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从网纹辊到陶瓷网纹辊
时间:2013-05-08   来源: 包装前沿   阅读:9149次

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    谈及网纹辊,不了解的人,总觉得它很神秘:看似光滑的辊面上,居然有那么多玄妙!自以为了解它的人,也总为它头痛:明明都是按照要求,按照标准加工出来的辊轮,却总有那么一些状况,无论怎么调整,怎样调试,都无法达到用户要求,投入人力物力不算,还惹得一身抱怨!
    一、网纹辊的历史演变
    网纹辊源起于1938年左右,到现在已经有了七十多年的历史。它的发明是为了给柔性版印刷机的诞生做配套,可以说,因为有了柔性版印刷机,才有了网纹辊。
    最早的网纹辊主要应用于纸箱外包装,采用铁质辊筒,然后将网纹压刻在辊轮表面,制作比较粗糙,使用中磨损也很大,印刷质量和印刷成本都难以得到保证,制约了柔版印刷的推广。
    1939年,柔印行业对网纹辊进行了改进,在压刻的辊轮外表面再电镀一层硬铬,以此来增强网纹辊的表面硬度(通常在洛氏HRC55-HRC60,维氏HV600-750之间),延长使用寿命,也就是我们现在所见到的电镀铬金属网纹辊的雏形。但是这种工艺由于压刻的网孔比较粗糙,网线数太低,依然无法满足精细印刷要求,从而也制约了柔版印刷的进一步发展。电镀金属网纹辊发展到现在,随着机械加工精度的提高,质量也在不断提高,目前依然在网纹辊的应用市场中占有很大份额,基本分为电子雕刻和机械挤压两种,网线数一般不超过300线/英寸(约120线/厘米)。
    1970年,在热喷涂加工行业的发展推动下,有人提出利用坚硬的热喷涂陶瓷层来制作网纹辊,但是由于陶瓷层硬度太大(高达HRC70,HV1100),雕刻困难,所以当时只停留在理论阶段。只有到了1984年激光技术的成熟发展和应用,陶瓷网纹辊才正式问世。这一工艺采用高能等离子热喷涂加工的方式,在金属辊轮表面喷涂一层Cr2O3金属氧化物陶瓷材料,然后采用精密研磨和抛光工艺使辊面陶瓷层达到镜面效果,再利用激光束的高能量使陶瓷层气化,从而完成网纹形状的雕刻。
    激光雕刻陶瓷网纹辊的雕刻工艺也经历了数次更新,最开始是采用单束光CO2激光雕刻,这种方式雕刻的网纹辊线数只能在50-400LPI(线/英寸),能满足纸箱印刷要求,但是网线数难以提高,网点也不够清晰,不能满足高网线印刷要求。随着激光技术的发展,激光器有了很大改良,CO2激光雕刻系统拆网穴重覆打点方式为陶瓷网纹辊也带来了革命性的变革,使网孔更宽,网穴造型更为平均,网线数范围也扩大至50-1000LPI,从而为柔性版印刷带来了革命性的发展空间,从印刷地位中的配角逐渐成长为主角。YAG激光技术的出现使网线数及网孔清晰度得到了进一步改善,雕刻的网线数范围也提升到1600LPI。目前,新的Ultracell-Melt激光雕刻工艺又在进一步酝酿之中。
    二、神秘的“网纹”
    网纹辊,直白地说,就是辊面带有“网纹”的辊子。我们肉眼看不见那些“网纹”,并不代表它们不存在,只是因为它们太细太小,需要借助放大镜才行。在200倍以上的放大镜下面,我们就可以一窥网纹的“庐山真面目”了。典型的陶瓷网纹辊网格形状如下图所示:

     
    从左至右,分别为60°蜂巢,30°蜂巢,45°菱形,1-89°斜线(角度可调),也可根据客户需要雕刻其他网纹形状。这其中95%的陶瓷网纹辊都是采用60°蜂巢型网形,因为它排列最紧凑,贮墨量最大,释墨量也很好,可以减少边角效应,由于网穴边界不在水平方向上,还可以避免30°雕刻角的“通道效应”。30°是蜂巢型的另外一种体现,可以减少印刷中的“针眼故障”,主要用于少部分涂布行业。45°及斜线型陶瓷网纹辊,多用于UV上光和涂布行业。
    我们把网穴再进一步放大,就可以看到右边的示意图:

       
    在每一个网孔的底部,金属网纹辊都是“V”字形,而陶瓷网纹辊是“U”型,带有弧度的网穴底部,可以提高网纹辊释墨率,可以减少印刷过程中油墨的残留,从而降低网纹辊的堵塞概率,延长网纹辊的使用寿命,提高生产效率。
    对于陶瓷网纹辊,一般而言,随着网线数的增高,贮墨量慢慢变小。因此造成了不少用户的一个理解误区,他们单纯的认为:线数低的网纹辊贮墨量小,线数高的网纹辊贮墨量大。比方说同样一个印版,有实地,有图案,有文字,用户为了提高或降低上墨量,往往只采取提高或降低网纹辊线数的方法来提高和降低贮墨量。但实际上,网纹辊的贮墨量除了与线数有关系,更大的是和自身网穴深度有关系,如下两图所示:

