UV固化噴墨印刷是制作寬幅面圖像的主要成像平臺(tái)之一。與溶劑型墨水相比，UV固化噴墨更具健康和安全優(yōu)勢(shì)，而且生產(chǎn)效率高，幾乎可以瞬時(shí)固化，粘合力超強(qiáng)，廣泛用于多種承印介質(zhì)。UV固化噴墨的一些性能雖然很吸引人，但同時(shí)也給噴墨印刷的技術(shù)能力帶來(lái)了限制。謹(jǐn)慎修改所用配方之后，UV固化噴墨可用于多種潛在用途。在工業(yè)熱吸塑成型應(yīng)用中，UV固化噴墨可以取代非常耗時(shí)的人工貼花裝飾和噴槍涂裝。（圖 1）

盡管將此類應(yīng)用轉(zhuǎn)化為數(shù)字印刷的市場(chǎng)潛力很富有吸引力，但UV墨水的發(fā)展現(xiàn)狀是它高度依賴一種雙功能的高交聯(lián)丙烯酸酯，這種物質(zhì)不能耐受熱成型過(guò)程所需的溫度、壓力和延展性。

通過(guò)對(duì)單功能丙烯酸酯所能發(fā)揮的作用進(jìn)行仔細(xì)研究，印刷行業(yè)可以開(kāi)發(fā)一個(gè)潛在的重要細(xì)分市場(chǎng)，利用能夠在高溫?zé)岢尚瓦^(guò)程中耐受超高延展性的墨水來(lái)定制印刷工業(yè)和包裝產(chǎn)品。單功能丙烯酸酯可以使UV噴墨墨水足夠柔韌，進(jìn)而借助于底物達(dá)到或超過(guò)可能的延伸率。重新思考染色過(guò)程之后，增加墨水，使其產(chǎn)生不會(huì)在受熱時(shí)變色且不會(huì)在拉伸時(shí)褪色的四原色，最終幫助實(shí)現(xiàn)了此項(xiàng)重要的技術(shù)創(chuàng)新。

此種新型高韌性墨水被 EFI 于 2014 年收購(gòu)并應(yīng)用于其 VUTEk GS Pro-TF 產(chǎn)品，本文將重點(diǎn)說(shuō)明此種墨水背后的基本開(kāi)發(fā)理念。

柔性成型溫度

熱成型是一種制造工藝，在此工藝過(guò)程中，首先將塑性底物加熱至柔性成型溫度，然后利用模具塑造成特定形狀，最后修剪成產(chǎn)品或包裝。底物可以是薄型（一次性水杯、容器、蓋子、托盤、泡罩包裝、硬塑包裝以及用于食品、醫(yī)療和一般零售業(yè)的其他包裝產(chǎn)品）或厚型（車門和儀表板、冰箱內(nèi)膽、多用途運(yùn)載車車廂和塑料托盤等產(chǎn)品）。

熱成型也是一種需要加熱加壓的真空成型工藝。熱成型工藝所用的標(biāo)準(zhǔn)溫度介于 137.8 和 238+ 攝氏度（280 和 460+ 華氏度）之間。所用模具或工具配置取決于具體產(chǎn)品或者標(biāo)牌需要或應(yīng)用。

