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兼顾品质和成本的薄膜印刷密度提升方案
时间:2019-07-09 14:29:29

  长期以来在市场驱动下,包装印刷行业围绕成本和品质进行持续优化,但对于柔印软包装印刷,仍旧存在不少亟待解决的问题。特别是在我国,凹印长期占据主导地位,如何利用各种新技术,快速提升柔印品质,接近或达到传统凹印用户对品质和成本的综合要求,仍然困扰着一些柔印企业。

  其中最常见的问题就是,由于印刷工艺的不同,柔印的实地密度往往距离凹印有较大差距。外观上看来多数柔印产品显得颜色暗淡,色彩饱和度低,对消费者吸引力不足。部分企业采用对一种颜色两次印刷的方式,但这会导致印版和油墨成本上升,特别是薄膜里印覆合工艺中广泛使用的白墨,由于需求量大,其成本往往可以占到油墨总成本的40-50%,非常不利于凹印转柔印的业务开展。

  一、实地加网技术对实地密度的提升

  为了解决柔印油墨转移问题,多年前出现了实地加网技术,也被称为微网穴技术,基本原理就是在实地表面通过软硬件的配合,在版材表面制作微小网点,用以提升柔印实地密度。Esko的HD Microcell是这类技术的代表。由于工艺简单,实地加网技术在2010年前后获得了不少用户的关注,可是在大量使用后发现,因为使用圆顶网点,实地密度提升并不高,只是均匀性得到提升,加之长单重复性差,所以这项技术一度推广受阻。直到平顶网点制版技术出现,特别是自带平顶网点印版的大量推出后,实地加网技术得到了空前进步,实地密度大幅度提升,实地加网技术才再次获得了大家的关注,比较有代表性的技术有Esko的Pixel+(以下简称P+)技术和Kodak的DigiCap加网技术,二者的共同特点都是新型加网技术(软件)和激光雕刻技术(硬件)的结合。

  大量测试表明,在同样的印刷条件下,配合改进后的激光雕刻技术,平顶网点印版可以比圆顶网点的实地印刷密度有明显提升,同时均匀性也有显著改善。如图1所示,三种技术的印版,在相同印刷条件下实地密度分别为1.15、1.28和1.54;可见,平顶网点印版实地加网对颜色实地密度的提升更大。究其原因,平顶网点印版因为网点边缘锐利,对于微穴网点的制作控制更为精准,可以生成直径更小的微穴,获得更大的印版实地表面积。

  早期的平顶网点技术由于多数依赖于额外的材料和设备,在生产的稳定性和重复性上,都有一定的局限性,直到自带平顶网点的印版出现后,实地加网技术的稳定性才有进一步提升。

  2018年,在自带平顶网点系列印版推3年出后,杜邦发布了针对实地加网的Easy Brite网点技术。该加网技术提供了5种网点供用户选择,其中三种基于P+的激光雕刻技术,图2所示即为其中的两种;而另外两种,只需要有4000dpi的分辨率的普通激光雕刻设备(不需要P+硬件配合)就可以使用。二者的区别主要在于,后者针对P+可以雕刻更为精细网点的特点,采用了优化的算法,因此网点形态与前者完全不同。

  在使用之前,三种P+网点必需进行P+能量测试和单色测试,P+网点往往可以达到最好的油墨转移效果;而两种普通的网点效果将超过普通微网穴加网,略逊P+网点,但胜在过程简单,因为不必再去做激光能量测试,只要单色测试即可,也避免了P+的种种波动性,重复性更为可靠。

  薄膜实地印刷质量评价中,对于彩墨,我们通常采用密度或色度进行印刷质量评价;而对于白墨,因为关注点在遮盖效果,所以多用不透明度(Opacity)进行评价,具体可以参考ISO 2471。常见的测量仪器如X-Rite公司的Exact分光光度计,测量方法简单便捷,在透明薄膜的白墨印刷评价中较为常用。测量方法可以参考:

  在测试中发现,EasyBrite网点不单单能够提升油墨转移量,对改善油墨流平性也大有帮助。图3左右两图为不透明度为52%的两个印刷样本放大图。在印刷表现上效果差别很大,右图有大量漏白,生产虽然使用了大量的白墨,但白墨并没有很好地在薄膜表面均匀铺展开来,没有取得期望中的效果。

  这是薄膜印刷中常见的问题,实地表面有大量漏白(也称针孔),同时墨色不均匀,视觉上有明显的深浅差异。根本原因在于,针对印刷不均匀的实地表面,为弥补漏白区域对不透明的负面影响,必须增加非漏白区域的白墨不透明度,也就是增加油墨上墨量。局部区域的过量油墨堆积并不能改变色度或者不透明度,反而造成了油墨浪费;同时为了保证油墨干燥,势必增加干燥单元能耗,抑或降低印刷速度,又造成额外能源浪费,也有油墨干燥不良粘脏的风险。

  理想的状态是:通过将油墨更均匀的铺展在承印材料表面,获得均匀的墨层厚度,而这个墨层厚度可能并不需要很高,就可以和堆积大量凹凸不平的油墨在薄膜表面获得同样印刷效果。这个技术思路因为可以节约成本、提高效率,目前已经广泛用于各种印刷方式,从传统印刷的胶印、柔印,到最新的数码印刷,是一个值得深入了解的领域。

  二、Brite指数的引入让图像质量评价更具实际意义

  针对薄膜印刷中的实地针孔现象,常规的密度、色度及不透明度测量方法无法准确的描述这种差异,因此,需要一种更准确的图像质量评价方法,通过分析采集到的图像获得数据化的测试结果。

