肖穎，麻祥才，金琳，李賢峰，劉駿，王曉紅

3D網(wǎng)點(diǎn)制版參數(shù)與金屬易拉罐網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大關(guān)系的研究

肖穎1，麻祥才1，金琳1，李賢峰2，劉駿3，王曉紅4

（1.上海出版印刷高等?？茖W(xué)校，上海 200093；2.上海致彩實(shí)業(yè)有限公司，上海 201802； 3.北京漢德圖像設(shè)備有限公司，北京 102600；4.上海理工大學(xué)，上海 200093）

采用激光直接雕刻3D網(wǎng)點(diǎn)制版方式實(shí)現(xiàn)金屬易拉罐網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大的控制。以鋁質(zhì)易拉罐為承印材料，改變3D網(wǎng)點(diǎn)的形狀、戴帽、雕刻側(cè)峰角度等參數(shù)后進(jìn)行制版和印刷，對(duì)印品的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大進(jìn)行測(cè)量和分析，以確定最佳的制版參數(shù)。圓方形網(wǎng)點(diǎn)在50%中間調(diào)的表現(xiàn)優(yōu)于圓形網(wǎng)點(diǎn)的，“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)的還原效果優(yōu)于“無(wú)戴帽”網(wǎng)點(diǎn)的，雕刻側(cè)峰角度80°的網(wǎng)點(diǎn)比雕刻側(cè)峰角度50°的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值小。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)加網(wǎng)線數(shù)和加網(wǎng)角度確定后，選擇圓方形“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)和較大雕刻側(cè)峰角度有利于改善金屬易拉罐的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大。

激光直雕；3D網(wǎng)點(diǎn)；制版參數(shù)；網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大

金屬包裝因具有色彩豐富、保護(hù)性能良好等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于食品、飲料和日化等快速消費(fèi)品領(lǐng)域[1]，其材料主要包括鍍錫薄鋼板、無(wú)錫薄鋼板、鋁合金薄板、鍍錫薄鋼板等。這些材料以板狀、箔狀或容器狀進(jìn)行印刷后再次加工成型，以滿足不同客戶群體的需求[2]。在各類金屬包裝中，易拉罐是一類常見的液體包裝容器，其印刷方式主要為凸版膠印[3]。由于材料本身無(wú)吸收性，容易導(dǎo)致印刷過(guò)程中的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大嚴(yán)重，因此，如何有效控制這類印刷品的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

易拉罐是使用鋼基底樹脂凸版進(jìn)行印刷，其制版方法與柔性版的制版方法相同，即傳統(tǒng)陰圖菲林或激光直接成像（CDI）制版。這2種制版方式均需進(jìn)行背曝光、主曝光、沖洗、干燥、后曝光、去黏曝光等步驟[4]，印版表面的網(wǎng)點(diǎn)再現(xiàn)質(zhì)量受曝光能量以及曝光時(shí)間等因素的影響較大，此外網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維參數(shù)的變化，最終導(dǎo)致印品的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值較難控制[5]。激光直接雕刻技術(shù)是利用激光能量直接將滾筒表面的鋅層蒸發(fā)后形成網(wǎng)穴，網(wǎng)穴的面積、深淺均實(shí)現(xiàn)可變，此后這一技術(shù)也逐漸應(yīng)用于橡膠凸版的雕刻[6-7]。相較于菲林和CDI制版技術(shù)，采用激光直雕技術(shù)制成的印版用水沖洗、干燥后就可直接上機(jī)印刷，更加有利于網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大的控制[8]。

激光直接雕刻制版技術(shù)[9]借助激光技術(shù)，凹版版輥的網(wǎng)穴形狀、深度可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化特征，凸版網(wǎng)點(diǎn)的三維立體各參數(shù)也均可改變，有效滿足客戶對(duì)印刷品質(zhì)量提升和防偽的需求。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于該技術(shù)的研究主要集中在激光系統(tǒng)的類型和能量、橡膠版的種類、柔性版印刷術(shù)的應(yīng)用[10]等，而對(duì)其制版工藝優(yōu)化與印刷品網(wǎng)點(diǎn)還原質(zhì)量之間關(guān)系的相關(guān)研究較少；在對(duì)印版表面三維形貌描述模型及其應(yīng)用的研究，也僅集中在三維形態(tài)變化的分析[11]。對(duì)金屬易拉罐的研究，國(guó)內(nèi)外則主要集中在印刷圖像的變形、圖像缺陷的檢測(cè)[12-13]，并未有激光直雕制版參數(shù)對(duì)產(chǎn)品網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大控制方面的研究。