我們每個(gè)人幾乎每天都會(huì)與熱成型產(chǎn)品打交道。例如：

航空業(yè)： 內(nèi)飾、蓋板、整流罩。

農(nóng)業(yè)： 托盤、料桶、透明塑料大棚、割草機(jī)外罩。

汽車業(yè)： 車輪和輪轂蓋板、汽車內(nèi)飾、擾流板、儀表盤、運(yùn)動(dòng)和越野車整流罩。

航海業(yè)： 船體、皮劃艇和橡皮船、船艙和儀表板。

電子業(yè)： 手持設(shè)備、家用電器、電腦、儀表儀器。

娛樂(lè)業(yè)： 舞臺(tái)背景、服裝、動(dòng)畫模型、仿真、游戲亭。

醫(yī)療業(yè)： 掃描儀、面罩、義肢零件。

建筑業(yè)： 桶和淋浴器外殼、按摩浴缸、定制柜臺(tái)。

零售業(yè)： 包裝、泡罩包裝、標(biāo)牌、自動(dòng)售貨機(jī)。

利潤(rùn)所在

此項(xiàng)技術(shù)越來(lái)越吸引品牌商、零售商和其他商家的是，可以相較傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝更少的量全彩生產(chǎn) 3D 零售終端標(biāo)牌、游戲亭和車頂行李架等產(chǎn)品。在采用傳統(tǒng)熱成型工藝的典型示例中，利用當(dāng)前印刷和涂裝工藝生產(chǎn)兩個(gè) 13.5 x 4ft 真空成型標(biāo)牌可能需要 7.5 工時(shí)。想象一下時(shí)間和成本大幅削減之后會(huì)發(fā)生什么？

進(jìn)入寬幅噴墨印刷時(shí)代。與任何數(shù)字印刷工藝一樣，寬幅噴墨印刷可以大幅縮短工作時(shí)間，就像快速周轉(zhuǎn)的高度定制化原料一樣短，而且樣品和最終產(chǎn)品都是如此。使用數(shù)字印刷熱成型技術(shù)之后，我們可以在 7.5 工時(shí)內(nèi)生產(chǎn) 34 個(gè)相同標(biāo)牌——人工成本削減 93%，生產(chǎn)率提高 95%。而使用傳統(tǒng)工藝則需要 3.5 周才能生產(chǎn) 34 個(gè)標(biāo)牌。

因此，數(shù)字印刷技術(shù)對(duì)熱成型產(chǎn)品非常有吸引力。但數(shù)字寬幅噴墨印刷所用墨水目前還不適合此類應(yīng)用。

UV噴墨墨水：現(xiàn)狀

熱成型不僅需要加熱加壓，而且還需要對(duì)成型底物進(jìn)行延伸。噴墨墨水發(fā)展現(xiàn)狀是高度依賴單功能高交聯(lián)丙烯酸酯，但這種物質(zhì)無(wú)法耐受熱成型工藝所需的溫度和壓力。此外，這種墨水也無(wú)法經(jīng)受大部分熱成型應(yīng)用所需的延伸類型。

在熱成型工藝的加熱過(guò)程中，墨水和塑料底物都變得具有延展性。這種現(xiàn)象在業(yè)界稱為熱坳陷、玻璃化相變或起泡。染料顏色或色調(diào)會(huì)在加熱或成型過(guò)程中發(fā)生變化。成型過(guò)程中的延展現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品出現(xiàn)裂紋或馬賽克，產(chǎn)生不可接受的質(zhì)量瑕疵。

這是因?yàn)樵赨V噴墨配方常用的雙功能丙烯酸酯中，其分子有兩處非常活躍，固化速度快、硬度高，這提高了墨水持久性和生產(chǎn)率，但卻對(duì)柔韌性構(gòu)成了限制。（圖 2）

UV噴墨配方應(yīng)用于雙功能高交聯(lián)丙烯酸酯的優(yōu)勢(shì)包括固化速度快、耐化學(xué)性佳、表面硬度好。但對(duì)于熱成型應(yīng)用，也存在粘合范圍有限、脆斷以及易收縮和卷邊等劣勢(shì)。

探索適用于熱成型應(yīng)用的單功能丙烯酸酯

通過(guò)對(duì)單功能丙烯酸酯所能發(fā)揮的作用進(jìn)行仔細(xì)研究，印刷行業(yè)可以開(kāi)發(fā)一個(gè)潛在的重要細(xì)分市場(chǎng)，利用能夠在高溫?zé)岢尚瓦^(guò)程中耐受超高延展性的墨水來(lái)定制印刷工業(yè)產(chǎn)品。此種技術(shù)不僅可供傳統(tǒng)工業(yè)熱成型操作人員使用，而且也能以其強(qiáng)化印刷功能為印刷公司開(kāi)辟新的收入來(lái)源和擴(kuò)大產(chǎn)品種類，使其在內(nèi)部就可進(jìn)行成像和裝飾等操作。

