基于水性UV固化墨水的3D数字整饰方法及设备与流程

本发明涉及一种印刷品表面数字增效的方法，即利用射流打印的方式，实现印刷品表面3d整饰加工效果，以增加产品的吸引力和货架表现力，提高其附加值，还可以实现盲文印刷以及利用3d图文进行数字压痕工艺。

背景技术：

就像蒸汽机的发明是第一次工业革命的标志、电力是第二次工业革命的标志，那数字技术无疑是第三次工业革命的标志。数字技术的广泛应用正在改变着整个世界，自然也包括着已有千年历史的印刷。

从1938年全球采用第一台静电成像原理的数字复印机算起，数字技术在印刷领域的应用已有80年的历史。但数字印刷被大众广泛接受大致是在20年前，这时大街小巷出现了星罗棋布的数字打印门店。近几年，在技术开发商们的共同努力下，数字印刷机在承印幅面、速度、质量、介质上又有了实质性的提升，具备了渗透进入各个领域的能力。

市场对于印刷品的品质和特色要求越来越高，不仅希望数码印刷的产品质量与传统印刷的品质相媲美，还希望数码印刷的产品拥有丰富的表面效果，如何利用数字技术实现这些效果是行业一直研究的方向。

3d数字整饰是由以色列视高迪公司率先提出的，其利用100%固含量的uv固化墨水，依靠喷头阵列在基材表面大墨量堆积出数微米甚至数毫米的图文，并在墨水铺展之前迅速固化，以实现触感工艺（scodixsense）；也可以在固化后再进行转印，以实现数字烫印工艺（scodixfoil）。

关键技术

视高迪采用100%固含量的uv固化墨水，无溶剂挥发，打印效率高，墨水采用活性单体稀释保证体系处于较低粘度（10mpas左右）以使墨水能够顺利通过喷头并以墨滴形式喷射在基材表面。墨水的固化是由引发剂被紫外线激活而引发的交联反应，如果固化不完全时墨水中的树脂成分能产生很强的粘性从而粘接电化铝实现烫印。

视高迪整饰增效有目共睹，但是，该设备并未被大多数客户尤其是国内客户所接受，原因有如下：

1）设备价格高，视高迪基础型设备市场价100万人民币以上，同时配备上光/烫印模块的进阶型200万人民币以上，耗材墨水价格5000元/公斤，设备维护费用也极高；

2）视高迪设备价格高的根本原因是喷头成本，其为满足高速喷墨（4000张/小时印速）而设计的喷头阵列，包括20个工业喷头，每个工业喷头的售价在3-5万人民币，也就是说喷头成本在60-100万人民币；

3）纯uv固化墨水（100%固含量）的堵头问题不可忽视，固化模块里极其微量的uv紫外光外泄都易引起堵头风险，从而损坏喷头；

4）纯uv固化墨水有较强的腐蚀性，对普通塑料材质溶胀性强，因此喷头、管道、墨仓都需耐腐蚀，工艺复杂、设备昂贵；

5）纯uv固化墨水无溶剂挥发被认为是绿色环保的，但不意味着它是操作者友好的，之所以纯uv固化墨水可以达到很低的粘度10mpas是因为它本身加入了大量的活性稀释剂，活性稀释剂用于降低墨水中预聚物的粘度同时也参与到固化反应中，稀释剂分子量越小粘度越低稀释效果越明显，但分子量越低挥发性越大毒性也越大，某稀释剂的ld50值达到0.21ml/kg（强致癌物苯ld50=3306mg/kg）可以说毒性相当大；

纯uv固化墨水打印车间内工人经常用丙酮来擦洗喷头，查阅相关资料丙酮为国家实行管制的二类易制毒化学品，私自购买、储存和使用将触犯刑法。

技术实现要素：

为解决以上纯uv固化墨水使用过程中设备复杂、制造价格高、使用成本高、墨水毒性大的问题，本发明基于水性uv固化墨水，提供一种设备简单、工艺简单、易于操作、环保安全，能满足印刷品表面3d烫印、3d局部uv上光、3d闪亮颗粒装饰、数字压痕、盲文印刷等整饰工艺的方法。

一种基于水性uv固化墨水实现3d数字整饰的方法，包括以下步骤：

1）用射流模块将水性uv固化墨水打印在基材表面；

2）所述基材进入干燥模块内进行热干燥；

3）所述基材进入固化模块内进行uv固化。

本发明的方法，所述的射流模块，其结构主要包括：xy控制平台、喷射部件。

所述的喷射部件，其结构主要包括：喷嘴防护盖、喷嘴、滤网、喷腔、墨仓、气压调节器、气源。

所述的喷嘴，其结构主要包括：嘴身、嘴尖、活动堵头、压簧、带孔隔板。

所述的活动堵头以及嘴尖，其都进行圆角处理以及耐磨处理。

本发明的方法，所述的水性uv固化墨水，其固含量为30-80%之间，优选40%-60%之间；其粘度为20-200mpas之间，优选50-150mpas（25℃）之间；其表面张力值为40-60dyn/cm之间。

