浅谈柔性版印刷的几个关键技术所在

    【集萃网观察】柔印用在标签行业的优势，现在是毋庸置疑的了。以前曾以凸印工艺为主力的标签印刷企业，在近几年中纷纷添置了高档柔印设备，采用柔印工艺印制高档标签，提高了产品的印刷质量，提高了产能，提高了产品的环保性。采用柔印工艺印制各类标签，降低了生产过程中的损耗，提高了企业的利润水平。在印刷业普遍走入低利、微利的趋势下，而标签行业一枝独秀，高档标签以柔印领衔，柔印在标签行业占据了有利的态势。

　　国内的柔印标签刚起步时只采用120线～133线印版，因为当时在行业中占统治地位的凸印工艺也只有这个水平，而且国外柔印的设计也仅停留在这一层面上。由于胶印的网线已达175线，因此市场竞争的压力迫使柔印提升自己的工艺水平，从使用120线～133线印版提升到使用150线～175线印版。现在的柔印标签已经普遍达到这一水准，即使采用国产柔印机生产，也鲜有采用150线以下中低网线印版的。

　　柔印所使用的基材从厚到薄，从纸张到塑料，从不易变形的材料到受热易拉伸变形的都有。柔印标签就是从纸质不干胶到薄膜不干胶，再发展到无底纸的薄膜类基材，如采用聚烯烃原料的合成纸。柔印在标签行业取得的经验势必向复合软包装薄膜行业扩展。

　　目前软包装行业柔印的水平只是当年柔印初入标签行业时的水平，最高印刷网线不超过120线～133线。十年前在国内掀起第二波宽幅柔印推广浪潮的一批企业，不少还坚持着，仍然在采用120线印版，印刷着色块与中粗网线，甚至有退而采用100线印版的；也有顶不住市场压力而退出了柔印市场的，把当年进口的印刷设备转卖到它处。软包装行业的柔印企业，虽然因采用卫星式柔印机使套印质量仍然保持领先，但凹印在PE薄膜印刷方面工艺的改进，使得柔印薄膜印刷的工价直线下跌，在50μ以上PE膜的印刷工价方面几乎无优势可言。同样在受热容易拉伸变形的PE薄膜上印刷，凹印采用175线印版，柔印只采用120线印版，印刷质量上孰高孰低亦一目了然。

　　同样是印塑料薄膜，标签行业采用机组式窄幅柔印机，可以印到150线～175线，而软包装行业采用卫星式宽幅柔印机只能印到120线～133线，是机器门幅宽窄的原因？还是机器结构的原因？如果说因为印刷门幅宽，版辊刚性不够，容易变形，因而使印刷网点扩张，造成印刷品上的堵版故障，引起成品率下降，因此印刷企业只能采用中低网线印版。但近年来在宽幅机上逐渐开始使用的碳纤维过桥套筒，可以有效地避免版辊的刚性变形，为什么已经采用该种技术的欧洲柔印设备供应商至今还不愿在自己的设备上采用150线～175线的印版印刷呢？

　　问题的答案，必须到柔印设备的不同构造上去寻找。

　　柔印印刷薄膜一般采用卫星式机型，这种设备的特点是将薄膜包裹在一个直径2m～3m的中心压印滚筒表面，包角占圆周的85%左右。这种设计使围绕着中心压印滚筒四周分布的各印刷色组相隔距离较近，各色组以同步速度运行，薄膜在各色组间呈零张力。卫星式柔印机的印刷基材(薄膜或纸张)是紧贴在庞大的金属压印滚筒表面，同金属压印滚筒同步运行的。金属压印滚筒既起到使油墨转印到印刷基材上的印刷作用，同时还起到了作为印刷基材的支撑辊作用。因此即使薄膜受热后变软，但薄膜的驱动由中心压印滚筒带动，而不是如机组式机器那样靠材料本身来拖动。

　　机组式机型即使采用伺服机方式，即号称无长轴无齿轮箱的由高精度伺服电机直接驱动的机型，由于无法对被印刷的材料在受热状态下的拉伸特性建立数学模型，因此也就无法可靠地对材料变形做出有效补偿。机组式伺服机型可以对轮转式机器的传动建立数学模型，对各色组施加的印刷压力而造成的机械同步速度损失做出有效补偿，但这种补偿由于不包括材料的受热拉伸特性，因此结果是一种“模糊”补偿，即对各色组的主动辊(凹印机的印版滚筒，柔印机的压印滚筒)虽然已经可以修正各色组同步速度而不必采取直径递增的补偿算法，但实际效用上发现还需要保持直径递增。另一种结果是选择材料，只选择那些受热拉伸变形小且有一定厚度而不容易变形的印刷基材。卫星式机型则不必考虑材料的变形特点，套准精度很高。一般齿轮传动机型的套准精度就能达到0.1mm～0.15mm，伺服机型的套准误差更小，美国PCMC的卫星式伺服机型Infiniti和VisionG套印误差不超过0.07mm。