文中以市場(chǎng)常見的鋁質(zhì)易拉罐為承印對(duì)象，采用激光直接雕刻技術(shù)，改變3D網(wǎng)點(diǎn)的形狀、側(cè)峰角度、戴帽及高度等制版參數(shù)制作鋼基凸版并進(jìn)行印刷，獲得易拉罐印品表面的網(wǎng)點(diǎn)面積率，分析網(wǎng)點(diǎn)還原和擴(kuò)大情況，研究制版參數(shù)與產(chǎn)品表面網(wǎng)點(diǎn)再現(xiàn)質(zhì)量的關(guān)系，為探索金屬易拉罐網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值的有效控制提供切實(shí)可靠的方法。

1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 3D網(wǎng)點(diǎn)相關(guān)介紹

網(wǎng)點(diǎn)形狀指單個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的幾何形狀，即網(wǎng)點(diǎn)的邊緣形態(tài)或50%網(wǎng)點(diǎn)所呈現(xiàn)的幾何形態(tài)[14]，目前激光雕刻常用的3D網(wǎng)點(diǎn)是圓形網(wǎng)點(diǎn)和圓方形網(wǎng)點(diǎn)[15-16]。3D網(wǎng)點(diǎn)分為上下2個(gè)部分，上半部分就是網(wǎng)點(diǎn)的“帽子”，如果最終生成的網(wǎng)點(diǎn)含有“帽子”，則稱為“戴帽”，反之則為“無(wú)戴帽”，如圖1所示。

圖1 3D網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

網(wǎng)點(diǎn)雕刻深度是指網(wǎng)點(diǎn)頂部到網(wǎng)點(diǎn)根部與底基層交界處的高度值。網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度，也稱網(wǎng)點(diǎn)坡度，是網(wǎng)點(diǎn)的斜邊邊緣與印版底基層之間形成的夾角，其作用是增加印版上網(wǎng)點(diǎn)，尤其是孤立網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性，以提升最終產(chǎn)品的印刷質(zhì)量，如圖2所示。

1.2 測(cè)試文件的設(shè)計(jì)

考慮到實(shí)驗(yàn)應(yīng)與實(shí)際生產(chǎn)要求相一致，因此在測(cè)試文件設(shè)計(jì)上涵蓋了印刷質(zhì)量控制的全部要素，如圖3所示。由于本文是研究制版參數(shù)與產(chǎn)品網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大的關(guān)系，因此僅選擇文件中梯尺對(duì)應(yīng)的百分比采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖2 3D網(wǎng)點(diǎn)戴帽、雕刻深度和側(cè)峰角度示意圖

圖3 3D網(wǎng)點(diǎn)雕刻測(cè)試

1.3 3D網(wǎng)點(diǎn)雕刻參數(shù)的設(shè)置

在加網(wǎng)線數(shù)和角度的選擇上，文中使用目前市場(chǎng)上易拉罐產(chǎn)品常用的110 dpi加網(wǎng)線數(shù)和45°加網(wǎng)角度。在確定加網(wǎng)線數(shù)和角度后，網(wǎng)點(diǎn)形狀選擇圓形網(wǎng)點(diǎn)和圓方形網(wǎng)點(diǎn)，網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度設(shè)置為50°和80°，均為實(shí)際生產(chǎn)常用參數(shù)。通過(guò)改變3D網(wǎng)點(diǎn)的網(wǎng)點(diǎn)形狀、戴帽和雕刻側(cè)峰角度等雕刻參數(shù)對(duì)測(cè)試文件進(jìn)行制版，共計(jì)有8種組合方式，如圖4所示。帽高設(shè)定為自動(dòng)變化模式，1%網(wǎng)點(diǎn)的帽高設(shè)定為最大值50 μm，雕刻系統(tǒng)會(huì)依次遞減自動(dòng)計(jì)算。