有何成果？憑借栩栩如生的顏色和極具視覺(jué)吸引力的設(shè)計(jì)能力制作高延伸率 3D 圖形。

數(shù)字熱成型噴墨墨水：背景信息

從 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)始，Don Sloan 一直從事UV印刷墨水的開(kāi)發(fā)工作。1993 年，他成立了 Polymeric Imaging (PI) 公司，開(kāi)發(fā)UV墨水配方，用于取代溶劑型化學(xué)物質(zhì)。到 2010 年，PI 公司開(kāi)發(fā)了一種適用于深拉熱成型UV噴墨墨水和涂層的專利配方。2014 年 10 月，PI 公司的專利和數(shù)字熱成型技術(shù)相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)被 EFI 收購(gòu)。

少即是多：?jiǎn)喂δ艿徒宦?lián)丙烯酸酯

初始用于數(shù)字熱成型UV噴墨墨水和涂層的定制墨水配方在 PI 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中表現(xiàn)良好，但在投入實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境之前，還需要數(shù)年時(shí)間的優(yōu)化。 這種墨水可以進(jìn)行深拉熱成型，但不會(huì)像傳統(tǒng)雙功能高交聯(lián)UV噴墨墨水一樣產(chǎn)生裂紋或馬賽克。 本文針對(duì)采用 EFI VUTEk GS Pro-TF 等寬幅UV噴墨打印機(jī)的數(shù)字熱成型印刷，開(kāi)發(fā)了一種完善解決方案。（圖 3）

采用單功能低交聯(lián)丙烯酸酯的效果與傳統(tǒng)單功能高交聯(lián)UV噴墨墨水存在重大差異，我們現(xiàn)開(kāi)發(fā)了一種適用于數(shù)字印刷熱成型產(chǎn)品的功能性解決方案，如附圖所示。其中包括：

染料或分散劑不容易在熱態(tài)下染色；即，它們的顏色或色調(diào)不會(huì)在加熱或成型過(guò)程中發(fā)生變化。

這種墨水能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)限的延展性，可以達(dá)到或超過(guò)塑性底物的延展特性。 目前成功實(shí)現(xiàn)了超過(guò) 24 英寸的拉伸長(zhǎng)度和超過(guò) 1000% 的延展率，縱橫比超過(guò) 30:1。

墨水粘合范圍非常大，而且應(yīng)用非常廣，這都是傳統(tǒng)真空成型技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的。

墨水開(kāi)發(fā)只是將此項(xiàng)技術(shù)推向市場(chǎng)所需的一個(gè)環(huán)節(jié)。 為了開(kāi)發(fā)圖中所示應(yīng)用，我們需要使用變形軟件，使圖像正確對(duì)準(zhǔn)模具。 變形印刷可保持顏色完整，防止在底物延伸時(shí)產(chǎn)生色度損失。通過(guò)變形軟件，我們可以在設(shè)計(jì)中將所有變形因素考慮在內(nèi)。Quadraxis 開(kāi)發(fā)的 Thermo 3D Suite（在美國(guó)由 R&R Graphix 經(jīng)銷）就是這樣一種變形軟件。

很明顯，我們需要使用特殊的顏色管理技術(shù)確保最終產(chǎn)品的色彩準(zhǔn)確度。在大多數(shù)情況下，打印機(jī)進(jìn)行正確色彩校準(zhǔn)之后，設(shè)計(jì)過(guò)程就無(wú)需再調(diào)整色調(diào)。打印圖片的墨水密度更大，但色調(diào)/色度值保持不變。只要正確操作，就可以產(chǎn)生與設(shè)計(jì)意圖相符的最終產(chǎn)品。