　　但是卫星式机型有一个重要的缺陷，机器调机阶段调定的印刷压力，即印版辊与中心压印滚筒之间的压力，在机器运行了一段时间后会变大，也就是说印版辊与中心压印滚筒的间隙会变小。如果采用高网线印版印刷时，在高光区域的小网点就容易堵版，造成质量问题。若采用机组式机型，由于结构上不采用大直径的金属压印滚筒，网点扩张的变化就小，就没有堵版的风险。因此，即使在比较讲究印刷质量的德国，在卫星式柔印机上基本上只采用120线～133线印版，很少看到用150线～175线印制的。

　　卫星式柔印机的这个缺陷是怎么造成的？欧美各国著名柔印设备制造商对中心压印滚筒的制造精度一直是非常重视的。公开的数据表明，有些机器采用的中心压印滚筒径向跳动误差，或全跳动误差只有10μ左右。为了校准已经超出正常允许值的中心压印滚筒，笔者当年曾看到德国同行在一天内从直径300mm的出入口钻进去调试达13次之多。恰恰是如此精密的中心压印滚筒却会在运行过程中无法有效地控制网点的扩张，原因何在？

　　有3个因素决定了这种缺陷存在的必然性。

　　因素之一，上下倾角式(或称放射型)的印刷平台结构

　　早期的卫星式柔印机都是采用上下倾角式(或称放射型)印刷平台的，即围绕着中心压印滚筒分布的8个色组，处于最高位置的第1和第8色组，以及处于最低位置的第4和第5色组，分别采用上倾角或下倾角(一般在15°～20°左右)，而处于中间位置的其他4个色组基本采用的是水平角度。版辊和中心压印滚筒的间隙调节是沿着调节丝杆的运动方向移动的，而丝杆的运动方向同印刷平台的排列角度一致。水平角度的印刷色组，丝杆在水平方向上移动，版辊本身的重力不影响调节精度，但在上倾角的位置，丝杆由高向低，与水平方向夹角向中心压印滚筒圆心方向运动，虽然丝杆配置锁定机构，采用液压，气压或是机械锁定，但在高速运动中，或在一定的机械磨损条件下，锁定机构对重力作用的可靠性是有疑问的。实际使用中，第1和第8色组在运行一段时间后，细心的操作人员会发现版辊对中心压印滚筒的印刷压力会略有增大。为了保持印刷质量的一致性，需要适时适量地朝退出方向移动，减轻压力。反之，在最低位置的第4和第5色组，丝杆方向是由下至上，与水平方向成夹角运动，重力的作用会使版辊与中心压印滚筒产生向外移出的趋势，使印刷压力减轻，操作人员应适时适量地增大压力。

　　伺服型卫星式柔印机采用伺服电机调节版辊位置，有可能不再使用丝杆，但上下倾角的方式决定了无法避免重力的影响，印刷压力的精确调整是存在隐患的。

　　由于各印刷色组的重力条件不同，照理说各不同位置的伺服电机控制程序也应该是不同的，只有这样，电机的伺服控制程序才是合理的、可靠的。但欧美柔印设备的电气控制装置一般采用几个著名品牌，而这些品牌的供应商为了保证各色组器件的互换性，往往采用统一设计而会忽略各色组在重力条件下的不同。这只要咨询一下在上下倾角式印刷平台的机器上8个色组的控制组件能不能互换就可了解。机器结构上物理条件的不同，但控制器件上的相同，这就埋下了卫星式柔印机印刷网点扩张的隐患。

　　因素之二，悬臂式的版辊与网纹辊气胀芯轴固定结构

　　悬臂式结构，其实是针对以前连轴式的气胀套筒技术在换版时需要花费大量准备时间这样的弊病而推出的。连轴式的版辊套筒，一般在离线状态下装版，然后用小车推到柔印机旁，用吊车或专用机械手将版辊吊装到位，合上轴承座盖并锁定。这种固定方式使生产准备时间拖得很长，一般8个色组换一次生产订单要耗费2个～3个小时，即使使用专用机械手也需要2个小时。国内有一台从欧洲进口的设备竟耗费6个～7个小时装版。但这种基本的方法有一个特点，即稳定，轴的两端固定在两侧的轴承座上，受力均等，版辊的运转稳定。

　　悬臂式结构的气胀芯轴一端固定在机器的驱动侧，另一端悬空，版辊与网纹辊套筒可以由此进入，装配完成后装上轴承座锁定。这种结构的最大好处是换版快速，不用任何辅助装置，一个操作人员徒手就能更换，简便快捷，停机时间短。PCMC的两款卫星式柔印机，Infiniti机型更换10个色组，时间不超过40分钟，VisionG机型更换8个色组，时间不超过35分钟。