圖4 3D網(wǎng)點(diǎn)雕刻參數(shù)的組合

1.4 實(shí)驗(yàn)儀器

選擇Flint Group nyloprint WS 83型樹脂版，使用SPGPRINTS AGRIOS 5112型激光直接雕刻機(jī)進(jìn)行雕刻，TXW600一體機(jī)進(jìn)行主曝光、洗版、烘版和后曝光?？紤]易拉罐印刷是在產(chǎn)線上從鋁卷的沖杯、拉伸、印刷到包裝一次性完成，因此用打樣取代印刷步驟。選用ISGO–CANmini 8081 A+打樣機(jī)進(jìn)行打樣，由于易拉罐產(chǎn)品是采用網(wǎng)點(diǎn)扣套方式進(jìn)行印刷，各色版之間的相互影響基本不存在，所以只需進(jìn)行單色打樣，且控制打樣設(shè)備的印刷壓力與實(shí)際產(chǎn)線的印刷壓力一致即可達(dá)到研究目的。選用與實(shí)際產(chǎn)線一致的INX專色藍(lán)墨進(jìn)行打樣。

激光直接雕刻制版完畢，使用ZEISS LSM 800高分辨激光共聚焦顯微鏡配合ZEN 2.6分析軟件對(duì)印版上的3D網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行掃描與成像、重構(gòu)與分析。使用愛色麗Xrite SP62獲取易拉罐打樣產(chǎn)品上的網(wǎng)點(diǎn)信息。

1.5 制版與打樣參數(shù)的設(shè)定

易拉罐產(chǎn)品進(jìn)行激光雕刻制版的參數(shù)見表1。打樣時(shí)，選擇330 mL規(guī)格的易拉罐，打樣機(jī)的包襯材料的壓縮量控制在3絲（100絲=1 cm）左右。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 印版表面3D網(wǎng)點(diǎn)的還原特征

為進(jìn)行比對(duì)研究，本文拍攝了8種組合方式制成的8張印版中2%、5%、10%、25%、50%、75%、90%的7種3D網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖，考慮到篇幅問題，這里以網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度為50°的5%圓形網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行分析說(shuō)明。

由于激光直接雕刻3D網(wǎng)點(diǎn)的步驟是在版材全面主曝光完成之后進(jìn)行，交聯(lián)固化后的樹脂在激光作用下發(fā)生融解并氣化。在網(wǎng)點(diǎn)側(cè)面由于受熱量可擴(kuò)散的空間小，熱能過(guò)分集中導(dǎo)致側(cè)面出現(xiàn)過(guò)燒或掛渣現(xiàn)象，網(wǎng)點(diǎn)坡度的融邊效果會(huì)發(fā)生波動(dòng)。圖5為共聚焦顯微鏡對(duì)印版中5%圓形網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行掃描成像并重構(gòu)后的3D網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖和頂部特征圖，圖5中可以直觀看出，相較于“無(wú)戴帽”網(wǎng)點(diǎn)，“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)的頂部尺寸更小。

這一現(xiàn)象進(jìn)一步從圖6中的網(wǎng)點(diǎn)二維輪廓擬合圖中得以證實(shí)，“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)頂部尺寸比“無(wú)戴帽”網(wǎng)點(diǎn)頂部尺寸約小20%～30%。此外，在圖6中“無(wú)戴帽”和“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)參數(shù)圖中還能直觀地看到“無(wú)戴帽”網(wǎng)點(diǎn)實(shí)際側(cè)峰角度分別為27.312 9°和35.267 8°，而“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)實(shí)際側(cè)峰角度分別為39.772 7°和44.082 7°，“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)還原雕刻側(cè)峰角度更接近于制版前設(shè)定的50°側(cè)峰角度，這是由于網(wǎng)點(diǎn)戴帽后彼此間距增大，激光燒蝕后熱量擴(kuò)散的空間增加，減少了掛渣現(xiàn)象。

表1 激光雕刻制版的參數(shù)