  2001年ISO针对复印打印设备的图像质量发布了ISO 13660,在图像视觉评估上引入了颗粒度(Graineness)和斑点(Mottle)两个评价指标。两个指标对薄膜印刷具有指导意义,特别是可以量化实地针孔、漏白等问题,对品质检验、客户签样、过程控制等数据化质量控制有积极意义。

  根据GB/T 9851.8-2013《印刷技术术语 第8部分:数字印刷术语》和ISO13660一致的定义,颗粒度(Graineness)为所有方向上空间频率大于0.4周期/mm的非周期性密度或反射系数的波动;斑点(Mottle)为所有方向上空间频率小于0.4周期/mm的非周期性密度或反射系数的波动。二者都是用图像分析的方法评价实地表面的均匀性——通过把采集到的图像按照固定尺寸进行分割,再比较这些它们之间的颜色差异。按照ISO 13660的要求,对于被测样品(如图4所示),采样区域不得小于161平方毫米且最小边长不得小于12.7平方毫米,将该区域均匀分割100块,且保证每块区域间不得重叠或弯曲。再对每一块区域密度测量值的平均偏差进行计算得出颗粒度数据,图4中各子区域之间的密度波动频率越高,图像颗粒度和斑点值就越大。

  颗粒度和斑点值数据指标从另一个方面可以理解为,把较大的实地测量区域分割成微观区域,分别测量其微观密度,再比较这些微观区域之间的差异。这个两个指标的本质不同在于对于采样点的大小的定义。具体测量和计算方法可以参考ISO 13660:2001(E)。

  在对颗粒度和斑点值这两个概念长期分析和测量后,人们已经意识到,获得更好的实地印刷,并不是简单提高不透明度或者实地密度,而是在要把不透明度和颗粒度、斑点值两个图像评价指标考虑进来,这样的实地评价才更接近于实际生产中质检和品控人员对实地的检测要求,是一个量化了视觉评价和不透明度的综合指标。因此,杜邦™赛丽®推出了更为准确的评价指标Brite指数,根据测量仪器的不同,该指数分别进行了定义。由于测量仪器之间的巨大差异,该指数指定使用QEA或FAG的测量仪进行测量。

  以QEA PIAS-II为例,用户需要使用其颗粒度测量模块,获得颗粒度数据,再配合不透明度获得Brite指数。具体分析和使用方法可以参考 https://www.qea.com/products/image-analysis/pias-ii/。

  图5为采用Easy Brite的实际应用案例,测试中使用了5.0BCM,7.5BCM和9.0BCM三种不同传墨量的网纹辊和三种Easy Brite网点,这里我们只截取了部分数据进行分析。图中O为不透明度(Opacity,图中数字为百分数的数值),G为颗粒度(Graineness),M为斑点值(Mottle)。

  在采用新技术之前,该用户长期使用5.0BCM的网纹辊,采用普通实地印版,以印刷两次白墨方式获得理想的效果,可以达到63.4%的不透明度、1.1和1.4的颗粒度和斑点值,Brite指数为57。使用5.0BCM网纹辊印刷一遍白墨,仅能达到56%的不透明度、2.6和1.2的颗粒度和斑点值,Brite指数为22,完全不能达到用户要求的实地效果。

  在印版不使用实地加网的情况下,分别使用7.5和9.0BCM的网纹辊进行印刷,可以明显的看出,对应的Brite指数可以从22上升到35和62,有明显的升高。

  引入Brite指数的意义在于,对于以上案例,只考虑不透明度,5.0BCM印刷两次的结果似乎好过单次1号Brite P+的表现,可视觉评估上会发现5.0BCM两次印刷的薄膜表面由于大量白墨的堆积,有深浅的差异,这个差异反而降低了白墨均匀性,导致颗粒度升高。Easy Brite网点改善了这个问题,用了更少的油墨,改善了流平,提升了均匀性,因此综合视觉效果反而更好。

  对比三种网点在不同网纹辊下的Brite指数,1号BriteP+网点在5.0BCM的网纹辊下就可以达到66的Brite Index指数,这个表现已经超过了9.0BCM网纹辊下不做实地加网的表现,也远远超过了5.0BCM网纹辊两次印刷的效果。如果希望获得更好的印刷效果,只要采用7.5BCM的网纹辊和2号BriteP+网点就可以了。

  使用计量天平采用称重法,对比不同方案的油墨用量,可以测出这些技术方案最终的油墨使用量,测量结果如表1所示:

表1EasyBrite油墨节省对比

表1EasyBrite油墨节省对比

  最为节省油墨发生在采用5.0BCM网纹辊配合1号BriteP+网点的搭配上,通过减少一次印刷,可以在一个订单里节省45%的白墨并获得更好的印刷效果。而采用效果更好的7.5BCM网纹辊配合2号BriteP+网点,也会有24%的油墨节省。

  就在本文即将完成之际,笔者又得到了北美重量级软包装用户对EasyBrite网点的最近测试结果,测试结果完全符合我们的预期,明显的成本节省是用户最为关心的。同时,该技术也被日本几家占主导地位的制版公司和印刷厂采用,正逐渐进入正式生产阶段。

  从我国政府对环境的持续关注到柔印产业链内新技术层出不穷,中国的柔印业者正迎来一轮最好的发展机遇,让我们积极面对各类挑战,顺势而为,努力开拓中国柔印更美好的未来。