　　但悬臂式结构在操作侧的固定方式上存在重大隐患。一端固定，另一端悬空，虽然在装配完成后也有轴承座托住，但版辊芯轴两端的受力不均衡，重力的影响不可避免。长时间运行后版辊芯轴朝操作侧倾斜，版辊芯轴的平行度受影响。笔者当年使用的欧洲著名品牌的设备，在运行几年后连抽拔气胀套筒也很困难。虽然现在的改型设计使抽拔套筒时有了一个弹出机构，不至于拔不出那么狼狈，但版辊的安装精度下降，在印刷中容易造成网点扩张的缺陷，却是一个不争的事实。

　　这种固定技术还有一个不为人注意的缺陷，即当版辊向中心压印滚筒靠拢时，中心压印滚筒对版辊的反向推力作用在气胀芯轴的中心，而版辊对中心压印滚筒的移动力往往在轴承座的位置形成了一个力臂约等于版辊半径的力矩，这附加力矩容易对版辊本身造成不必要的冲击，增加了版辊的不稳定因素。

　　版辊芯轴的轴端粗细与采用滚珠轴承、滚针轴承或滚柱轴承，版辊伺服电机功率的大小，电机本身的发热情况，都会影响到版辊运行的稳定性与在动态条件下的跳动误差。版辊运动的精确与稳定，直接同柔印的印刷压力大小有关，同印刷高网线印版而不发生堵版故障有关，因而同提高柔印产品的印刷质量与成品率有关。

　　因素之三，卫星式柔印机色组间的干燥系统对中心压印滚筒金属体膨胀的影响

　　卫星式柔印机的干燥系统分为两部分，一部分是围绕着中心压印滚筒，紧跟在各印刷色组之后排列的色组间干燥装置。

　　另一部分是在最后一个印刷色组之后，脱离了中心压印滚筒的位置而独立设置的桥式烘干装置。色组间干燥装置采用V型喷口，紧贴着中心大压印滚筒表面，喷射热风用以干燥薄膜或纸张，在安装了n个印刷色组的中心滚筒上用n-1个喷嘴，在干燥印刷品的同时也在对中心压印滚筒表面加温。

　　卫星式柔印机的中心压印滚筒一般采用装配式工艺，在表层钢板之下是内部通水的夹层，水是恒温的，一般控制在30℃±1℃。中心大滚筒恒温，并不是如一些误导所说为的是不使薄膜变形，其实30℃的水温确实不能使薄膜温度上升到薄膜的软化温度，但这只是滚筒恒温的副产品，其真正目的是保持中心压印滚筒的精度，不因金属体膨胀的原因而使滚筒变形。中心压印滚筒的维护保养中有一个关键，即印刷机主机电源与中心滚筒恒温装置的电源必须分置。主机停电，但恒温装置不能停电，必须保证中心滚筒一直处于恒定温度的保护之下。非如此，中心滚筒在静态条件下测得的精度数据将无法保证。

　　大直径的金属中心压印滚筒在受热条件下的膨胀有一个规律，即温度每上升1℃，直径方向上每1mm将膨胀12nm，若中心滚筒直径3000mm，温度上升1℃，外径膨胀将达到近36μm。这个数据约超过塑料封箱带厚薄的1/2。实际印刷过程中，若温度上升不是1℃，而是10℃或者更多，那么虽然在静态条件下测得中心滚筒的径向跳动误差仅在10μm上下，而在动态条件下，误差将成倍扩大或更多。中心压印滚筒金属体膨胀对印刷网点造成的扩张，这只要在正常印刷时在待印的薄膜或纸张表面再黏一层薄薄的塑料封箱带，通常这种单面胶带的厚度在60μm左右，此时不重调印刷压力，也就意味着版辊与中心压印滚筒的间隙比正常条件下增加了60μm左右。观察一下在胶带上的网点大小，并与不黏胶带处的网点作比较，我们就能明白这意味着什么。

　　中心压印版滚筒由于有恒温水的控制，且进出水管口径约在2～3英寸，一定的水压与流速，可以平衡一些中心滚筒表面的温升。但要精确控制好温升，从目前的印刷机制造技术上分析还较困难。笔者曾测定过一欧洲著名品牌的柔印机，在开机初始，半导体点温计显示滚筒表面温度为30℃，运行2小时后再测，温度提升到40℃以上。滚筒表面温度上升到一定温度以后，动态会得到平衡，不会继续再往上升。就是这10多度的温升，确实已对卫星式柔印机的印刷压力控制造成网点扩张的致命影响。

　　上述三大原因造成了宽幅卫星式柔印机至今不能像机组式柔印机一样采用150线～175线印版，只能印120线～133线的大色块与粗网线的遗憾。但美国的软包装市场为什么却能用150线印刷复合薄膜软包装产品呢？

