定溫度以后，動態會得到平衡，不會繼續再往上升。就是這10多度的溫升，確實已對衛星式柔印機的印刷壓力控制造成網點擴張的致命影響。

    上述三大原因造成了寬幅衛星式柔印機至今不能像機組式柔印機一樣采用150線～175線印版，只能印120線～133線的大色塊與粗網線的遺憾。但美國的軟包裝市場為什么卻能用150線印刷復合薄膜軟包裝產品呢？

    美國的柔印設備制造商PCMC在解決這些問題上，有他們的獨到之處。

    1.在中心壓印滾筒上采用水平式印刷平臺。

    這種結構保證了所有印刷色組的重力條件相同，使用相同的電氣控制軟件時，控制器件同實際條件一一對應，*吻合，將控制的可靠性提升了一個高度。但是，水平式平臺也有一個缺陷，即在相同直徑的中心壓印滾筒條件下印刷重復周長將略小于上下傾角式方案，這是因為上下傾角式的結構敞開的空間較大，可以容納直徑較大的版輥。因此，為了達到相同的印刷重復周長，水平式結構需要將中心壓印滾筒直徑放大，這將增加設備初期投資成本。

在保證印刷設備質量的前提下，這種設計的設備可能要貴些，但性價比的*性卻是很明顯的。一些歐美柔印設備制造商現在已經不再生產上下傾角式結構的機型，包括中國臺灣制造商推出的設備都已經采用水平式結構的方案。這就是世界性的潮流。

    2.PCMC在懸臂式氣脹芯軸固定技術上的設計。

    該技術的特點是：整體的金屬框架在安裝懸臂式芯軸操作側的固定端處挖出一個盒型的窗口，以保證印刷平臺的結構剛性，軸承座安裝在可移動的鋼塊內側，鋼塊由高精度滾珠絲桿驅動，絲桿的移動位置在版輥芯軸的中心線上，在盒型窗口的上下端分別安裝直線導軌以固定移動式鋼塊，從而保證印刷平臺在高速運行中的穩定。

    在這種設計中，芯軸的固定*是自動的，整個絲桿的移動和軸端的鎖定排除了人為的因素。移動式鋼塊通過上下兩根直線導軌同機架固定，而且由于絲桿在版輥芯軸中心線上移動，中心壓印滾筒對版輥的推力和沿著滾珠絲桿方向的驅動力均作用在版輥芯軸的中心，只形成較小的局部壓力，且由于力的負載僅作用在版輥芯軸的中心，在支承架上沒有力矩。

    由于的保護，目前其他設備供應商只能采用手動或半自動的版輥芯軸固定方式，或采用上部或下部單根導軌的固定方式，這是有點令人遺憾的。

    3.采用壓縮空氣干燥方法的技術來替代傳統的干燥方法。

    所謂eXtreme干燥方法，其特點是采用40psi的壓縮空氣，直徑0.04inch的噴口，以330m/s的流速有效地沖擊墨膜表層。這表層是在干燥過程中油墨揮發出來的溶劑分子的分界層，使分界層內的溶劑分子大量逸出，分界層不斷更新，使揮發更*。由于高速氣流從直徑1mm的小孔噴出，通過絕熱膨脹，空氣夾帶，集束噴射氣流在達到薄膜表面形成一定直徑的圓形沖擊波，沖擊波面積的大小同噴射小孔到薄膜的距離有關。高速熱氣流在到達薄膜表面時溫度急速下降，在噴口處形成負壓，薄膜表面的溫度并不明顯上升，作為薄膜支承體的中心大滾筒溫度也不會明顯上升。因此，即使在每分鐘600m印刷速度的條件下，薄膜表面的油墨得到有效干燥，但龐大的中心壓印滾筒卻不會因圍繞四周的色組間干燥裝置噴射的熱氣流而變形，滾筒的金屬體膨脹能夠有效控制。

    由于保護的原因，歐美的不少柔印設備目前還不能使用這種干燥方式，因此，流行的干燥方式無法避免色組間干燥裝置噴出的熱風對中心壓印滾筒動態精度的影響，干燥裝置的熱量越高，風量越大，對動態條件下中心壓印滾筒的影響也越大。衛星式柔印機，即使是歐美的品牌，選用的是用120線～133線印版以藏拙，而不能像標簽行業一樣使用150線印版，在合適的工藝條件下甚至使用175線印版，把柔印的質量提升到一個新的高度。

    柔印在解決了高線數印版、高線數網紋輥等關鍵技術以后，把柔印在標簽行業已取得的有效經驗推廣到軟包裝行業，已經是指日可待了。“工欲善其事，必先利其器”，選擇合適的柔印設備，是每個想嘗試軟包裝柔印的企業必須考慮的。同其他印刷工藝有所不同，柔印在生產過程中的質量水平、成品率等關鍵數據，同設備的選型關系*，而這又不是一般工程技術人員所能做到的。看看十多年來國內軟包裝行業采用柔印工藝的一些企業的興衰，無不證明了這一道理。因此，決策層在決策過程中必須對設備技術有所了解，對*制造技術水平有所了解，對不同結構的各種機型的特點有所了解，并善于通過對比尋找出差異來，以避免日后的損耗缺憾和成品率低下的缺憾，這是我們所希望的。