Tab.1 Parameters of laser engraving plate making

圖5 重構(gòu)后的3D網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和頂部特征

圖6 3D網(wǎng)點(diǎn)分析結(jié)果

綜合圖5和圖6可知，在制版過(guò)程中“戴帽”3D網(wǎng)點(diǎn)的坡度更為陡峭，網(wǎng)點(diǎn)頂部尺寸更小。用顯微鏡對(duì)8張印版上圓形3D網(wǎng)點(diǎn)剩余的2%、10%、25%、50%、75%、90%，以及圓方形3D網(wǎng)點(diǎn)的7種網(wǎng)點(diǎn)面積百分比結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行掃描和重構(gòu)分析，同樣符合圖5和圖6的分析結(jié)果。這說(shuō)明在相同印刷條件下，網(wǎng)點(diǎn)頂部尺寸更小、側(cè)峰角度更陡峭的印版更有利于控制印刷過(guò)程中的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大，改善產(chǎn)品的階調(diào)再現(xiàn)。

2.2 易拉罐印品表面網(wǎng)點(diǎn)百分比數(shù)據(jù)分析

使用分光光度計(jì)測(cè)量8張印版打樣后易拉罐表面對(duì)應(yīng)部位的網(wǎng)點(diǎn)百分比，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值，如表2所示。

表2 網(wǎng)點(diǎn)百分比數(shù)據(jù)

Tab.2 Dot percentage data %

將表2中雕刻參數(shù)的網(wǎng)點(diǎn)百分比標(biāo)準(zhǔn)值外加0%和100%定為橫坐標(biāo)，計(jì)算出的印品網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值為縱坐標(biāo)繪制折線圖，出現(xiàn)相同網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度、“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)與“無(wú)戴帽”網(wǎng)點(diǎn)、相同網(wǎng)點(diǎn)形狀這3類情形，如圖7、圖8和圖9所示。

由圖7 a可以看出，網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度為50°時(shí)，圓方形“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值最小，圓形“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)次之，而“無(wú)戴帽”的圓形網(wǎng)點(diǎn)和圓方形網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值均較大。由圖7 b可以看出，在網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度為80°時(shí)，無(wú)論圓形網(wǎng)點(diǎn)和圓方形網(wǎng)點(diǎn)是否戴帽，各自印品的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值均相差不大。觀察圖7a、b，還可以發(fā)現(xiàn)雕刻側(cè)峰角度為80°的網(wǎng)點(diǎn)比雕刻側(cè)峰角度為50°的網(wǎng)點(diǎn)整體擴(kuò)大值小。

觀察圖8a，對(duì)“無(wú)戴帽”網(wǎng)點(diǎn)而言，網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度為80°的圓方形網(wǎng)點(diǎn)和圓形網(wǎng)點(diǎn)的擴(kuò)大值明顯小于網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度為50°的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值，尤其是高光和亮調(diào)的區(qū)域尤其明顯。由圖8 b可以看出，對(duì)“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)而言，網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度為50°的圓方形網(wǎng)點(diǎn)的擴(kuò)大值最小，其余3種類型網(wǎng)點(diǎn)的擴(kuò)大值相差不大。觀察圖8a、b，同樣發(fā)現(xiàn)“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)的擴(kuò)大值整體比“無(wú)戴帽”網(wǎng)點(diǎn)的擴(kuò)大值小。

圖 7 2種網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度下的印品網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值

圖8 “戴帽”網(wǎng)點(diǎn)與“無(wú)戴帽”網(wǎng)點(diǎn)下的印品網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值

觀察圖9發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是圓方形網(wǎng)點(diǎn)還是圓形網(wǎng)點(diǎn)，制版時(shí)選擇網(wǎng)點(diǎn)戴帽后的印品擴(kuò)大值均小于不戴帽網(wǎng)點(diǎn)的。在圖9a中，網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度為50°的圓方形“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)的印品網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值最??；在圖9b中，網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度為80°的圓形“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)的印品網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值最小。此外，還能發(fā)現(xiàn)這2種網(wǎng)點(diǎn)無(wú)論有無(wú)戴帽，其印品的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大程度變化總體比較接近，這意味著在激光雕刻3D網(wǎng)點(diǎn)制版過(guò)程中，網(wǎng)點(diǎn)形狀并非影響網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值的主要因素。