但熱成型應(yīng)用成功上色之后卻給墨水帶來(lái)了另外一種負(fù)擔(dān)：墨水必須具有游離薄膜特性；換言之，固化墨水薄膜幾乎可以單獨(dú)存在，就像一層玻璃紙。游離薄膜性質(zhì)，再加上較高的墨水密度，就可以在成型過(guò)程中保持色彩一致。

單功能低交聯(lián)噴墨墨水的重要特性

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)操作均證明，這種新墨水的幾項(xiàng)重要特性為使用UV噴墨印刷工藝的熱成型生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)了變革。其中包括：

簡(jiǎn)化零部件或裝飾標(biāo)牌生產(chǎn)步驟，大大縮短生產(chǎn)時(shí)間。

無(wú)需絲網(wǎng)印刷生產(chǎn)準(zhǔn)備成本，或省去了傳統(tǒng)熱成型所用的手工涂裝和乙烯基刻字過(guò)程。

具有優(yōu)異的延展性，支持深拉熱成型，同時(shí)能夠保持 PETG、丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯和 PVC 等塑性物質(zhì)的不透明性。

墨水可以耐受熱成型和切割操作，不會(huì)開(kāi)裂、剝落或喪失粘合作用。

墨水具有耐水濕性，印刷圖像長(zhǎng)時(shí)間不褪色。

LED 固化：一種新型前沿技術(shù)

與大多數(shù)技術(shù)一樣，為獲得更好的熱成型性能，單功能低交聯(lián)UV噴墨墨水仍有改進(jìn)空間。目前正在實(shí)施的一個(gè)項(xiàng)目是利用基于 LED 的光引發(fā)劑開(kāi)發(fā) LED 冷態(tài)固化墨水配方，它采用 365-400 納米波長(zhǎng)，而傳統(tǒng)UV墨水則采用 320-365 納米波長(zhǎng)。這種配方將 EFI 的 LED 噴墨專長(zhǎng)用于熱成型高延展率墨水技術(shù)和強(qiáng)化涂層領(lǐng)域。

傳統(tǒng)UV固化技術(shù)采用高溫UV光，這對(duì)使用輕質(zhì)、熱敏或尺寸不穩(wěn)定的底物造成了限制。LED 固化溫度為 81 華氏度，可提高材料穩(wěn)定性，降低變形系數(shù)，減輕材料退化程度。LED 固化的另外一個(gè)好處是，LED 燈壽命長(zhǎng)、能耗低。

通過(guò) LED 固化處理，薄膜深拉特性可以利用泡罩包裝直接裝飾等薄膜包裝應(yīng)用的超高柔韌性和色彩一致性，為真空造型創(chuàng)造新商機(jī)。

工藝簡(jiǎn)化

此外，不管是 LED 固化還是傳統(tǒng)固化方法，通過(guò)熱成型過(guò)程中的延展作用，可以提高利潤(rùn)和削減生產(chǎn)成本。出于削減成本和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的原因，采取措施簡(jiǎn)化包裝過(guò)程之后，熱成型包裝就不必采用紙板箱填料，此外還可以減少包裝組裝過(guò)程所耗時(shí)間和成本。直接在熱成型包裝上印花的另外一個(gè)好處是不必再印刷標(biāo)簽。這樣，我們就有機(jī)會(huì)利用 3D 塑料包裝上的可用數(shù)據(jù)，將條碼、序列號(hào)甚至是個(gè)性化等信息包含在內(nèi)。

光明的市場(chǎng)前景

如上述例子所示，開(kāi)發(fā)熱成型產(chǎn)品所用的單功能低交聯(lián)UV噴墨墨水推動(dòng)了技術(shù)進(jìn)步，這給各行各業(yè)的熱成型應(yīng)用開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)光明的未來(lái)。此項(xiàng)技術(shù)適用范圍廣，可：
加快市場(chǎng)投放速度。

提供更高品質(zhì)，生產(chǎn)更多相關(guān)熱成型產(chǎn)品。

減小包裝材料用量。

等等

只要充分發(fā)揮想象，就有無(wú)限可能。這僅僅是開(kāi)始。