本发明的方法，所述的干燥模块，其结构主要包括：干燥腔、远红外灯、发热平台，内部干燥温度为30-100℃之间，优选50-80℃之间。

本发明的方法，进一步还包括：

4）所述基材进行电化铝转印；

5）所述基材再次进行uv固化。

本发明的有益效果：

1）射流装置比较简单，xy控制平台技术较为成熟，能低成本实现3d喷印；

2）高固含量、高粘度的墨水使干燥时间缩短，实现3d图文更为高效；

3）高表面张力值使墨水在基材上铺展困难，更易形成凸起3d图文；

4）通过调整喷嘴与基材接触时间，可以非常简单地控制喷印图文的3d凸起高度；

5）控制气源压力可以增大喷嘴出墨量，实现高速3d喷印；

6）热传导与远红外烘干的结合，使墨水干燥更高效，实现3d图文快速定型；

7）利用水性uv固化墨水，voc排放为0，工艺完全符合国家环保法规；

8）水性uv固化墨水含水量达20-70%，不存在堵头风险；

9）水性uv固化墨水ph值接近中性7，皮肤接触安全，不腐蚀喷头、管道、墨仓。

附图说明

图1示出了3d局部uv上光增效流程中具体工序。

图2示出了3d烫印增效流程中具体工序。

图3示出了数字压痕工艺中具体工序。

图4示出了射流模块结构简图。

图5示出了不带气源的喷射部件结构简图。

图6示出了带气源的喷射部件结构简图。

图7示出了喷嘴的结构简图。

图8示出了喷嘴打印过程的原理简图。

图9示出了干燥模块的结构简图。

具体实施方式

本发明要解决的是如何采用设备简单、工艺简单、易于操作、环保安全的方法，快速、高效地实现3d增效、数字压痕以及盲文印刷。

本发明涉及一种基于水性uv固化墨水实现3d数字整饰的方法，包括以下步骤：

1）用射流模块将水性uv固化墨水打印在基材表面；

2）所述基材进入干燥模块内进行热干燥；

3）所述基材进入固化模块内进行uv固化。

本发明的方法可选的进一步还包括：

4）所述基材进行电化铝转印；

5）所述基材再次进行uv固化。

图1示出了3d局部uv上光增效流程中具体工序。如图1所示，步骤1）用射流模块（1-2）将水性uv固化墨水打印在基材（1-1）表面形成墨膜（1-3）；步骤2）将打印完的基材送入干燥模块（1-4）内进行热干燥；步骤3）待干燥完毕后将基材送入固化模块（1-5）内进行彻底uv固化；完成3d局部uv上光工艺后的基材（1-6）表面形成凸起的3d局部上光图文。

图2示出了3d烫印增效流程中具体工序。如图2所示，完成与图1所示的步骤1）打印、步骤2）干燥后，步骤3）将基材送入固化模块（2-1）内进行快速uv固化，该固化模块（2-1）功率较低，墨膜（2-3）在快速uv固化后产生很高的粘性；步骤4）在压辊（2-2）的压力作用下，高粘性的墨膜（2-3）将电化铝（2-4）上的转移层粘附并从电化铝表面撕离下来；步骤5）将基材再次送入固化模块（2-5）内进行彻底uv固化；完成3d烫印工艺后的基材（2-6）表面形成凸起的3d烫印图文。

图3示出了数字压痕工艺中具体工序。如图3所示，基材选用耐压的板材（3-1），完成步骤1）打印、步骤2）干燥、步骤3）紫外固化后，基材（3-2）表面形成了凸起的3d图文，将基材（3-2）与待压痕材料（3-4）复合并经过高压辊（3-3）；完成数字压痕的材料（3-5）表面形成明显的压痕线（3-6）。

其中，步骤1）所述的射流模块（1-2），其结构主要包括：xy控制平台、喷射部件。图4示出了射流模块结构简图，如图4所示其结构包括：xy控制平台（4-1）、喷射部件（4-4）；xy控制平台一般还包括导轨（4-3）以及移动小车（4-2），该技术广泛应用于刻字机和激光切割机，为现有成熟技术，此处不再详述。

其中，喷射部件（4-4）结构主要包括：喷嘴防护盖、喷嘴、滤网、喷腔、墨仓、气压调节器、气源。

图5示出了不带气源的喷射部件结构简图，如图5所示其结构包括：喷嘴防护盖（5-1）、喷嘴（5-2）、滤网（5-3）、喷腔（5-4）、输墨管（5-5）、墨仓（5-6）、出墨口（5-7）、通气孔（5-8）、加墨孔（5-10）、胶塞（5-9）。在设备断电停机的时候，喷嘴防护盖（5-1）罩在喷嘴（5-2）上防止墨水干结；该喷射部件的供墨原理是喷腔（5-4）与墨仓（5-6）保持连通，利用虹吸原理将墨仓（5-6）里的墨水源源不断地补充到喷腔（5-4）中。由于采用的是水性uv固化墨水，故喷腔（5-4）、墨仓（5-6）以及输墨管（5-5）都采用遮光材料。