通過(guò)數(shù)字放大鏡拍攝打樣后易拉罐表面2%、5%、10%、25%、50%、75%、90%部位的網(wǎng)點(diǎn)圖片，每個(gè)部位可獲得8張圖片，同樣考慮篇幅問題，還是以5%的網(wǎng)點(diǎn)為例進(jìn)行分析，如圖10所示。觀察圖10a—h能發(fā)現(xiàn)，“無(wú)戴帽”網(wǎng)點(diǎn)特征的印版印刷易拉罐產(chǎn)品時(shí)網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大更明顯，網(wǎng)點(diǎn)清晰度略差，這也印證了圖5—9的分析結(jié)果。

圖9 2種網(wǎng)點(diǎn)形狀下的印品網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值

圖10 不同制版參數(shù)5%網(wǎng)點(diǎn)的印刷效果

優(yōu)化參數(shù)后的打樣實(shí)物圖片見圖11。

圖11 優(yōu)化參數(shù)后的打樣實(shí)物

3 結(jié)語(yǔ)

本文首次對(duì)金屬印刷中鋁質(zhì)易拉罐印刷的激光直接雕刻3D網(wǎng)點(diǎn)制版參數(shù)與產(chǎn)品網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值之間的關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，可以得出如下結(jié)論：

1）在激光雕刻過(guò)程中采用給網(wǎng)點(diǎn)“戴帽”的方式來(lái)控制產(chǎn)品網(wǎng)點(diǎn)的擴(kuò)大值，對(duì)圓形網(wǎng)點(diǎn)和圓方形網(wǎng)點(diǎn)都有效。

2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明影響易拉罐產(chǎn)品網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大的主要因素為網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度和網(wǎng)點(diǎn)戴帽參數(shù)，與網(wǎng)點(diǎn)形狀的關(guān)聯(lián)度不緊密。

3）當(dāng)“戴帽”網(wǎng)點(diǎn)的加網(wǎng)線數(shù)、網(wǎng)點(diǎn)形狀和加網(wǎng)角度確定后，網(wǎng)點(diǎn)雕刻側(cè)峰角度為80°有利于改善易拉罐產(chǎn)品的網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大值。

此外，還可通過(guò)調(diào)整曝光次數(shù)、調(diào)整印版類型、改變激光聚焦的直徑和能量，建立激光直接雕刻3D網(wǎng)點(diǎn)狀態(tài)與金屬易拉罐印刷品網(wǎng)點(diǎn)還原特性的關(guān)系模型，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品表面網(wǎng)點(diǎn)的再現(xiàn)質(zhì)量。

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Relationship between 3D Dot Plate Making Parameters and Dot Gain of Metal Cans

XIAO Ying1, MA Xiang-cai1, JIN Lin1, LI Xian-feng2, LIU Jun3, WANG Xiao-hong4

(1. Shanghai Publishing and Printing College, Shanghai 200093, China; 2. Shanghai T.C. Industrial Co., Ltd., Shanghai 201802, China; 3. Hand Graphic Equipment Co., Ltd., Beijing 102600, China; 4. University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

The work aims to realize the control on dot gain of metal cans by laser direct engraving 3D dot plate making. With aluminum can as the printing material, plate making and printing were carried out by changing the parameters such as the shape of 3D dot, capping and engraving side peak angle. The dot gain of printed products was measured and analyzed to determine the best plate making parameters. The performance of rounded square dot in the middle tone was better than that of round dot, and the reduction effect of "capped" dot was better than that of "un-capped" dot. The dot gain value of dot with engraving side peak angle of 80° was smaller than that of dot with engraving side peak angle of 50°. When the number of screening lines and screening angle are determined, it is suggested to select rounded square "capped" dots with large engraving side peak angle, which is conducive to improving the dot gain of metal cans in actual production.

laser direct engraving; 3D dot; plate making parameters; dot gain

TS813

A

1001-3563(2023)05-0203-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.05.026

2022?02?23

新聞出版署智能與綠色柔版印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和招標(biāo)課題（KLIGFP–03，ZBKT202001）；國(guó)家新聞出版署2019年度優(yōu)秀重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目（Z6E–0404–20–01–01y）

肖穎（1973—），女，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)橛∷⒐に嚺c包裝印刷技術(shù)。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