　　美国著名的柔印设备制造商PCMC在解决这些问题上，有他们的独到之处。

　　1.在中心压印滚筒上采用水平式印刷平台。

　　这种结构保证了所有印刷色组的重力条件相同，使用相同的电气控制软件时，控制器件同实际条件一一对应，完全吻合，将控制的可靠性提升了一个高度。但是，水平式平台也有一个缺陷，即在相同直径的中心压印滚筒条件下印刷重复周长将略小于上下倾角式方案，这是因为上下倾角式的结构敞开的空间较大，可以容纳直径较大的版辊。因此，为了达到相同的印刷重复周长，水平式结构需要将中心压印滚筒直径放大，这将增加设备初期投资成本。

　　在保证印刷设备质量的前提下，这种设计的设备可能要贵些，但性价比的优越性却是很明显的。一些欧美著名柔印设备制造商现在已经不再生产上下倾角式结构的机型，包括台湾制造商推出的设备都已经采用水平式结构的方案。这就是世界性的潮流。

　　2.PCMC在悬臂式气胀芯轴固定技术上的设计专利。

　　该技术的特点是：整体的金属框架在安装悬臂式芯轴操作侧的固定端处挖出一个盒型的窗口，以保证印刷平台的结构刚性，轴承座安装在可移动的钢块内侧，钢块由高精度滚珠丝杆驱动，丝杆的移动位置在版辊芯轴的中心线上，在盒型窗口的上下端分别安装直线导轨以固定移动式钢块，从而保证印刷平台在高速运行中的稳定。

　　在这种设计中，芯轴的固定完全是自动的，整个丝杆的移动和轴端的锁定排除了人为的因素。移动式钢块通过上下两根直线导轨同机架固定，而且由于丝杆在版辊芯轴中心线上移动，中心压印滚筒对版辊的推力和沿着滚珠丝杆方向的驱动力均作用在版辊芯轴的中心，只形成较小的局部压力，且由于力的负载仅作用在版辊芯轴的中心，在支承架上没有力矩。

　　由于专利的保护，目前其他设备供应商只能采用手动或半自动的版辊芯轴固定方式，或采用上部或下部单根导轨的固定方式，这是有点令人遗憾的。

　　3.采用压缩空气干燥方法的专利技术来替代传统的干燥方法。

　　所谓eXtreme干燥方法，其特点是采用40psi的压缩空气，直径0.04inch的喷口，以330m/s的流速有效地冲击墨膜表层。这表层是在干燥过程中油墨挥发出来的溶剂分子的分界层，使分界层内的溶剂分子大量逸出，分界层不断更新，使挥发更彻底。由于高速气流从直径1mm的小孔喷出，通过绝热膨胀，空气夹带，集束喷射气流在达到薄膜表面形成一定直径的圆形冲击波，冲击波面积的大小同喷射小孔到薄膜的距离有关。高速热气流在到达薄膜表面时温度急速下降，在喷口处形成负压，薄膜表面的温度并不明显上升，作为薄膜支承体的中心大滚筒温度也不会明显上升。因此，即使在每分钟600m印刷速度的条件下，薄膜表面的油墨得到有效干燥，但庞大的中心压印滚筒却不会因围绕四周的色组间干燥装置喷射的热气流而变形，滚筒的金属体膨胀能够有效控制。

　　由于专利保护的原因，欧美的不少柔印设备目前还不能使用这种干燥方式，因此，流行的干燥方式无法避免色组间干燥装置喷出的热风对中心压印滚筒动态精度的影响，干燥装置的热量越高，风量越大，对动态条件下中心压印滚筒的影响也越大。卫星式柔印机，即使是欧美的著名品牌，选用的是用120线～133线印版以藏拙，而不能像标签行业一样使用150线印版，在合适的工艺条件下甚至使用175线印版，把柔印的质量提升到一个新的高度。

　　柔印在解决了高线数印版、高线数网纹辊等关键技术以后，把柔印在标签行业已取得的有效经验推广到软包装行业，已经是指日可待了。“工欲善其事，必先利其器”，选择合适的柔印设备，是每个想尝试软包装柔印的企业必须考虑的。同其他印刷工艺有所不同，柔印在生产过程中的质量水平、成品率等关键数据，同设备的选型关系极大，而这又不是一般工程技术人员所能做到的。看看十多年来国内软包装行业采用柔印工艺的一些企业的兴衰，无不证明了这一道理。因此，决策层在决策过程中必须对设备技术有所了解，对国际先进制造技术水平有所了解，对不同结构的各种机型的特点有所了解，并善于通过对比寻找出差异来，以避免日后的损耗缺憾和成品率低下的缺憾，这是我们所希望的。

    来源：中国柔印 作者：蔡成基