        
    这是两个线数相同的陶瓷网纹辊网穴形状,他们的网口宽度和网墙的宽度是相同的,即在辊轮表面的单位面积里面,网纹辊表面的网穴个数是一样的。那么,如果他们的网穴深度不一样,贮墨量也就有了很大差别。所以,根据网穴深度的不同,我们完全有可能做出网线数800LPI比网线数700LPI贮墨量大的陶瓷网纹辊来。虽然通过加深网穴深度可以提高贮墨量,但是也不能一味的加深,还要考虑释墨率和雕刻难度,所以如果两根陶瓷网纹辊网线数差距太大,比如600LPI想做到比300LPI大的贮墨量,就不可能实现了。当然,相同线数的陶瓷网纹辊,我们也可以做出相互不同的贮墨量。
    三、为什么要选择陶瓷网纹辊
    专家说,陶瓷网纹辊是网纹辊的未来。
    但是在实际的生产应用中,有很多的用户对陶瓷网纹辊还有着一些顾忌和担心。他们反映陶瓷网纹辊太“娇嫩”了,一不小心碰上去,就会掉一块儿瓷或者砸一个坑儿,一下子都是几千甚至上万块钱,代价太大。因此如果不是必须要使用陶瓷网纹辊的工况,他们宁肯选择价格更便宜的金属网纹辊。其实对于金属网纹辊来讲,它们并不比陶瓷网纹辊更“耐碰”和“抗砸”,两者的表面硬度相差不多。但是金属网纹辊磕坏后的翻新成本很低,就给用户一种心理:陶瓷网纹辊太贵了!事实上,在使用寿命方面,陶瓷网纹辊通常是金属网纹辊的5~10倍,而价格仅仅是金属网纹辊的3~5倍,尤其是使用刮墨刀系统的网纹辊;在上墨(涂布)均匀度方面,陶瓷网纹辊的陶瓷层具有毛细孔,有亲水性,使得墨层(涂层)更均匀,更细腻,可以显著提高印刷品质量。对于一些涂料价格很贵的行业,虽然使用陶瓷网纹辊增加了一时的成本,但是长久看来,用料方面会大大节省,生产速度也提高了,收益是显而易见的。当然,在有些行业,由于需要涂布量太大的缘故,还是必须要利用金属网纹辊低线数的优势的。
    “堵版”是网纹辊使用过程中常见的一种现象,无论是陶瓷网纹辊还是金属网纹辊。辊子堵了,网穴就变浅了,贮墨量自然也会减少,这个时候就需要清洗。通常情况下,采用可软化油墨的溶剂,涂覆在网纹辊表面,待干结在网穴中的油墨软化后,用钢丝刷或铜丝刷刷洗,然后用清水冲洗。在这个过程中,最好使辊轮转动起来。一般情况下,陶瓷网纹辊采用钢丝刷刷洗,金属网纹辊采用铜丝刷刷洗,如果用反了,钢丝刷会破坏金属辊表面的铬层,铜丝刷的铜丝会断裂嵌入陶瓷辊网孔。
    如果是重度堵塞的辊轮,溶剂清洗法就难以起到显著的效果,这时候需要用超声波清洗法或者喷粉机清洗法。假如使用超声波方法清洗,一定要遵循“多泡少震”的原则,即泡10~20个小时,然后震动10~30分钟。不少用户不懂得超声波清洗的原理,等辊子一放入超声波清洗机,就把震动打开,连续震上几个小时甚至十几个小时,这样陶瓷网纹辊是洗干净了,网孔的网墙也被震塌了,会在印刷品表面形成“糊点”或“墨斑”。喷粉机清洗法是用机器将Na2HCO3粉末强力喷在网纹辊表面,这种方式只适合400LPI以下的陶瓷网纹辊,400LPI以上的网纹辊,由于网墙太薄,容易被高速的粉末颗粒砸碎。
    以上清洗方法,原则上只适用水性油墨,如果是UV光油或者油性涂料,目前还没有有效的清洗方法,所以要在使用过程中特别注意,停机或换版时要及时清洗,禁止不同颜色、不同厂家的油墨混用,防止油墨干结在辊面。对于涂布行业,建议客户采用稀释涂料时的稀释溶剂,或者与其涂料供应商沟通采用能溶解涂料的溶剂。
    四、陶瓷辊的现状与明天
    目前,陶瓷网纹辊已广泛应用于各种柔性版印刷机(包括标签柔印机、中宽幅柔性版印刷机、瓦楞纸箱水墨印刷开槽机)、胶印UV上光机(如海德堡CD102、高宝利必达105、罗兰700、小森等品牌胶印机、局部上光机等)、高速精密涂布机(如纸张、薄膜上水、涂色、涂胶)等。
    陶瓷网纹辊因为其应用范围的局限性,不仅要和金属网纹辊竞争市场,同行之间的竞争也相当激烈。市面上的陶瓷网纹辊,目前只有少部分是来自欧美的进口品牌,如Happer、Apex、Stork等,绝大多数的还是国产的各种品牌。这是因为陶瓷网纹辊不是标准配件,主要的参数是来自于用户的需求,要经常根据工况调整,加之国外的加工周期比较长,交货不及时,价格也是国内产品的5倍左右,难以被国内客户接受。
    陶瓷网纹辊质量的好坏,主要取决两个方面:一是陶瓷辊轮本身热喷涂涂层的质量,它是由热喷涂的工艺和配方决定的,主要影响陶瓷辊使用寿命的长短;二是辊轮厂商对印刷原理和工艺的理解,不同陶瓷网纹辊厂家雕刻出来的网穴的形状、深浅、排列方式等都有所不同,它将影响网纹辊的贮墨量和释墨量,进而影响印刷品质量。
    随着经济不断发展,客户对印刷品和外包装的要求也越来越高,加上加工工艺的成熟,陶瓷网纹辊价格的下降,也有越来越多以前采用金属网纹辊的用户开始考虑陶瓷网纹辊,我们期待着陶瓷网纹辊被更多的网纹辊用户所接受。

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