图6示出了带气源的喷射部件结构简图，如图6所示，其结构与图5不同的是变换了墨仓（6-1）上的通气孔（6-3）以及加墨孔（6-4）的位置，有利于对墨仓加压；增加了输气管（6-5）、压力调节器（6-6）、气源（6-7）；该喷射部件的供墨原理是无油气源（6-7）将气体输送到墨仓（6-1）内形成特定的气压，以使墨水不断地从墨仓（6-1）补充到喷腔（5-4）中.，压力调节器（6-6）通过调节气压来控制喷嘴的出墨速度。

其中，喷嘴（5-2）结构主要包括：嘴身、嘴尖、活动堵头、压簧、带孔隔板。图7示出了喷嘴的结构简图，如图7所示其结构包括：嘴身（7-5）、嘴尖（7-3）、活动堵头（7-1）、压簧（7-4）、带孔隔板（7-6）；嘴尖（7-3）有一圆孔，通常情况下活动堵头（7-1）在压簧（7-4）作用下恰好堵住嘴尖（7-3）的圆孔，而一旦喷嘴与基材接触，活动堵头（7-1）受到压力将缩入嘴身（7-5），活动堵头（7-1）与嘴尖（7-3）的圆孔之间将出现空隙，墨水在重力和压力的作用下从空隙处流出；压簧（7-4）一端连接活动堵头（7-1），一端连接带孔隔板（7-6），带孔隔板（7-6）上有很多孔洞（7-7）供墨水通过。为增加寿命，嘴尖（7-3）以及活动堵头（7-1）都进行圆角处理以及耐磨处理（如镀覆耐磨层（7-2））。

图8示出了喷嘴打印过程的原理简图。如图8所示（为方便描述，此处仅标注了z轴方向），在驱动程序的控制下，xy控制平台上的喷嘴从原点（8-1）移动到目标位置（8-2），到达目标位置（8-2）后喷嘴沿z轴反向下降至与基材（8-5）接触，受到压力作用喷嘴上的活动堵头（7-1）缩入嘴身（7-5），墨水从空隙处流出；喷嘴沿z轴方向抬起与基材脱离接触，然后移动到下一目标位置（8-3），到达目标位置（8-3）后喷嘴沿z轴反向下降至与基材接触，并保持接触移动到目标位置（8-4），这一过程墨水持续从空隙处流出，在位置（8-4）喷嘴沿z轴方向抬起与基材脱离接触；完成这一系列动作后，经过墨水的流平和铺展，基材（8-5）表面打印出了一个3d点和一条3d线。

步骤2）所述的干燥模块（1-4），其结构主要包括：干燥腔、远红外灯、发热平台；图9示出了干燥模块的结构简图，如图9所示其结构包括：干燥腔（9-3）、远红外灯（9-4）、发热平台（9-2）、电加热丝（9-1）、温度感应器（9-5），感应器精确控制腔内温度，温度范围为30-100℃之间，优选50-80℃之间；该设计有利于提高干燥速度，使墨水快速干燥定型。

本发明中的水性uv固化墨水，其关键参数为：固含量为30-80%之间，优选40%-60%之间；其粘度为20-200mpas之间，优选50-150mpas之间；其表面张力值为40-60dyn/cm之间。较高的固含量使墨水更容易干燥，较高的粘度值和表面张力能有效地控制墨水的铺展，使墨水更易形成凸起3d图文。粘度测定仪器为ndj-5s旋转粘度计，室温（25℃）下测量；表面张力值测定仪器为bzy-101表面张力仪，室温（25℃）下测量。

实施例

实施例ⅰ3d局部uv上光

将喷射部件（定制）安装在亿图ca24刻字机的xy控制平台上，灌入水性uv固化墨水，墨水的参数为：固含量40%、粘度60mpas、表面张力值为45dyn/cm。将水性uv固化墨水打印在白卡纸（300g）基材表面，然后进入干燥模块热干燥1min，接着进入固化模块（1000w汞灯）进行紫外固化5s，完成3d局部uv上光。

实施例ⅱ3d烫印

将喷射部件（定制）安装在大族粤铭激光cma6040激光切割机的xy控制平台上，灌入水性uv固化墨水，墨水的参数为：固含量50%、粘度100mpas、表面张力值为50dyn/cm。将水性uv固化墨水打印在铜版纸（300g）基材表面，然后进入干燥模块热干燥10s，接着进入固化模块（250w汞灯）进行快速紫外固化5s，随后进行电化铝转印，采用的电化铝为岱棱冷烫印金箔，最后基材再次进入固化模块（1000w汞灯）进行彻底紫外固化5s，完成3d烫印。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。